单片机的抗干扰技术应用

武威职业学院 15级机电一体化专业（专科）

毕业设计（论文）

题目单片机的抗干扰

技术应用

姓名吴吉利

学号 1503110135 指导老师杜斌雁

完成日期 2017.06.25 教学系机械制造系

I

单片机的抗干扰技术应用

摘要

单片机控制系统具有体积小、价格低、功能灵活、操作方便等优点，得到了广泛的应用。当应用于工业生产领域时，与强电接触较多，干扰严重。因此，研究抗干扰技术是保证单片机控制系统稳定性和可靠性的必要前提。从软件和硬件两方面论述了单片机抗干扰技术的应用。

关键词:单片机；干扰；软件；硬件

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目 录

前言................................................................ 1 1.单片机抗干扰技术基本要求.......................................... 1 2.常见干扰的分类及影响.............................................. 1 3.硬件抗干扰技术应用................................................ 2

3.1电源干扰抑制技术............................................. 2 3.2光电隔离技术................................................. 3 3.3采用“看门狗”电路........................................... 3 4.软件抗干扰技术应用................................................ 3

4.1指令冗余技术................................................. 3 4.2软件“看门狗”技术........................................... 4 4.3数据备份技术................................................. 4 结束................................................................ 5 谢辞................................................................ 6 主要参考文献........................................................ 7

III

前言

单片机控制系统在一定的环境条件下工作。在这种环境中，有自然或人为因素产生的电磁能。这些能量通过一定的方式进入单片机控制系统，信号不是正常工作系统所需要的干扰，从而影响指令的正常执行，会造成严重的事故或故障，从而控制系统的故障。为了保证单片机控制系统稳定可靠的工作，必须研究抗干扰技术。

1.单片机抗干扰技术基本要求

鉴于单片机的使用，在抗干扰性能方面，至少需要满足以下几个方面的基本要求：

（1）整合要求。单片机体积有限，其存储容量通常比较小，如8位单片机，RAM一般小于256字节。在存储容量有限的情况下，单片机必须扩大集成度的要求，而不影响单片机的正常使用，尽可能扩大ROM和RAM字节。

（2）可靠性要求。单片机适用于各个领域，类似于工业领域，测控环境通常比较高，如果只有普通CPU，可能无法抵御噪声干扰。在这一点上，我们需要确保软件的常数，表等不损坏的程序指令，信号通道集中在同一芯片，从而提高了可靠性的微控制器。

（3）易于扩展的要求。硬件和软件的匹配程度，通常在计算机运行过程中能体现出来，便于扩展，主总线、串行输入为外片引脚、串行输出引脚，在软件设计中，要求可广泛适用于各种尺寸的计算机应用系统。

（4）监管要求。单片机的指令系统，满足转移指令和逻辑运算和处理功能，是正常使用的基本性能，但对于大多数单片机的逻辑控制功能，笔者认为仍处于滞后阶段，在复杂环境的控制，它的运行速度可能不标准，因此在供应链管理的转变，我们必须彻底解决问题。

2.常见干扰的分类及影响

干扰是由干扰源引起的。任何介质，产生一定的能量，并能影响周围电路的正常运行可以被认为是干扰源。有些干扰来自外部，有些来自内部。根据干扰通道进入系统的不同渠道，主要有三类。首先，强电场、磁场和各种高频干扰信号在空间产生的电磁辐射干扰；二是通过输入和输出通道的介绍；三是在工业领域

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的启动造成电源和大功率设备停止干扰。干扰对单片机系统的负面影响，主要体现在以下几个方面：

（1）数据采集误差增大。当干扰侵入单片机控制系统的前通道并叠加在有用信号上时，会增加数据采集的误差。如果有用信号相对较弱，则干扰会导致有用信号的完全淹没，影响更严重。

（2）控制状态失效。在单片机控制系统中，控制状态的输出通常是输入条件和条件的逻辑结果。在这些环节中，由于干扰的存在，会导致系统的状态偏差和误差，从而导致输出控制误差的增加，甚至导致控制的失败。

（3）数据更改。单片机控制系统，而ROM可以避免中断，但芯片内部和外部RAM芯片和各种特殊功能寄存器的状态可能会受到干扰和变化所造成的数值误差，程序状态的变化，导致系统不能正常工作。

（4）程序出现故障。单片机控制系统程序运行正常与否，单片机程序计数器与上位机的正常状态密切相关。一旦外部干扰导致PC发生变化，程序就会运行掉原来的设置，导致程序失控，甚至导致程序运行到死循环，导致系统崩溃。

3.硬件抗干扰技术应用

单片机控制系统受到干扰后，使单片机控制系统工作可靠，一是隔绝外界干扰源，使其不能进入单片机控制系统；二是在电路设计和软件采取必要的措施，使系统尽可能不干扰正常操作。

硬件抗干扰技术是一种主动抗干扰的方法。常见的硬件抗干扰技术包括以下几个方面：

3.1电源干扰抑制技术

据统计,单片机控制系统中70%的干扰是由于电源耦合而引起的,所以提高电源系统的供电质量,对保证系统可靠运行是非常重要的。电源抗干扰基本方法有以下几种:

a.采用开关电源供电。虽然设计成本稍高,但系统抗电磁干扰的能力得到增强；

b.采取电网滤波技术。在开关电源前增加电源滤波模块,以滤去电网中各种大功率设备产生的尖峰脉冲干扰,尽可能得到“纯净”电源；

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c.直流电源滤波。对稳压后的直流电源进一步采取滤波技术,如对各种芯片电源增加电容滤波,对直流电源增加电感滤波。

3.2光电隔离技术

光电隔离是通过光耦隔离中央处理单元的信号输入通道或信号输出通道。通过光电隔离器内部发光二极管为光信号输入电信号，然后通过内部的光敏三极管转换为电信号，输入输出控制器，完全实现了电气隔离，因此它是从各种输入和输出之间的干扰完全隔离。通过光信号实现了有用信号的正确传输，是一种很好的抗干扰措施。

3.3采用“看门狗”电路

由于干扰或程序自身的原因,程序在运行过程中可能会偏离正常执行顺序进入失控状态,甚至陷入死循环,这种情况称之为程序跑飞或死机。为避免这种状态造成严重后果,需要对程序运行状态进行监控,一旦这种情况发生,应使系统可以自行复位而重新恢复正常运行。具备这种对系统程序运行状态进行监控的电路称为“看门狗”电路。

“看门狗”电路的工作原理是在系统运行过程中,每隔一段固定时间给“看门狗”一个信号,表示系统运行正常。如果超过这一时间没有给出信号,则表示系统运行失控。于是“看门狗”电路将自动产生复位信号使系统复位,或产生一个中断请求要求系统响应中断,使CPU转去执行一个中断程序来处理当前的故障。设计“看门狗”电路可采用专用的集成电路,如MAX813L等,亦可选用内置“看门狗”电路的微处理器。

4.软件抗干扰技术应用

软件抗干扰技术主要是指在单片机系统抗干扰的软件系统的建立，当单片机系统的干扰，如果从正常工作状态的程序，在系统抗干扰系统将引导程序进入正常的运行状态。

4.1指令冗余技术

MCS-51系列单片机，每个指令由操作码和操作数组成。CPU进程是从操作码中取指令，然后操作数。当单片机控制系统受到干扰并发生错误时，程序将中断

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正常轨道。如果您运行双字节命令并在操作数的时候取指令，则会将操作数误认为是操作代码，程序可能出错。如果你运行到三字节指令，错误的概率更大。命令冗余可用于手动插入关键位置的单个字节指令，或重写有效的单字节命令。通常，NOP指令后插入两个多字节，双字节指令和三字节指令。因此，即使程序运行的操作数，的空操作指令NOP的存在，避免后续指令正在执行的操作数，和程序自动纳入轨道。此外，在RET、RETI LCALL LJMP JC，，，并在该系统的流动指示两NOP指令之前插入起着重要的作用，也可以运行程序飞入正轨，确保这些重要指示的实施。

4.2软件“看门狗”技术

如果跑飞的程序落到一个临时构成的死循环中,可用软件程序来形成“看门狗”,使CPU复位,保证程序重新开始正确执行。“看门狗”根据程序在运行指定时间间隔内未进行相应的操作,即未按时复位“看门狗”定时器,来判断程序运行出错的。通过不断检测程序循环运行时间,若发现程序循环时间超过最大循环运行时间,则可以认为系统陷入“死循环”,需进行出错处理。

4.3数据备份技术

输入单片机中的重要数据可用掉电保护措施保存,但干扰对这些数据仍有影响。受到严重干扰后,这些数据不会全部遭到破坏,但仍不能排除个别数据受到破坏。对于这种情况,可以对重要数据实行备份保存,当系统复位后立即进行自我检查和恢复。使用数据时,可采用比较法,将原数据与备份进行比较,相同才认为是正确数据。如果某一份数据中一些单元遭破坏,单片机将其它两份(备份数据至少两份)进行比较,相同才认为是正确数据,对破坏的数据进行修复。

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结束

语文章通过研究，基本明确单片机抗干扰技术的应用要求和方法，在实际应用时，要结合单片机具体的使用环境，找出具体的抗干扰源，然后在硬件和软件设计时，融入针对性的抗干扰技术，方可提高单片机的实用性。另外在实际应用中，还需要不断归纳总结出更多的抗干扰技术，作为文章补充和完善的内容。

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谢辞

即将离开校园，虽然对未来充满了期待与展望，但回首在校园中的学习生活，却也弥漫着离别的忧伤，心中充满了种种不舍，更充满了对许多人的感激。

首先，我想感谢我非常敬重的导师,是您在我的人生中最重要的时刻，给予了我最重要的指导，是您的孜孜教诲让我的团团迷惑得以顺利解决，让我能够顺利完成我的毕业论文，为我的校园生活划上一个完美的句号。

来到教室中，满眼都是每位老师的身影，和老师对我的教诲，我想由衷地道一声感谢，是您们在教授我知识的同时让我学会观功念恩，让我懂得以感恩的心来回馈世界，也让我学会了对人的尊重，您们是我人生中的指名灯，照亮我的人生之路。

漫步于校园中，校园中的每一个角落都充满了与同学的点点滴滴的回忆，是你们的友爱和关怀，让我的校园生活充满了色彩，是你们让我的人生中又多了一批让我珍惜的珍贵的朋友，你们是我人生中的一笔重要的财富，非常感谢你们走进了我的生活。我还想感谢我亲爱的父母，您们是我生活和学习中的坚强后盾，更是我不断前进的动力，感谢您们对我的宽容和鼓励，所有的恩情我都会铭记于心。

最后，再一次感谢所有给予我关怀的老师、和我一起的同窗及支持我的家人！

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主要参考文献

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[2]吴国民.嵌入式系统的抗干扰技术研究[J].福建电脑.2016(08)

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/315a.html