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关于单片机在嵌入式系统应用中抗干扰措施分析

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  【摘 要】抗干扰性能在单片机在嵌入式系统的实际应用里,是对系统可靠性进行判断的重要指标。所以,抗干扰设计在单片机系统的开发研制里也是主要的一环。本文对单片机系统常见的干扰源开展简明的分析,提出对应的抗干扰措施,提供给从业人员进行借鉴。
  【关键词】单片机;嵌入式系统;干扰源;抗干扰措施
  1 绪论
  最近几年来,单片机系统开始逐渐在工业测控系统领域中占领一席之地,成为其重要的组成部分之一,在这些方面的各个领域里取得了广泛的应用。所以,对单片机应用系统进行抗干扰设计就具有很大的必要性,它的抗干扰性能的好与坏就决定了系统能不能在恶劣的工作条件下完成工作任务,这就在一定程度上决定系统的使用价值。尤其是针对某些需要实时控制的远距离系统,经常处于恶劣的环境中,受到很多因素干扰,经常会被另外的电磁设备进行干扰。所以,一般的抗干扰设计已经无法保障系统平稳工作。下面就针对常见的干扰源以及抗干扰措施简单地进行阐述。
  2 常见的单片机嵌入式系统的干扰源
  2.1 电源干扰
  单片机嵌入式系统在工作时会收到大量的干扰,大部分都是电源的干扰,电源之间进行通断、短间出现短路、电网带来的干扰脉冲等等,这些都可以影响单片机出现运行错误,站各种干扰比率的90%之上。此外,“尖峰干峰干扰”同样可以对系统的运行造成很大的危害,它的出现主要原因是生产负荷出现改变导致。像常见的重型交直流电机、电焊机、电烙铁等一些大电流设备时常会有“尖峰干峰干扰”产生。这些大型用电设备的电源如果频繁进行通断,就会导致工业电网电压可能激增到几百伏、甚至是几千伏,所以,电源干扰可以给单片机嵌入式系统正常运行带来极大的伤害。
  2.2 空间的磁场干扰
  单片机嵌入式系统在运行中,会在周边产生出大量的电磁波,上述的电磁波可以对控制系统进行辐射,这样一来就会给控制系统造成严重的影响,这个干扰的过程就是空间磁场干扰。系统周围有很多部分都会发出电磁波,例如:开关、电焊机、发射天线、电气设备等等,这些电磁波具有很高的活跃性,会轻而易举地进入到控制系统内部,会对嵌入式系统正常的工作造成影响。像这样的电磁场,随时都存在着大量的电磁干扰,测控系统各个部件互相之间很容易有感应电势差产生,最后对系统造成严重的干扰。
  2.3 传输通道干扰
  信息于进行传输的过程中,会受到许多干扰,这种干扰就是传输通道干扰。如果系统与运行中有电气设备漏电的现象发生,或者是传感器测量部件出现绝缘部分磨损的情况,都会给接地系统带来一定程度的欠缺,这时在传输通道里就会有很高共模电压或者差模电压串入进来。
  3 抗干扰措施
  3.1 抗电源干扰措施
  (1)利用压敏电阻来对尖峰、浪涌进行抑制。如果压敏电阻所在两端的电压开始跨越正常的限定值范围时,经过压敏电阻的电流会出现急剧增大的现象,可能造成短时间的短路出现,针对压敏电阻的这一特点,可以对它加以利用,让它来将瞬间产生的尖峰、浪涌电压尽数吸收。可以把压敏电阻与电源变压器的初、次级进行并联,一旦有压敏电阻加入,电源干扰就不能经常致使单片机程序出现构成失控。
  (2)滤波器阻碍高频电阻。在实际应用中,会有高次数的谐波产生出来,它们可以轻松地从电源潜入到单片机系统,此外某些射频发射出来的电磁波也会产生电源线感应潜入到单片机嵌入式系统,给系统造成很大干扰。所以,如果在电源电路中降入低通滤波电路,就会有50Hz的市电基波开始通过,这样就针对高频信号的干扰进行抑制。另外,电源变压器的初次级之间也可以借助屏蔽层来进行隔离隔离,可以让周边均匀分布的电容大量减少,抗共模干扰的能力也就被大大提高了。
  3.2 空间磁场抗干扰措施
  在空间磁场干扰进行抵抗时,有两种方法是最主要的,就是屏蔽和接地,如果想要将屏蔽和接地的工作做好,有以下几点事项是值得注意的:首先,最好采用具有屏蔽效果的信号线,屏蔽层最好要独自接入地面,导线的屏蔽层一定不可以当作信号线或者公用线一样进行使用,这样就可以很大程度上对电磁场的干扰进行削减。然后,再对感应体进行接地处理,操作时候也要特别注意,不能将其混淆成接地环路,对于消除静电干扰这是最为直接有效的方法。最后,将强电流负载电路和计算机弱电流电路进行接地时,一定要把它们的接地点分清,不能混淆,同时采用粗铜线把地线和箱底地线进行联接。
  3.3 输入输出抗干扰措施
  想要对可能进入主机系统进行有效地干扰,在输入输出信号上可以做一些改进,比如加上电藕合器来对信号进行隔离,这样的话就可以把主机部和前向、后向通道和与其余部分之间的电路关系有效切断。利用单片机来进行长线的信号传输时,一定要记得使用双绞线,因为使用双绞线可以对系统的抗噪声能力进行有效的提高,同时要注意的是,针对传输路线一定要做到匹配阻抗,也就是要给传输线的始端配置串联电阻,末端配置并联电阻,这样才是科学有效的匹配,才更加有利于系统的抗干扰能力的提高。
  3.4 采用看门狗技术
  利用好看门狗技术,可以有效避免程序在进行运行时出现死循环的情况。看门狗技术分为两种:一种是硬件看门狗,一种是软件看门狗。硬件看门狗主要是借助定时器,当主程序进行运行时,在所定时间到达之前对定时器进行复位处理,一旦有死循环现象出现,即使是在所定时间之后,同样会对定时器进行复位,这样就对程序的运行进行了强而有力的监控。软件看门狗有着和上述相似的工作原理,它在程序存储器拥有的空余地址里填充满统一的跳转指令,当死循环现象出现,程序指针就会转向这些地址,这些程序就被强制跳转到程序的开始处,也可以是其他完成程序跳转的地址,这样就使程序和死循环发生分离。这就是经常说的软件陷阱,它具有非常明显的效果,所以在实际中广泛被使用。
  4 结束语
  通过对分析单片机嵌入式系统常见的几种干扰源,针对不同的干扰源我们就可以采取不一样的抵抗措施,做到对症下药。诚然,不同的系统出现的干扰情况也是不尽相同的,系统在适应性能和精确要求方面也有着很大的差异,实际应用中一定要根据系统的具体情况做出具体的应对工作。在抗干扰措施的选用上,可以采取软硬件并用的方式,更好的保障系统运行,让系统运行更可靠、更准确。
  参考文献:
  [1]艾树峰,苑冰.单片机在嵌入式系统应用中的抗干扰措施[J].电讯技术,2002 (4).
  [2]胡政,董脆.单片机在嵌入式系统应用中的抗干扰技术[J].机电产品开发与创新,2007 (6) .
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