單片機控制系統干擾因素

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一、干擾的傳輸途徑

前向通道單片機主機輸入口之前的部分電路就是前向通道，概括的說就是被測電信號的輸入通道。一般情況下，由于被測目標的狀態參數常常是一種信號較小的非電物理量，前向通道通常主要是用于信號放大的A/D轉換電路和運放電路。當有干擾源進入前向通道時，會導致輸入的信號受到干擾，發生失真，出現錯誤，從而使誤差變大，疊加到各種控制信息或者條件狀態的信號上，會使單片機控制系統輸出信號失常，最終導致整個單片機控制系統的穩定性受到嚴重影響。3.2CPU內核CPU內核途徑的干擾可使單片機控制系統內核總線上的信號出現錯誤，從而導致一系列難以預測的錯誤。當有干擾進入CPU內核后，程序可能會脫離正常軌道，導致死循環、失控或者飛跑，進而影響后向通道輸出的信號，破壞單片機控制系統的穩定性。后向通道后向通道一般是指單片機控制系統輸出口以后的電路。這部分電路往往具有比較高的電平，不易受到干擾，但需要注意它對其它元件的干擾。

二、干擾因素對單片機控制系統的影響

測量數據誤差加大當單片機控制系統的測量元件收到干擾時，會疊加到測量信號上，使測量的數據誤差增大，嚴重的時候可能會導致測量信號被掩蓋，尤其是在測量信號較為微弱的時候。控制系統失靈單片機控制系統輸出的控制信號是以依條件狀態輸入的信號為基礎的，然后通過對這些信號進行邏輯處理，再輸出信號。當輸入的狀態信號受到干擾時，源頭上的誤差，經過系統放大，會使輸出的控制信號誤差更大，嚴重的時候導致控制系統失靈。破壞RAM和E2PROM的數據單片機控制系統的程序及表格數據一般存放程序存儲器EPROM或FLASH中，以避免這些重要數據遭受干擾破壞。但是外擴RAM、片內RAM中的數據有可能會受到干擾，倒是數據受到破壞。序運行失常干擾因素有時會使正常程序難以正常運行。例如，當干擾因素導致計數器PC值的改變，那么程序就會運算一系列沒有意義的指令，導致最后進入“死循環”，使輸出信號嚴重混亂，甚至死機。

三、控制干擾因素的措施

1.硬件措施接地對于單片機控制系統來說，應根據信號電流和電壓的大小,以及電源的類別等條件，統籌考慮，設計接地。弱信號接地。要把單片機控制系統中信號較弱的回路、邏輯電路、控制回路以及和它們相連的直流電源綁定在一定，共同接地。這種接地實際上就是工作地。功率接地.要將單片機控制系統中的電磁閥及其驅動電源等電路功率較大的元件組合在一起構成功率接地，因為它們對于弱信號回路的干擾比較大。切忌將弱信號接地同功率接地混在一起。變壓器屏蔽層接地。當變壓器的初級線圈設置有屏蔽層的時候，應當將所設置的屏蔽層和變壓器本身的初級繞組交流零線連接在一起；而在變壓器的初級和次級線圈都設置了屏蔽層的情況，應當把初級繞組屏蔽層同中間屏蔽層連接在一起。同軸電纜或雙絞線接地。輸入進單片機控制系統的信號線路采用同軸電纜或雙絞線能夠減少信號回路的電磁干擾。當選用帶屏蔽的雙絞線時，應當保證屏蔽部件和工作地在唯一的一個接地點上良好的連接。安裝屏蔽結構采用金屬網、板、盒等屏蔽結構能夠較好的控制電磁干擾對于單片機控制系統的影響。屏蔽結構一般通過反射和吸收兩種方式來減小電磁波的實際影響能量，產生對電磁干擾的屏蔽作用。可以選用鋁、銅、鋼等材料制作電場或輻射場的屏蔽結構。對于低頻磁場，要選用磁鋼、坡莫合金等材料來制作屏蔽結構；而屏蔽高頻磁場則應選用鋁、銅等導電率相對較高的材料。屏蔽低頻電磁波，應當選用高導磁材料來制作屏蔽結構。另外，還有一點需要注意的就是屏蔽結構的“一點接地”問題。隔離隔離主要包括光電隔離和物理隔離兩種方式。其中物理隔離是較為常用的，它一般用于隔離小信號低電平，確保其信號連線與高電平大功率導線之間的距離。同一設備內，這兩類信號的導線要保證分開走線。走線距離較遠時，要把功率電纜同信號電纜分開，并且要保持一定的距離，有條件的話，可以把它們分別套上鋼管，提高隔離效果。

2.濾波利用濾波電容等儲能元件來削弱因負載變化而產生的干擾因素。可在電源線的輸入端并聯兩只0.01μF和50μF的濾波電容，0.01μF的用來削弱電源噪聲中的高頻分量，50μF用來削弱電源噪聲中的低頻分量。同時，可在電容的前面再添加一個電感，可以更好的提高濾波效果。控制反電勢在單片機控制系統中，具有較大電感量的元器件容易產生反電勢，這種反電勢往往產生較大的危害，可以在其線圈的兩端并聯上穩壓器、二極管、電容以及電阻等元件，來控制反電勢。線圈通入交流電時，并聯電阻和電容構成的旁路；線圈通入直流電時，并聯電阻和電容或者二極管和穩壓管或者純電阻構成的旁路。軟件措施攔截技術程序的“亂飛”問題以及程序進入死循環問題，可以通過軟件攔截技術來控制和解決。具體的來說，在程序中多使用一些單字節指令（NOP），也可以將一些有效單字節指令重復書寫，形成指令冗余；在雙字節和三字節指令后插入兩條單字節指令，這樣可以確保后面的指令不會被拆開，或者是說在某些指令前插入兩條單字節指令，可以確保這些指令就不會被之前沖下來的失控程序拆開，依然能夠被完整執行。但是，這種冗余指令也不能過度添加，因為過多的冗余指令會增大程序的運行時間，降低整個控制系統的效率。因此，這種通過多寫入一些單字節指令，來形成冗余指令來控制“亂飛”、死循環等問題的做法常常使用在一些對于整個單片機控制系統非常重要的指令或者對程序流向起到至關重要作用的指令上，以保證出現問題的程序能夠正確的回歸到控制軌道上來。此類指令主要包括RETI、SJMP、RET、JZ、LCALL、CJNE等。看門狗技術當軟件攔截技術不能夠使失控的“亂飛”程序、死循環回歸正常的時候，通常都采用程序監視技術（WDT），又稱看門狗技術，來解決“亂飛”或者死循環等問題。程序監視技術是一種軟、硬件結合的抗干擾措施，其硬件部分一般是一個用以產生定時t的單穩或者計數器，該部分通常是獨立運行的，輸出端接至CPU的復位線上，由CPU控制其周期性的清零，防止定時溢出。

四、總結

隨著信息技術的不斷發展，單片機控制系統的干擾因素越來越多，也越來越復雜，因此在實際的生產生活中應當根據實際情況來具體分析。本文從單片機控制系統的干擾因素出發，系統分析了其種類、途徑和危害，并從硬件和軟件兩個方面分別提出了可行的控制措施。以上措施仍然需要在不斷的實踐中來完善，只有這樣單片機控制系統的抗干擾的性能才能不斷的得到提升，才能真正適應日新月異的信息技術，讓單片機控制系統更加穩定應用于各行各業。

作者：鄧咸陽