單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)-設(shè)計(jì)應(yīng)用單片機(jī)由于其優(yōu)異的性能價(jià)格比，在過程控制、運(yùn)動(dòng)控制、智能儀表、醫(yī)療器械等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越深入和廣泛，有效地提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。然而,在科研所或?qū)嶒?yàn)室研制并通過調(diào)試的單片機(jī)系統(tǒng)，將其置入現(xiàn)場后，往往出現(xiàn)這樣或那樣的問題，系統(tǒng)變得不可靠，不能夠正常工作。產(chǎn)生這種情況的原因主要是現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜、各種各樣的干擾造成的，因此，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中抗干擾問題一直是設(shè)計(jì)中的一個(gè)十分重要的課題。下面從軟件、硬件兩個(gè)方面討論采取綜合抗干擾措施，來提高系統(tǒng)的可靠性。1硬件方面的抗干擾措施

1．1康電源干擾的措施

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中許多干擾都來自電源，電源的通斷、瞬時(shí)短路及電網(wǎng)串進(jìn)來的干擾脈沖造成單片機(jī)的誤動(dòng)作占各種干擾的90％以上。而由于生產(chǎn)負(fù)荷的變化生產(chǎn)的"尖峰干擾"在系統(tǒng)運(yùn)行中的危害性是很嚴(yán)重的。生產(chǎn)"尖峰干擾"的用電設(shè)備包括：重型交直流電機(jī)、繼電器、可控硅、電焊機(jī)、電梯、鎮(zhèn)流器、電烙鐵和其他大電流用電設(shè)備。這些設(shè)備的通斷，往往造成工業(yè)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)幾百伏，甚至幾千伏的尖峰脈沖。因此抑制電源引起的干擾至關(guān)重要。

主要采用下面的方法：

(1)系統(tǒng)供電電源選用相對干凈的照明電源；

(2)使用隔離變壓器、低通濾波器等將交流電網(wǎng)的地與設(shè)備地相隔離，也可使用光電耦合器進(jìn)行隔離；(3)使用干擾抑制器。他是一種四端無源網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，利用頻譜均衡器的原理，把尖峰電壓集中的能量分配到不同頻率上，從而抑制"尖峰干擾"；

(4)使用瞬間電壓抑制器(TtansientVoltageSuppressor，TVS)。他是一種高效能的保護(hù)器件，當(dāng)TVS的兩極受到反相瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，他以10～12秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗轉(zhuǎn)為低阻抗，使兩極間的電壓嵌位于一個(gè)預(yù)定值。從而有效保護(hù)了電子線路中的有關(guān)器件免受電網(wǎng)干擾的沖擊，這種器件應(yīng)用廣泛。

1．2輸入通道的抗干擾措施

輸入通道包括模擬輸入通道和數(shù)字輸人通道。

(1)模擬輸入通道干擾的抑制

模擬輸入電路的任務(wù)是完成在現(xiàn)場對檢測對象量值的檢測、采集。單片機(jī)的A／D轉(zhuǎn)換器接受信號的方式一般為非平衡式輸入，共模、差模干擾混入信號中進(jìn)入系統(tǒng)，要徹底排除難度較大，一般采用以下方法。

①將增益放大器安裝在傳感器附近，盡量采用差動(dòng)輸入，以減小共模干擾的混入。②為減小因感應(yīng)引起的干擾，傳輸線采用雙絞線或屏蔽線，以屏蔽線較佳，屏蔽線的屏蔽層應(yīng)在現(xiàn)場一端接地，在靠近A／D芯片端應(yīng)并聯(lián)一限幅電路，以消除大幅度的差模干擾。

(2)數(shù)字輸入通道干擾的抑制

數(shù)字輸入通道主要用于現(xiàn)場開關(guān)量采集和通訊，數(shù)字輸入通道一般采用光電隔離技術(shù)。由于光電耦合器具有很高輸入阻抗和輸出絕緣電阻，抗干擾能力強(qiáng)。采用這種技術(shù)不但可以使主機(jī)與輸入通道隔離，還可以使主機(jī)和輸出通道隔離。因此在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

2軟件方面的抗干擾措施

要使系統(tǒng)正常工作，抗干擾不能完全依靠硬件來解決，還需要在軟件設(shè)計(jì)上采取一定的抗干擾措施。

2．1數(shù)字濾波

無論在硬件電路設(shè)計(jì)上采取多少抗干擾措施，都不可能完全消除干擾信號，因此，外界的干擾信號總是或多或少地要進(jìn)入系統(tǒng)中。數(shù)字濾波是通過程序設(shè)計(jì)對單片機(jī)數(shù)據(jù)采集部分輸入的信號進(jìn)行加工處理，以達(dá)到抗干擾的目的。主要包括：程序判斷濾波法、算術(shù)平均值濾波法、滑動(dòng)算術(shù)平均值濾波法、中位值濾波法等。

2．2指令冗余

當(dāng)CPU受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令碼來執(zhí)行，引起程序混亂。這時(shí)我們首先要盡快將程序引入正軌。以AT89系列單片機(jī)為例，他的所有指令都不超過3B，而且有很多單字節(jié)指令。當(dāng)程序"跑飛"到某一條單字節(jié)指令上時(shí)，便自動(dòng)納入正軌。當(dāng)"跑飛"到某一雙字節(jié)或三字節(jié)指令上時(shí)，有可能落到其操作數(shù)上，從而繼續(xù)出錯(cuò)。因此，有必要在關(guān)鍵的地方人為地插入一些單字節(jié)指令(NOP)，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重復(fù)書寫，這便是指令冗余。

在雙字節(jié)和三字節(jié)指令之后插入2條NOP指令，則這條指令就不會被前面的失控程序拆散，并將被完整執(zhí)行，從而使程序走上正軌。但不能加入太多的冗余指令，以免明顯降低程序正常運(yùn)行的效率。因此，常在一些對程序流向起決定作用的指令之前插入2條NOP指令，以保證"跑飛"的程序迅速納入正確的控制軌道。此類指令有：RET，RETI，LCALL，SJMP，JZ，CJNE等。

2．3軟件陷阱的設(shè)置

指令冗余不能完全解決程序"跑飛"的問題，若"跑飛"的程序沒有落到程序區(qū)則指令冗余就無能為力了。對于此種情況采用設(shè)置軟件陷阱的方法加以解決。這種方法是在非程序區(qū)設(shè)置攔截措施，當(dāng)PC失控、程序"跑飛"進(jìn)入非程序區(qū)時(shí)，使程序進(jìn)入陷井，從而迫使程序返回正常狀態(tài)。例如，若把這段程序的人口標(biāo)記為ERR，軟件陷阱就可如下書寫：

NOPNOPLJMPERR

該軟件陷阱除了安置在未使用的用戶EPROM區(qū)外，還常常安置在未使用的中斷向量區(qū)、表格區(qū)的和程序的斷裂點(diǎn)后(斷裂點(diǎn)是指LJMP，SJMP，RET等類指令)。

2．4設(shè)置看門狗

若"跑飛"的程序既沒有落入軟件陷阱，又沒有遇到冗余指令，而自動(dòng)形成一個(gè)死循環(huán)，可利用軟件啟動(dòng)單片機(jī)的監(jiān)視定時(shí)器(俗稱看門狗)來使系統(tǒng)復(fù)位。這種方法簡單、直觀，只需不超過64k狀態(tài)周期(16ms)的時(shí)間(用12M晶振時(shí))，計(jì)算機(jī)就可恢復(fù)正常。但一定要通過軟件每隔一定時(shí)間(如15ms)使看門狗復(fù)位。

以AT89系列單片機(jī)為例，利用內(nèi)部定時(shí)器的定時(shí)功能。先估算主控程序正常運(yùn)行一個(gè)循環(huán)的時(shí)間t，將定時(shí)器定時(shí)時(shí)間T取比t稍大。主控程序運(yùn)行過程中執(zhí)行定時(shí)器的刷新操作，如果程序正常運(yùn)行，定時(shí)器就不會產(chǎn)生溢出信號而產(chǎn)生中斷。當(dāng)程序"跑飛"失控后，系統(tǒng)由于不能刷新定時(shí)器而導(dǎo)致定時(shí)器溢出而產(chǎn)生中斷。利用定時(shí)器中斷服務(wù)子程序就可以進(jìn)人錯(cuò)誤處理子程序，由錯(cuò)誤處理子程序?qū)Τ鲥e(cuò)情況進(jìn)行相應(yīng)的處理，或者跳到程序起始處，重新執(zhí)行主控程序。程序如下：

在系統(tǒng)初始化程序中，加入下列代碼：SETBEA；開中斷SBTBETl；允許T1中斷SETBPTl；將T1設(shè)為優(yōu)先級

在主控程序中，加入定時(shí)器T1的初始化程序。程序如下：

MOVTLl，#DATAL8；TI低8位賦初值MOVTHl，#DATA8；T1高8位賦初值ORL89H，#2FH；設(shè)T1的工作方式SETBTRl；啟動(dòng)定時(shí)器T1工作

中斷程序如下：

ORG00lBH；人口地址POPA；丟棄PC指針壓人堆棧的錯(cuò)誤地址POPAMOVA，ttADDH8；將要跳轉(zhuǎn)的地址送入PUSHAMOVGA，#ADDL8；堆棧的棧頂PUSHAKETI

執(zhí)行上述