单片机系统应用中的抗干扰措施

1主要干扰渠道及防护措施

工业生产中的干扰一般都以脉冲形式进入微机，干扰窜入系统的渠道主要有三条，即供电系统；过程通道；空间磁场。

通常防护措施如下：

(1)供电系统

在微机系统中，最严重的干扰来源为电源的污染。为了防止从电源系统引入的干扰，一是要将微机的供电与大功率的用电设备的电源分开，最好单独供电；二是在单片机系统电源变压器的初级串接一低通滤波器(如图1所示)，有效阻止高次谐波串入系统，改善电源波形，提高单片机系统的抗干扰能力。

(2)输入输出通道

输入输出通道是单片机与传感器、单片机与上位机以及单片机与执行机构之间的信息传送的路径。在微机系统中，传输线上的信息多为脉冲波和较弱的测量信号电压，在长线传输时会产生衰减、延时、畸变。信号隔离是抵抗外界干扰的必要而有效的措施，它隔断外界的共模电压和外界串入的电磁干扰，从而保证单片机的工作环境，使整个系统正常运行。

(3)屏蔽和接地

用钢板做机壳将单片机系统屏蔽起来，再将外壳接地，防止电磁干扰从空间侵入。

2提高系统的容错能力

为了提高系统的抗干扰能力，一是增强防护能力，尽量阻止干扰侵入；另一是增强容错能力，及时发现侵入的干扰并迅速采取相应措施，将影响减到最小。

2.1程序运行监视系统

程序运行监视系统又称“看门狗”，是一种有效的防止微机系统死机的电路。部分单片机(80C552等)片内就包括“看门狗”电路；程序运行监视系统也可用专用硬件电路实现。一旦“看门狗”电路被启动，在规定的时间内没有收到CPU发出的清零脉冲，“看门狗”电路将向CPU发出“复位”脉冲。

2.2硬件标志

在很多工业控制系统中，系统的启动是按一定的顺序进行的，并且不允许设备中途重新按这个顺序启动。一旦单片机系统复位，必须准确判断是否为上电复位。由于失控的程序常常会非法写操作，因而软件标志可靠性较低。在可靠性要求高的场合，通常设立硬件上电标志(图2所示)。

硬件标志电路工作原理为(图3)：当微机系统上电时，复位脉冲同时将“D”触发器Q端置“1”。初始化程序检查P4.1位为“1”，则执行冷启动程序，并通过P4.0向D触发器发出时钟脉冲，使Q端为“0”，完成硬件标记确认并建立软件标志。微机系统投入正常运行后，一旦系统再次重新启动(热启动)，此时有两种情况：

(1)按下“复位”键引起系统复位。由于在按下“复位”键的同时，将图2的D触发器Q端置“1”，初始化程序检查结果为硬件标志无效而软件标志有效，系统是正常复位，程序转向热启动。

(2)由于“看门狗”引起的系统复位。初始化程序检查结果为硬件标志有效(图2的D触发器Q端保持为“0”)，系统是异常复位。初始化程序将转向异常处理程序。

由此可见，微机系统能够准确的判断出引起复位的原因，从而采取相应的处理程序，有效地提高了系统的可靠性。

2.3重要数据保存器

在工业控制装置中，有一些重要的数据，像从键盘输入的控制目标值，P、I、D调节参数以及从上位机传送来的各种指令等，必须妥善保存。由于失控的程序常常非法进行写操作，使RAM区中重要的信息丢失。当微机系统重新启动后，必须正确恢复重要参数。因此，单片机系统设计中加入一片串行E2PROM芯片93C46。每次单片机系统设置完成后，程序自动将重要参数写入93C46。由于93C46具有上电禁写和软件禁写功能，因而数据保存可靠。

3软件抗干扰措施

3.1使用空操作指令

MCS-51指令系统中有部分双字节和三字节指令，当程序弹飞落到这些指令的操作数上时，将把操作数当成指令，产生错误的结果。因而，在程序中重要的地方(如跳转、调子程序)等插入两条空操作指令，可拦截弹飞的程序并转入正常。

3.2建立软件陷阱

所谓“软件陷阱”就是在程序中加入的一组用于拦截弹飞程序的程序段。它强行将程序转向一个特定的地址，该地址放有出错处理程序。如果将出错处理程序的入口标号命名为“ERR”的话，通常软件陷阱由以下三句话组成：

一旦弹飞的程序被拦截，立刻转向错误处理程序。

3.3出错处理程序

错误处理程序的共同点是先关闭中断，防止事态扩大。对于有“看门狗”电路的系统来讲，等待复位即可。而软件复位和硬件“看门狗”复位不同。此时CPU片内的寄存器和I／O口状态是不定的。所以错误处理程序在转向程序起点前，要将CPU片内的各寄存器、已激活的中断标志和I／O口“软件”复位，进入初始状态，再转入程序起点。

3.4其他措施

在用单片机组成的控制系统中，调节量的输出是不断变化的。单片机系统受到干扰而异常复位后，RAM区中的标志单元、输出量缓冲单元和I／O口的状态都可能改变，不能作为系统复位后的状态恢复数据。这时可以手动给定量作为当前控制器输出量。这些措施可有效的减少单片机异常复位后对整个系统带来的扰动。

4结束语

微机系统抗干扰设计是一项综合性设计，采用硬件措施可有效提高微机控制系统的抗干扰能力，但过多的硬件本身就降低了系统的可靠性。因而系统的设计要“软”“硬”兼施，提高系统的防护和容错能力，从而提高单片机系统的可靠性。

参考文献
［1］俞忠原，陈一民.工业过程控制计算机系统［M］.北京：北京理工大学出版社，1995.
［2］张友德.飞利浦80C51系列单片机原理与应用技术手册［M］.北京：北京航空航天大学出版社，1992.