单片机应用系统抗干扰技术之我见

张冰 李玲鹏 王超

摘 要：对于单片机来说，在建立系统时必须充分考虑抗干扰技术，对系统的稳定运行有重要作用和意义。本文主要对单片机应用系统的内涵、干扰对单片机应用系统的影响以及单片机应用系统中的抗干扰技术的相关问题进行了探讨。

关键词：单片机；应用系统；抗干扰技术

单片机具有耗能少、体积小、使用方便等优势，使用范围较为广泛，被应用于例如工业、农业、教育等各个领域。随着各领域相关技术、设备等的推陈出新，人们对单片机的要求也在不断变化。尤其是在工业领域，工业生产的环境等会对单片机系统的稳定运行产生不利影响，因此工业上对单片机的可靠性有更高的要求。这就使得人们对单片机应用系统的抗干扰技术日渐重视。

一、单片机概述

单片机，又被称为单片微型计算机。它是一种较为典型的嵌入式微控制器，因此单片机也被称为单片微控制器。单片机将整个计算机系统集中于一块芯片上。也就是说，一块芯片就相当于整个计算机。单片机具有成本低、体积小、应用方便等诸多优势。在单片机的最初发展阶段，设计理念是将CPU与大部分外围芯片集中于一个芯片中，使计算机系统的体积变小，从而更加符合对体积要求更高且系统更加复杂的设备要求。最早以这种思想为指导设计出的单片机是8位以及4位。其中最受欢迎的是intel的8031，具有可靠性强、较为简单且性能较好的优点。

二、干扰对单片机应用系统的影响

随着相关技术的进步，我国的工业化进程也在不断加快。在工业领域中，单片机系统的应用程度不断提高，例如在某些自动化监控系统及仪表中的应用。应用程度越高，应用范围也就越广，对系统稳定运行的要求也就越高，如此才能保证生产的安全性及可靠性。但就目前的技术而言，单片机系统在一定环境下会受到干扰，导致所收集到的数据不够精确，信号的稳定性受到影响，图像、声音等失真，设备运行的安全性及稳定性也受到不同程度的冲击，最终对生产过程产生不利影响。单片机系统在运行过程中容易受到的干扰主要有高频振荡干扰、电磁干扰、浪涌干扰以及放电干扰等。

三、单片机应用系统中的抗干扰技术

在实际生产活动中，能够使用到的有关单片机抗干扰的技术主要包括软件技术和硬件技术两种。单片机系统的设计过程也和前者相同，包括软件部分和硬件部分。其中软件技术的主要作用是对系统中硬件部分对干扰的抵抗作用进行补充，那么毫无疑问，硬件部分就是进行抗干扰的主要部分。按照这种方法，单片机系统具有双层抗干扰功能，从而提高了整个系统的稳定性。以下按照硬件部分和软件部分的不同，分别对两部分抗干扰技术进行具体分析。

1、硬件部分的抗干擾技术

（1）供电技术

供电技术的主要作用是保证电路畅通。因为供电系统使用的是和其他系统不同的电路，因此在某些条件下，可使用DC-DC对电的输入和输出进行隔离，从而减小干扰对整个电路所造成的影响，相应的电路上各个部分所受的干扰也会减少。此外，可采用隔离变压器对较大的噪声进行隔离，使用低通滤波器对工频干扰进行过滤，使用交流稳压器降低电源系统引入的干扰以及超负荷和电压亏欠发生的概率，保证供电系统的稳定性。

（2）接地技术

接地技术主要分为三类，且都呈伞状接在一起。其一是机壳地。机壳地的主要部件为箱体、机架等，其都为金属质地。部件共同接地，形成安全地带。其二是弱信号地。所谓弱信号地就是将系统中的小信号回路、控制及其直流电源进行连接，并将其与地连接。其三是功率地。通过将继电器、电磁阀以及驱动电源相连并置于一起，形成功率地。这种方式能够增加电路的功率，功率增加对信号回路产生干扰，造成噪声源，因此不能将功率地与工作地接在一处。

（3）屏蔽技术

屏蔽技术的主要作用是屏蔽电磁干扰的噪声源。这里所说的噪声源主要指的是来自于强电设备、高频电压等的电磁波。屏蔽技术中的屏蔽体为金属质地，能够对电磁波的干扰进行有效控制。屏蔽技术对电磁波进行控制的方式主要包括吸收和反射。在屏蔽体中使用高导材料，能够对低频电磁波进行控制，同时也不会对屏蔽体中的电路系统产生破坏，且屏蔽词场等可使用钢、铜等材料。

（4）隔离技术

隔离技术包括光电隔离和物理隔离。光电隔离的方式是隔断两个电路使其互相独立，然后将噪声传到其他电路中，使得光电隔离最终在光电耦合器中进行，耦合器上的输入与输出绝缘而且没有反馈，提高了单片机系统的抗干扰性能。

2、软件部分的抗干扰技术

（1）数据采集中出现误差的解决技术

数据采集中出现误差的软件解决技术主要包括软件滤波器算法和软件冗余。软件滤波器算法通过对输入的信号进行处理来降低控制中的错误。常用算法有取舍法、中值法以及算术平均法等。可根据具体情况的不同采用不同的计算方法，从而降低失误。软件冗余主要是增加部分数据的冗余位，使数据本身在某些情况下能够自行进行纠错。常用校验方法有循环码校验及奇偶校验。

（2）程序运行脱离控制的解决技术

针对程序运行脱离控制这一情况，要实现系统恢复，可采用以下三种方式：其一是指令冗余。部分单片机的指令多数情况下为单字节。如果单字节出错，那么系统会自动纳入；如果多字节出错，那么程序会在起决定作用指令的作用下恢复。其二是设置陷阱。陷阱的主要作用是修补程序并对错误之处进行处理。要在不同位置设置不同的陷阱使软件出错，然后使用陷阱捕获错误之处。其三是使用实时嵌入式操作系统。使用实时嵌入式操作系统能够通过减少复位次数来提高单片机的抗干扰能力。

结束语：

综上所述，单片机的应用范围较为广泛。但由于系统容易受到干扰，影响运行的稳定性。因此要加大对系统抗干扰技术的研究力度，提高系统性能，从而更好的为实际的社会生产服务。

参考文献：

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