单片机自动控制中抗干扰相关问题的探讨
时间：2021-01-25 10:03:18 来源：达达文档网 本文已影响 人 
黄开平
摘 要：单片机在自动化流程中比较容易受到干扰，会影响微机测控系统的稳定运行，有时还会对整个系统造成不利影响，因此，为了让控制系统更稳定更安全的运行，就要提高单片机的抗干扰能力，本文就单片机自动控制中抗干扰相关问题做出简单分析，希望能为单片机的抗干扰能力的提高做出一些帮助，提高自动控制系统的稳定性。
关键词：单片机;抗干扰能力;问题探讨
引言：单片机受到干扰可能会造成系统的自动化流程失控，主要的现象有：由于干扰的原因导致系统内的数据不准确;干扰会造成数据采集的误差较大;干扰可能会造成系统的控制失灵;干扰可能会造成控制系统的程序运行异常。这些基本都是由于单片机受到干扰而产生的一些不利现象，为了提高单片机的抗干扰能力，现如今，比较可靠的技术主要可以分为两个方面，硬件抗干扰技术和软件抗干扰技术。下面就单片机抗干扰能力做出一些简单概述。
一、硬件抗干扰技术
硬件抗干扰技术主要是通过抑制干扰源来提高抗干扰的能力，这种技术主要是阻断干扰传输通道，通过合理的布置以及有关参数的选择，可以很好的抑制对系统的干扰。硬件抗干扰技术是一种比较常使用的技术，通过一定的硬件设计，可以有效的抑制大部分的干扰[1]。硬件抗干扰技术的主要措施有：尽量选取频率低的微控制器;减小信号传输中的畸变;降低信号间的交叉干扰;合理的对元件进行布置分区等，如果可以有效的实施硬件抗干扰技术，就可以把绝大部分的干扰阻隔，虽然还会有小部分的干扰会对微机系统系统有一定的影响，这时就可以通过软件抗干扰技术来实现对干扰的阻断，这样就可以有效的使微机受到的干扰能力变小，由此可以看出要想使微机的抗干扰系统成功的组建，需要硬件系统和软件系统相结合才能实现。
二、软件抗干扰技术
在微机测控系统中，软件抗干扰技术的应用最为广泛，主要是由于软件抗干扰系统具有耗费资源少、灵活方便等优点，在软件抗干扰技术进行实施时，主要是通过对模拟器输入的噪声进行消除，当程序出现混乱时使程序重入正规的方法。下面对机电软件抗干扰技术进行简单的概述。
（一）指令冗余
在CPU进行取令时，一般都是先对操作码进行提取，然后再对操作数进行提取，这时，如果在一些地方插入单字节指令，或将一些单指令重写就可以称之为指令冗余。一般认定在程序“跑飞”后会进某个代码段中，这时可以在代码段的指令中插入3个以上的nop空命令，这样就可以实现对程序“跑飞”的控制，但是当中断程序出现干扰而使得“程序”跑飞，这时冗余技术将会失效，控制系统也不能正常工作。
（二）拦截技术
拦截技术就是将乱飞的程序引向制定的位置，然后通过一定的处理，使程序进入正轨，这个过程需要通过软件陷阱来对乱飞的程序进行拦截，因此首先要设计合理的陷阱，通过对陷阱合理的摆放，才能对乱飞的程序进行有效的拦截。当乱飞的程序进入非程序区时，指令冗余便会失效，不能对干扰进行一定抑制，因此，要通过一定的陷阱，将乱飞的程序控制住，然后进行及时的处理，这样才能对干扰进行一定的阻碍。在对陷阱进行放置时，一般都会在未使用的EPROM中填写0000020000[2]。最后一条填写020000，这样，当乱飞的程序进入此区域时，就可以自动入轨。此外，在用户程序区各模块之间的空余单元中也可以设置陷阱指令，这样也可以对乱飞的程序进行有效的拦截。当使用的中断因干扰而开放时，在对应的中断程序中设置软件陷阱，就可以对中断的错误进行及时的发现。在考虑到整个系统的容量，一般情况下，陷阱的设置不要太多，1K空间中有2～3个陷阱就可以对乱飞的程序进行有效的拦截。
（三）软件“看门狗“技术
在失控的程序进入“死循环”时，一般都是采用“看门狗”技术来实现程序的正常运转，通过对程序的运行时间进行不断的检测，可以发现程序循环时间是否正常，若程序的循环时间超过了最大循环运行时间，则可以认定程序进入“死循环”，这时就可以通过“看门狗”技术进行处理[3]。“看门狗”技术可以通过硬件来实现，也可以通过软件来实现，一般都是通过软件来实现的，因为软件“看门狗”可以减少系统自我修复的时间，而硬件“看门狗”基本都是通过复位的方式来实现对程序的处理，这样耗费的时间相对较多。
三、单片机控制系统的抗干扰对策
（一）加强系统分析
要想实现对单片机控制系统的抗干扰工作，如果仅靠传统的手段进行实施，不僅效果不会太好，还会有着很多的问题产生。在对单片机控制系统进行抗干扰的处理时，可以通过对系统分析层面进行入手，选择合理的手段和方法。首先，可以通过对单片机控制系统运作的不同环境，进行合理有效的分析，对控制系统进行全面的掌握，以便于对出现问题进行有效的排查，保障整个控制系统运行的稳定。其次，要对影响控制系统的干扰源和动态因素进行深入的研究，对控制系统的抗干扰进行全面的设计，从而使得单片机控制系统的抗干扰体系更加的丰富。
（二）数字输入端的噪声抑制
对于单片机控制系统的抗干扰工作，硬件抗干扰是一种比较有效的抗干扰方式，要想使单片机控制系统稳定的运行，与硬件抗干扰的应用有着非常密切的关系，如果硬件抗干扰系统维护的不到位，就会使得单片机控制系统的稳定运行受到影响。在对数字输入端噪声抑制的抗干扰进行合理的实施时，可以使整个系统的抗干扰能力大大提高，保障单片控制系统更加稳定的运行。首先可以在输入端接RV滤波器和施密特集成电路，其中RC滤波器的时间常数要大于现场可能出现噪声的最大脉宽，还要保证滤波器的时间常数小鱼信号的宽度，这样不仅可以有效的对噪声进行抑制，也不会使信号丢失。在输入端加上拉电阻，可以使系统的供电电源电压提高，从而使输入端的电平提高，使输入端的噪声容限更大。提高输出低电平的噪声容限，可以通过降低信号源内阻的方法来实现，使用放大倍数为1的电压跟随器，可以使单片机控制系统的效用更加的明显。
（三）外围扩展存储器的抗干扰
在对单片机控制系统的抗干扰进行实施时，应该按照多元化的模式进行，单一技术手段的实施，虽然可以暂时性的对抗干扰能力提高有着明显效果，但是长期的应用，会使得控制系统的抗干扰能力下降，不利于单片机控制系统长期稳定的运行。外围扩展存储器的抗干扰手段是促进单片机控制系统稳定运行的重要组成部分，在实施外围扩展存储器的抗干扰手段时，首先要控制数据线、地址线、控制线的长度，让其尽量变短，这样能减少对地的电容。然后要加粗电源线和地线，走线时尽量要短，这样才能使外围扩展存储器的抗干扰能力得到有效提升。
四、结语
对于单片机控制系统的抗干扰能力来说，要综合考虑硬件和软件技术想结合，这样才能使得单片机控制系统的抗干扰能力得到有效加强，同时还要针对开发的成本和软件的稳定性去综合进行考虑，选取合理科学的抗干扰方式方法，促使我国单片机控制系统更加的稳定。我国在单片机控制系统的抗干扰设计方面，正在不断的改进，通过突破自身的局限性，现如今已经取得了比较好的效果，相信通过我国对于单片机控制系统的不断研究，我国的单片机自动控制系统的抗干扰能力会不断的加强。
参考文献：
[1]黄启锋，郭丽花，林有希，温发林. 单片机控制系统软件抗干扰方法的研究[J]. 中国农机化学报，2016，37（02）：214-217+222.
[2]邹超然. 单片机控制系统抗干扰设计[J]. 黑龙江科学，2019，10（02）：72-73.
[3]苑晓晨，武建伟，王新鑫，樊建勋. 单片机在自动控制系统中的可行性分析[J]. 湖北农机化，2019（12）：84.
