单片机应用测控系统的抗干扰措施探讨

叶关山++马萌

摘 要：基于单片机应用构建的微机测控系统所处的环境较为恶劣和复杂，要求测控系统能可靠、安全运行。本文从分析基于单片机应用构建的微机测控系统的干扰模型出发，根据系统组成和使用环境，介绍了在元器件选取、电路和印制板设计时可采取的一些基本抗干扰措施，结合某产品研制，阐述了在微机测控系统中抗干扰措施的应用及其效果。

关键词：单片机；干扰；耦合；电磁兼容

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）02-0023-01

1 概述

基于单片机应用构建的微机测控系统所处的环境较为恶劣和复杂，要求测控系统能可靠、安全运行。在实际应用中，受来自测控系统内部和外部的各种电气干扰以及系统结构设计、元器件选用、制造工艺和外部环境条件等因素影响，可能造成数据采集误差加大、控制状态失灵、数据受干扰发生变化、程序运行失常等不良后果。从分析系统干扰模型入手，在系统技术设计中，通过抑制干扰源、破坏干扰的耦合通道并对敏感电路进行重点保护，以达到消除干扰，提高系统可靠性和安全性的目的。根据系统组成和使用环境，针对系统硬件和软件，可采取多种抗干扰措施，开展产品研制工作。

2 干扰模型

形成干扰的基本要素有三个：（1）干扰源。指产生干扰的元件、设备或信号，如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源，具体表现为：du/dt，di/dt量值较大。（2）传播路径。指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。（3）敏感器件。指容易被干扰的对象。如：A/D、D/A变换器，单片机，数字IC，弱信号放大器等。

干扰模型组成如图1所示。

3 基本措施

元器件方面，在降额使用的前提下，遵循如下选用原则：①选用集成度较高的元器件，能选用集成芯片就不用分离元件，能选用大规模集成芯片就不选用小规模集成芯片；②选用寄生效果小的无引脚表面贴装元件，其次是放射状引脚元件，最后是轴向平行引脚元件；③电阻器的选择，从阻值范围、电阻温度系数、比功率、工作稳定性、噪声、可靠性等性能指标比较选择合适的电阻器结构类型，如金属膜电阻、碳膜电阻、合成电阻及线绕型电阻。

电路方面，一是采用滤波器技术，在抗干扰技术中使用最多的是低通滤波器，可根据信号源的内阻和负载阻抗来选择滤波器的结构形式；二是采用去耦电路设计，在电路中适当地配置去耦电容，提供和吸收集成电路开门和关门瞬间的充放电能量，并旁路掉器件的高频噪声；三是采用隔离技术，从电路上把干扰源和易干扰的部分隔离开来，仅保持信号联系，不发生电的联系，常用的隔離方式有光电隔离、变压器隔离、继电器隔离等。

4 应用实务

对于由主机单元、测量单元、后向通道接口单元、人机对话单元、通讯控制单元、数字信号传输单元、电源单元及软件等组成的单片机测控系统，可在系统硬件和软件设计中采取适用的抗干扰措施。

4.1 硬件抗干扰设计

根据系统硬件构成特点，主要就主机单元和数字信号传输单元的抗干扰设计进行阐述。主机单元即单片机最小应用系统，主机单元的抗干扰设计涉及时钟电路配置、总线电路的抗干扰设计，RAM数据掉电保护等。时钟信号不仅是受噪声干扰最敏感的部位，同时也是CPU对外发射辐射干扰和引起内部干扰的噪声源。因此，在满足系统功能要求的前提下，应尽量降低时钟频率将有助于提高整个系统的抗干扰性能。

4.2 软件抗干扰设计

通过软件系统的可靠性设计，达到最大限度地降低干扰对系统工作的影响，确保单片机及时发现因干扰导致程序出现的错误，并使系统恢复到正常工作状态或及时报警的目的。主要方法有：开机自检、软件陷阱（程序“跑飞”检测）、软件“看门狗”等。

4.3 应用效果

在某型产品工程研制中，根据具体基于单片机应用构建的微机测控系统实际使用需求，采取了上述有针对性的抗干扰措施，设计和试制的微机测控系统通过了相关的电磁兼容性试验，在复杂的电磁环境使用过程中，系统运行正常，性能稳定，达到研制目的，满足客户使用要求。