单片机控制系统的抗干扰措施研究

仲寒兵

摘要：文章从单片机控制系统的干扰性因素进行分析，展开对提高单片机控制系统抗干扰性能的措施的讨论，提出完善抗干扰方案、提升硬件抗干扰性能、提高软件抗干扰性能的建议措施，达到了增强单片机控制系统的抗干扰性能的效果，为单片机控制系统安全稳定的运行夯实了基础。

关键词：单片机控制系统；抗干扰；措施

中图分类号：TP39  文献标志码：A

0 引言

在单片机控制系统的抗干扰处理过程中，制定完善的抗干扰控制方案和计划，有效预防干扰问题所带来的影响，提升整体的抗干扰工作效率，确保能够提升系统的抗干扰性能，增强单片机控制系统运行的稳定性和可靠性。

1 单片机控制系统干扰问题分析

1.1 主要的干扰来源

通常情况下，单片机控制系统在实际运行的过程中，干扰来源主要为以下几点：无线电设备所产生的射频干扰问题；发动机设备在运行过程中高压点火线圈向着外部的辐射磁场强度较高，从而引发相关的干扰问题；单片机控制系统本身存在晶振电路的干扰源；在数字电路系统运行期间，电路非常烦琐复杂，电源地线电流的变化幅度较大，产生高频电磁干扰；不同电子设备接通和断开时会出现快速变化的电流，引发宽频谱干扰的问题。除此之外，外界交流电路出现工频干扰的现象，对模拟电路输出信号的精确性和准确度造成影响。

1.2 干扰的原因

单片机控制系统受到干扰的原因非常复杂，科学合理地分析干扰原因是有效进行抗干扰处理的基础保障和重要措施，而具体的干扰原因表现为以下几点。

1.2.1 干扰源耦合

一般情况下，对单片机控制系统造成干扰的干扰源，主要是利用耦合性道的形式干扰微机测控系统。故需要对干扰源和控制系统的信道进行隔离处理。图1为干扰源和具体的耦合特征。应按照不同干扰源的耦合特点和实际情况，科学合理地分析研究，为整体系统的抗干扰优化处理提供帮助。

1.2.2 电源波形畸变

单片机控制系统自身或者是电网设备所使用的电力半导体元件多数都是GTO元器件、GRT元器件等。元器件实际运行期间可能会出现高次谐波或者是噪声等特殊现象。此类因素会导致电网、电源发生不同的改变，出现波形畸变的问题，经过电源线路对整体系统造成干扰性影响。

1.2.3 输入元器件干扰

系统运行期间现场可能会出现强烈振动的现象，会使得整体系统输入元器件的触点出现抖动的问题，如果常闭触点的位置出现严重的抖动现象，将会导致系统接收错误信号，造成严重的干扰。

2 单片机控制系统的抗干扰措施

2.1 完善抗干扰方案

为了能够提升系统的抗干扰性能，应制定完善的单片机控制系统抗干扰处理方案计划，通过健全的方案增强系统的运行稳定性和可靠性，如图2所示。

2.1.1 合理进行错误信号屏蔽

系统运行期间可能会发生电磁环境的异常变化情况，如果不能合理进行控制，将会引发严重的干扰问题。因此，应按照系统的错误信号干扰现象，合理进行错误信号的屏蔽处理，例如：通过定时器采样的方式，有效屏蔽不同类型的错误信号，在采样的过程中，科学进行时间的选择，限定整体系统在开关信号正常和其他信号正常的情况下采样，以免引发严重的错误信号干扰问题。

2.1.2 解决输入元器件干扰的问题

输入元器件出现触点抖动的现象会对整体系统造成干扰，因此应制定输入原件接通处理的方案，做好触点的接通工作，同时在元器件运行的过程中杜绝发生抖动的现象，设置抖动检测的模式，一旦出现抖动的问题，就要停止系统的运行，以免造成严重的干扰。

2.1.3 制定电源波形畸变问题的防控方案

电源波形畸变是系统运行期间最为主要的干扰问题，为有效避免出现电源波形畸变的现象，应科学合理进行元器件的整改，采用传统输入软件或是使用晶体管进行输入的过程中，如果外部的负载很低，就可能会发生微小电流负载的误动，此情况下就应重点进行元器件的优化和完善，积极借鉴国内外成功经验，在系统中设置抗干扰性能高，预防出现电源波形畸变问题的元器件，例如：IGBT元器件等，确保系统稳定性、安全性、可靠性运行。

2.1.4 完善接地点的方案

为提升系统抗干扰性能，需要合理进行单片机控制系统接地点的设置和完善，应确保各个接地点的合理设置，通过有效的措施降低干扰源所带来的干扰。

2.2 硬件抗干扰处理

单片机控制系统抗干扰处理的过程中应重点进行硬件方面的抗干扰处置，有效进行干扰源的抑制，起到干扰传输通道阻断的作用，通过滤波技术、去耦合技术和屏蔽技术等完成操作。

2.2.1 合理设计电源电路

整体系统中将模拟类型和逻辑类型的电源电路相互分离，避免电源耦合电路所出现的干扰源对模拟电路造成影响，预防传感器利用电源耦合的形式产生ECU的干擾问题。一方面，使用三段稳压集成芯片元件，独立进行电源负压差的保护，避免由于某个稳压电源发生故障问题对系统电路造成影响；另一方面，采用低通滤波器元件，降低高次谐波干扰问题的发生率，促使电源波形的改善和优化。另外，在电源输入端需要设置过压保护电路，这样能够提升供电的可靠性，有效进行负压差保护，预防压差对稳压器造成击穿的影响导致器件损坏和失效，例如：在过压保护方面配置稳压管、晶闸管，有效进行过压保护的同时，确保电容输出电压波纹控制在良好的范围之内。

2.2.2 模拟电路的合理设计

在模拟电路设计的过程中，设计人员应考虑到整体系统发动机设备的运行环境温度波动幅度高，所以需要选择低温漂系数的集成放大器部件。与此同时，由于模拟电路之内的共模信号会导致电路板受到一定的影响。因此，需要设置x动放大电路，获得两端的输出信号，在接收信号的过程中，将两端信号转变成单端的信号，有效进行共模信号的抑制。如果输入信号的波动幅度较高，就要在放大器前端设置保护电路，预防发生器件损坏的问题［1］。

2.2.3 去耦合电路的设计

通常情况下，单片机控制系统的数字信号电瓶转换期间，可能会形成很高的冲击电流，在传输线与供应电源内阻方面出现很高的压降，干扰问题非常严重，为了预防此类干扰现象，应在电源电路设计和信号处理电路设计期间，科学配置去耦合电路，按照公式进行去耦合电容的计算：

C>△i/（△v/△t）

其中，△i和△v主要是电流变化数据值、电压变化数据值，△t代表的是变化时间数据值。

根据公式进行去耦合电容的计算之后，还需按照耦合干扰问题的特点合理设计能够预防耦合干扰问题的机制，如表1所示。

2.2.4 单片机的合理选用

为确保系统的抗干扰性能，应重点选择时钟频率很低的单片机系统，预防外时钟带来的高频噪声干扰，在一定程度上能增强整体系统的抗干扰性能。

2.2.5 其他设计措施

单片机控制系统的硬件抗干扰设计过程中，除了要注意以上几点问题，还需做好其他的设计工作，如图2所示。首先，合理进行输入信号与输出信号的隔离处理，切斷干扰信道，以免强电流的影响下回路受到冲击，例如：采用光电类型、继电器类型、变压器类型的隔离方式；其次，合理采用屏蔽技术措施，预防电子设备向外进行干扰电磁波的辐射，降低电磁干扰源的强度，预防系统受到干扰性影响，例如：开关电源的噪声源很大，可设计双重屏蔽的结构，有效进行高频变压器、扼流圈的屏蔽处理，完善整体开关电源的屏蔽保护模式；最后，设计印刷电路板，做好电路板的组件设计和布线设计等工作，有效预防印刷电路板设计的问题，促使系统抗干扰性能的提升，例如：在电路板布线的过程中，确保晶振电路与单片机相互靠近，石英晶体振荡器的外壳必须要按照要求接地，采用地线进行特殊高速电路和时钟振荡电路的圈起，模拟信号应该与开关屏器件和大电流器件相互避开，以免出现干扰问题［2］。

2.3 软件的抗干扰设计

由于各类干扰信号的产生原因非常复杂，具有一定的随机性，所以在合理进行硬件的抗干扰设计的同时，还需科学地补充软件抗干扰的措施，通过先进的数字滤波技术、RAM技术和“看门狗”技术等，增强系统的抗干扰性能。

2.3.1 数字滤波技术的应用

如果系统的输入信道模拟信号受到干扰，将会导致所采集的数据信息误差问题增加，尤其是在输入信道的模拟信号很弱的情况下，误差非常严重。此情况应科学合理地使用算术平均处理法、比较取舍处理法、中值处理法、滤波处理法进行处理。特别是按照信号干扰的规律，使用良好的设计方式进行处理，在对输入模拟信号进行处理的过程中，可以通过数字滤波器过滤受到干扰所出现的输出控制误差信号，避免发生系统的干扰问题。

2.3.2 “看门狗”技术的应用

采用“看门狗”技术，主要是在系统中的软件和硬件的部分设置“看门狗”，利用其监视和分析运行程序。一旦程序发生故障，计算器出现溢出现象，“看门狗”能第一时间进行处理，使系统复位，重新运行［3］。

2.3.3 RAM资料处理技术

一般情况下，电源开关与CPU可能会受到干扰，导致RAM资料被破坏，出现系统运行的问题。此情况就要使用资料冗余技术措施进行资料的保护，等待系统复位以后，对备用资料进行检验和恢复，能有效维护资料内容的完整性。

3 结语

综上所述，单片机控制系统在运行的过程中可能会受到各类因素干扰，导致系统运行的可靠性和稳定性较低，难以满足系统的运行管控需求。因此，在单片机控制系统实际应用的过程中，要科学合理地分析干扰问题的源头，制定完善的抗干扰方案，科学消除单片机控制系统硬件和软件的抗干扰，推动系统良好稳定地运行。

参考文献

［1］徐靖.单片机控制系统的抗干扰措施［J］.电子测试，2021（20）：137-138，140.

［2］李相阳.单片机控制系统的抗干扰措施［J］.文渊（高中版），2020（8）：201-211.

［3］李姗姗.单片机控制系统的抗干扰措施［J］.石河子科技，2021（3）：30-31.

（编辑 王永超）

Research on anti-interference measures of single chip microcomputer control system

Zhong  Hanbing

（Taizhou Technician College， Taizhou 225300， China）

Abstract： This paper analyzes the interference factors of the single-chip microcomputer control system， discusses the measures to improve the anti-interference performance of the single-chip microcomputer control system， and puts forward suggestions and measures to improve the anti-interference scheme， hardware anti-interference performance and software anti-interference performance， which achieves the effect of enhancing the anti-interference performance of the single-chip microcomputer control system and lays a solid foundation for promoting the safe and stable operation of the single-chip microcomputer control system.

Key words： single chip microcomputer control system; anti-interference; measures