单片机应用系统抗干扰技术研究.docVIP

单片机应用系统抗干扰技术研究 　　单片机已被广泛地应用于各个领域，在工业控制、医疗器械、通讯等场合，对单片机的可靠性的要求越来越高。随着单片机种类的越来越多，其功能越来越完善，硬件的设计也变得越来越简单。但在实验室里设计的控制系统，在安装、调试后完全符合设计要求，而把系统置入现场后，系统却常常不能够正常稳定地工作，单片机应用系统的可靠性设计变得越来越重要。 　　单片机系统的可靠性是由多种因素决定的，其中系统抗干扰性能是可靠性的重要指标之一。抗干扰就是针对干扰产生的性质、传播途径、侵入的位置和侵入的形式，采取相应的方法消除干扰源，抑制干扰传播途径，减弱电路或元件对噪声干扰的敏感性，使单片机系统能在线正常、稳定地运行。 　　 　　一、单片机应用系统的主要干扰渠道分析 　　 　　所谓干扰就是叠加在有用信号上的不需要的信号，是影响路正常工作的另一种噪声。干扰以某种电信号的形式，通过一的渠道，混入有用信号中侵入单片机系统，造成系统工作不稳定。在各种实际环境中，干扰总是存在的，这些干扰降低了电子系统准确性甚至破坏其可靠性。 　　 　　1.外部环境所产生的干扰 　　(1)单片机控制系统是为工业控制而设计制造的，经常工作于工业生产现场。在实际的生产现场，存在着大量的电磁干扰信号，对单片机控制系统的正常工作造成极大的危害，甚至有可能带来系统误操作甚至失控的危险。 　　(2)测控通道引入的干扰。通过与系统连接的测控通道及与其他主机连接的相互通道引入的干扰信号也会对系统的正常工作造成有害影响。 　　 　　2.干扰对单片机应用系统的作用部位 　　(1)输入系统。它将使模拟信号失真、数字信号出错，单片机据这种输入信息作出的反应必然是错误的。 　　(2)输出系统。将使各输出信号混乱，不能正常反映系统的真实输出量，从而导致一系列严重后果。 　　(3)CPU系统。CPU得到错误的数据信息，使运算操作数据失真导致结果出错，并将这个错误一直传递下去，形成一系列错误。 　　 　　二、应用系统硬件的抗干扰措施 　　 　　单片机应用系统的硬件电路是由???下几个部分构成的：信号检测部分；信号处理及控制部分；控制信号驱动部分；系统交互部分；显示部分。由此可见一个单片机应用系统的成分是相当复杂的，从各种类型的传感器到名目繁多的各种继电器接触器、电磁阀，从类型繁多的集成电路到各种各样的耦合器件、执行部件、显示器件等。抗干扰主要有以下措施： 　　1.抑制电源干扰采取交流稳压器保证供电的稳定性，防止电源的过压和欠压。使用隔离变压器滤掉高频噪声，低通滤波器滤掉工频干扰。用开关电源并提供足够的功率余量，主机部分使用单独的稳压电路。 　　2.过压保护电路。在输入输出通道上应采用过压保护电路，以防引入高电压，伤害微机系统。过压保护电路由限流电阻和稳压管组成，限流电阻选择要适宜，太大会引起信号衰减，太小起不到保护稳压管的作用。稳压管稳压值的选择以略高于最高传送信号电压为宜，太低将对有效信号起限幅效果，使信号失真。 　　3.采用差动放大输入、输出信号。干扰信号多数是共模信号，为了抑制干扰，可利用差动放大器，双端输出信号。接收时，利用差动放大电路将信号转为单端信号。这种方法对远距离信号输送的抗干扰很有效。 　　4.减少系统连接中各工作部件之间的干扰。利用双绞线来解决单片机控制系统中信号的长线传输问题。双绞线抗干扰能力强，实践证明，双绞线能使各个小环路的电磁感应干扰相互抵消；由于其分布电容为几十皮法，距离信号源近，可以起到积分作用，对电磁场有一定抑制效果。必要时输入、输出供电分别采用NB、NB模块隔离，以避免各个部分相互干扰。 　　5.配置去藕电容。数字电路信号电平转换过程中产生很大的冲击电流，并在传输线和供用电源内阻上产生较大的压降，形成严重的干扰。为了抑制这种干扰，在电路中可适当配置去耦电容，即去耦电路。其作用一方面提供和吸收集成电路开门瞬间的充放电能量，另一方面滤掉集成电路的高频噪声。主要在集成电路的电源端与地线端加接电容，电路布线的时候去耦电容尽量靠近集成电路的电源输入端，对于微机控制系统，去耦电容值一般取0.01～0.1μF，且一般应选用高频特性好的独石电容或瓷片电容作去耦电容。 　　 　　三、软件的抗干扰措施 　　 　　1.数据采集误差的软件抗干扰的措施 　　由于数据采集时干抗性质、后果的不同，采用的方法也不尽一致。在最常用的实时数据采集系统中，为了消除传感器通道中的干扰信号，我们最常用数字滤波方，可滤掉大部分由输入信号干扰而引起的输出控制错误。最常用的方法有算术平均值法、比较舍取法、中值法、一阶递推数字滤波法等。 　　（1）算术平均值法。算术平均值滤波法就是对一点的数据连续采样多次，计算其平均值，以平均值作为该点的采样