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如何提高单片机的抗干扰能力

作者:admin 来源:不详 发布时间:2018-05-08 浏览:1

  1.解决来自电源端的干扰

  单片机系统中的各个单元都需要使用直 流电源,而直流电源一般是市电电网的交流电经过变压、整流、滤波、稳压后产生的,因此电网上的各种干扰便会引入系统。除此之外,由于交流电源共用,各电子设备之间通过电源也会产生相互干扰,因此抑制电源干扰尤其重要。电源干扰主要有以下几类:

1.1电源线中的高频干扰(传导骚扰)

  供电电力线相当于一个接受天线,能把雷电、电弧、广播电台等辐射的高频干扰信号通过电源变压器初级耦合到次级,形成对单片机系统的干扰;解决这种干扰,一般通过接口防护;在接口增加滤波器、或者使用隔离电源模块解决。

1.2 感性负载产生的瞬变噪音(EFT)

  切断大容量感性负载时,能产生很大的电流和电压变化率,从而形成瞬变噪音干扰,成为电磁干扰的主要形式;解决这种干扰,一般通过屏蔽线与双胶线,或在电源接口、信号接口进行滤波处理。这二种方法都需要在系统接地良好的情况下进行,滤波器、接口滤波电路都必须良好的接地,这样才能有效的将干扰泄放。

2.模拟信号采样抗干扰技术

  单片机应用系统中通常要对一个或多个模拟信号进行采样,并将其通过A/D转换成数字信号进行处理。为了提高测量精度和稳定性,不仅要保证传感器本身的转换精度、传感器供电电源的稳定、测量放大器的稳定、A/D转换基准电压的稳定,而且要防止外部电磁感应噪声的影响,如果处理不当,微弱的有用信号可能完全被无用的噪音信号淹没。在实际工作中,可以采用具有差动输入的测量放大器,采用屏蔽双胶线传输测量信号,或将电压信号改变为电流信号,以及采用阻容滤波等技术。

3.数字信号传输通道的抗干扰技术

  数字输出信号可作为系统被控设备的驱动信号(如继电器等),数字输入信号可作为设备的响应回答和指令信号(如行程开关、启动按钮等)。数字信号接口部分是外界干扰进入单片机系统的主要通道之一。在工程设计中,对数字信号的输入/输出过程采取的抗干扰措施有:传输线的屏蔽技术,如采用屏蔽线、双胶线等;采用信号隔离措施;合理接地,由于数字信号在电平转换过程中形成公共阻抗干扰,选择合适的接地点可以有效抑制地线噪声。

4.硬件监控电路

  在单片机系统中,为了保证系统可靠、稳定地运行,增强抗干扰能力,需要配置硬件监控电路,硬件监控电路从功能上包括以下几个方面:

  (1)上电复位:保证系统加电时能正确地启动;

  (2)掉电复位:当电源失效或电压降到某一电压值以下时,产生复位信号对系统进行复位;

  (3)电源监测:供电电压出现异常时,给出报警指示信号或中断请求信号;

  (4)硬件看门狗:当处理器遇到干扰或程序运行混乱产生“死锁”时,对系统进行复位。

5.PCB电路合理布线

  PCB板设计的好坏对抗干扰能力影响很大。因此,在进行PCB 设计时,必须遵守PCB 设计的一般原则,并应符合抗干扰设计的要求。下面着重说明两点:

5.1关键器件放置

  在器件布置方面与其它逻辑电路一样,应把相互有关的器件尽量放得靠近些,这样可以获得较好的抗噪声效果。时钟发生器、晶振和CPU 的时钟输入端都易产生噪声,要相互靠近些;CPU 复位电路、硬件看门狗电路要尽量靠近CPU相应引脚;易产生噪声的器件、大电流电路等应尽量远离逻辑电路。

5.2 D/A、A/D 转换电路地线的正确连接

  D/A、A/D 芯片及采样芯片均提供了数字地和模拟地,分别有相应的管脚。在线路设计中,必须将所有器件的数字地和模拟地分别相连,但数字地与模拟地仅在一点上相连。另外,也可以采用屏蔽保护,屏蔽可用来隔离空间辐射。对噪声特别大的部件(如变频电源、开关电源)可以用金属盒罩起来以减少噪声源对单片机的干扰,对容易受干扰的部分,可以增加屏蔽罩并接地,使干扰信号被短路接地。

6.软件抗干扰原理及方法

  尽管我们采取了硬件抗干扰措施,但由于干扰信号产生的原因错综复杂,且具有很大的随机性,很难保证系统完全不受干扰。因此,往往在硬件抗干扰措施的基础上,采取软件抗干扰技术加以补充,作为硬件措施的辅助手段。软件抗干扰方法具有简单、灵活方便、耗费低等特点,在系统中被广泛应用。

6.1 数字滤波方法

  数字滤波是在对模拟信号多次采样的基础上,通过软件算法提取最逼近真值数据的过程。数字滤波的的算法灵活,可选择权限参数,其效果往往是硬件滤波电路无法达到的。

6.2 输入信号重复检测方法

  输入信号的干扰是叠加在有效电平信号上的一系列离散尖脉冲,作用时间很短。当控制系统存在输入干扰,又不能用硬件加以有效抑制时,可用软件重复检测的方法,达到“去伪存真”的目的,直到连续两次或连续两次以上的采集结果完全一致时方为有效。若信号总是变化不定,在达到最高次数限额时,则可给出报警信号。对于来自各类开关型传感器的信号,如限位开关、行程开关、操作按钮等,都可采用这种输入方式。如果在连续采集数据之间插入延时,则能够对付较宽的干扰。

6.3 输出端口数据刷新方法

  开关量输出软件抗干扰设计,主要是采取重复输出的方法,这是一种提高输出接口抗干扰性能的有效措施。对于那些用锁存器输出的控制信号,这些措施很有必要。在尽可能短的周期内,将数据重复输出,受干扰影响的设备在还没有来得及响应时,正确的信息又到来,这样就可以及时防止误动作的产生。在程序结构的安排上,可为输出数据建立一个数据缓冲区,在程序的周期性循环体内将数据输出。对于增量控制型设备不能这样重复送数,只有通过检测通道,从设备的反馈信息中判断数据传输的正确与否。在执行重复输出功能时,对于可编程接口芯片,工作方式控制字与输出状态字一并重复设置,使输出模块可靠地工作。

6.4 软件拦截技术

  当窜入单片机系统的干扰作用在CPU 部位时,后果更加严重,将使系统失灵。最典型的故障是破坏程序计数器PC 的状态,导致程序从一个区域跳转到另一个区域,或者程序在地址空间内“乱飞”,或者陷入“死循环”。使用软件拦截技术可以拦截“乱飞”的程序或者使程序摆脱“死循环”,并将运行程序纳入正轨,转到指定的程序入口。

6.5 “软件看门狗”技术

  PC 受到干扰而失控,引起程序“乱飞”,也可能使程序陷入“死循环”。当软件拦截技术不能使失控的程序摆脱“死循环”的困境时,通常采用程序监视技术WDT TIMER(WDT),又称“看门狗”技术,使程序脱离“死循环”。WDT 是一种软、硬件结合的抗程序跑飞措施,其硬件主体是一个用于产生定时T 的计数器或单稳,该计数器或单稳基本独立运行,其定时输出端接至CPU 的复位线,而其定时清零则由CPU 控制。在正常情况下,程序启动WDT 后,CPU 周期性的将WDT 清零,这样WDT 的定时溢出就不会发生,如同睡眠一般不起任何作用。在受到干扰的异常情况下,CPU 时序逻辑被破坏,程序执行混乱,不可能周期性的将WDT 清零,这样当WDT 的定时溢出时,其输出使系统复位,避免CPU因一时干扰而陷入瘫痪的状态。

编辑:admin 最后修改时间:2018-05-08

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