单片机控制系统干扰因素

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一、干扰的传输途径

前向通道单片机主机输入口之前的部分电路就是前向通道，概括的说就是被测电信号的输入通道。一般情况下，由于被测目标的状态参数常常是一种信号较小的非电物理量，前向通道通常主要是用于信号放大的A/D转换电路和运放电路。当有干扰源进入前向通道时，会导致输入的信号受到干扰，发生失真，出现错误，从而使误差变大，叠加到各种控制信息或者条件状态的信号上，会使单片机控制系统输出信号失常，最终导致整个单片机控制系统的稳定性受到严重影响。3.2CPU内核CPU内核途径的干扰可使单片机控制系统内核总线上的信号出现错误，从而导致一系列难以预测的错误。当有干扰进入CPU内核后，程序可能会脱离正常轨道，导致死循环、失控或者飞跑，进而影响后向通道输出的信号，破坏单片机控制系统的稳定性。后向通道后向通道一般是指单片机控制系统输出口以后的电路。这部分电路往往具有比较高的电平，不易受到干扰，但需要注意它对其它元件的干扰。

二、干扰因素对单片机控制系统的影响

测量数据误差加大当单片机控制系统的测量元件收到干扰时，会叠加到测量信号上，使测量的数据误差增大，严重的时候可能会导致测量信号被掩盖，尤其是在测量信号较为微弱的时候。控制系统失灵单片机控制系统输出的控制信号是以依条件状态输入的信号为基础的，然后通过对这些信号进行逻辑处理，再输出信号。当输入的状态信号受到干扰时，源头上的误差，经过系统放大，会使输出的控制信号误差更大，严重的时候导致控制系统失灵。破坏RAM和E2PROM的数据单片机控制系统的程序及表格数据一般存放程序存储器EPROM或FLASH中，以避免这些重要数据遭受干扰破坏。但是外扩RAM、片内RAM中的数据有可能会受到干扰，倒是数据受到破坏。序运行失常干扰因素有时会使正常程序难以正常运行。例如，当干扰因素导致计数器PC值的改变，那么程序就会运算一系列没有意义的指令，导致最后进入“死循环”，使输出信号严重混乱，甚至死机。

三、控制干扰因素的措施

1.硬件措施接地对于单片机控制系统来说，应根据信号电流和电压的大小,以及电源的类别等条件，统筹考虑，设计接地。弱信号接地。要把单片机控制系统中信号较弱的回路、逻辑电路、控制回路以及和它们相连的直流电源绑定在一定，共同接地。这种接地实际上就是工作地。功率接地.要将单片机控制系统中的电磁阀及其驱动电源等电路功率较大的元件组合在一起构成功率接地，因为它们对于弱信号回路的干扰比较大。切忌将弱信号接地同功率接地混在一起。变压器屏蔽层接地。当变压器的初级线圈设置有屏蔽层的时候，应当将所设置的屏蔽层和变压器本身的初级绕组交流零线连接在一起；而在变压器的初级和次级线圈都设置了屏蔽层的情况，应当把初级绕组屏蔽层同中间屏蔽层连接在一起。同轴电缆或双绞线接地。输入进单片机控制系统的信号线路采用同轴电缆或双绞线能够减少信号回路的电磁干扰。当选用带屏蔽的双绞线时，应当保证屏蔽部件和工作地在唯一的一个接地点上良好的连接。安装屏蔽结构采用金属网、板、盒等屏蔽结构能够较好的控制电磁干扰对于单片机控制系统的影响。屏蔽结构一般通过反射和吸收两种方式来减小电磁波的实际影响能量，产生对电磁干扰的屏蔽作用。可以选用铝、铜、钢等材料制作电场或辐射场的屏蔽结构。对于低频磁场，要选用磁钢、坡莫合金等材料来制作屏蔽结构；而屏蔽高频磁场则应选用铝、铜等导电率相对较高的材料。屏蔽低频电磁波，应当选用高导磁材料来制作屏蔽结构。另外，还有一点需要注意的就是屏蔽结构的“一点接地”问题。隔离隔离主要包括光电隔离和物理隔离两种方式。其中物理隔离是较为常用的，它一般用于隔离小信号低电平，确保其信号连线与高电平大功率导线之间的距离。同一设备内，这两类信号的导线要保证分开走线。走线距离较远时，要把功率电缆同信号电缆分开，并且要保持一定的距离，有条件的话，可以把它们分别套上钢管，提高隔离效果。

2.滤波利用滤波电容等储能元件来削弱因负载变化而产生的干扰因素。可在电源线的输入端并联两只0.01μF和50μF的滤波电容，0.01μF的用来削弱电源噪声中的高频分量，50μF用来削弱电源噪声中的低频分量。同时，可在电容的前面再添加一个电感，可以更好的提高滤波效果。控制反电势在单片机控制系统中，具有较大电感量的元器件容易产生反电势，这种反电势往往产生较大的危害，可以在其线圈的两端并联上稳压器、二极管、电容以及电阻等元件，来控制反电势。线圈通入交流电时，并联电阻和电容构成的旁路；线圈通入直流电时，并联电阻和电容或者二极管和稳压管或者纯电阻构成的旁路。软件措施拦截技术程序的“乱飞”问题以及程序进入死循环问题，可以通过软件拦截技术来控制和解决。具体的来说，在程序中多使用一些单字节指令（NOP），也可以将一些有效单字节指令重复书写，形成指令冗余；在双字节和三字节指令后插入两条单字节指令，这样可以确保后面的指令不会被拆开，或者是说在某些指令前插入两条单字节指令，可以确保这些指令就不会被之前冲下来的失控程序拆开，依然能够被完整执行。但是，这种冗余指令也不能过度添加，因为过多的冗余指令会增大程序的运行时间，降低整个控制系统的效率。因此，这种通过多写入一些单字节指令，来形成冗余指令来控制“乱飞”、死循环等问题的做法常常使用在一些对于整个单片机控制系统非常重要的指令或者对程序流向起到至关重要作用的指令上，以保证出现问题的程序能够正确的回归到控制轨道上来。此类指令主要包括RETI、SJMP、RET、JZ、LCALL、CJNE等。看门狗技术当软件拦截技术不能够使失控的“乱飞”程序、死循环回归正常的时候，通常都采用程序监视技术（WDT），又称看门狗技术，来解决“乱飞”或者死循环等问题。程序监视技术是一种软、硬件结合的抗干扰措施，其硬件部分一般是一个用以产生定时t的单稳或者计数器，该部分通常是独立运行的，输出端接至CPU的复位线上，由CPU控制其周期性的清零，防止定时溢出。

四、总结

随着信息技术的不断发展，单片机控制系统的干扰因素越来越多，也越来越复杂，因此在实际的生产生活中应当根据实际情况来具体分析。本文从单片机控制系统的干扰因素出发，系统分析了其种类、途径和危害，并从硬件和软件两个方面分别提出了可行的控制措施。以上措施仍然需要在不断的实践中来完善，只有这样单片机控制系统的抗干扰的性能才能不断的得到提升，才能真正适应日新月异的信息技术，让单片机控制系统更加稳定应用于各行各业。

作者：邓咸阳