【正文】 系統(tǒng)接地裝置不可靠，也是產(chǎn)生干擾的重要原因；各類傳感器，輸人/輸出線路的絕緣損壞均有可能引入干撫。 干擾產(chǎn)生的后果（1）數(shù)據(jù)采集誤差的加大。當(dāng)干擾侵入單片機(jī)系統(tǒng)的前向通道疊加在信號(hào)上，會(huì)使數(shù)據(jù)采集誤差增大，特別是前向通道的傳感器接口是小電壓輸入時(shí)，此現(xiàn)象會(huì)更加嚴(yán)重。（2）程序運(yùn)行失常：①控制狀態(tài)失靈。在單片機(jī)系統(tǒng)中，由于干擾的加人使輸出誤差加大，造成邏輯狀態(tài)改變，最終導(dǎo)致控制失常。②死機(jī)。在單片機(jī)系統(tǒng)受強(qiáng)干擾后，造成程序計(jì)數(shù)器（PC）值的改變，破壞程序正常運(yùn)行。（3）系統(tǒng)被控對象誤操作。①單片機(jī)內(nèi)部程序指針錯(cuò)亂，指向了其它地方，運(yùn)行了錯(cuò)誤的程序；②DRAM 中的某些數(shù)據(jù)被沖亂或者特殊寄存器的值被改變，使程序計(jì)算出錯(cuò)誤的結(jié)果。③中斷誤觸發(fā)，使系統(tǒng)進(jìn)行錯(cuò)誤的中斷處理。（4）被控對象狀態(tài)不穩(wěn)定。鎖存電路與被控對象間的線路（包括驅(qū)動(dòng)電路）受干擾，從而造成被控對象狀態(tài)不穩(wěn)定。（5）定時(shí)不準(zhǔn)。①單片機(jī)內(nèi)部程序指針錯(cuò)亂，使中斷程序運(yùn)行超出定時(shí)時(shí)間；②RAM 中計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)被沖亂，使程序計(jì)算出錯(cuò)誤的結(jié)果。（6）數(shù)據(jù)發(fā)生變化。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，由于外部 RAM 是可讀寫的，在干擾的侵入下，RAM 中數(shù)據(jù)有可能發(fā)生改變，雖然 ROM 能避免干擾破壞，但單片機(jī)片內(nèi) RAM 以及片內(nèi)各種特殊功能寄存器等狀態(tài)都有可能受干擾而變化，甚至 EPROM 中的數(shù)據(jù)也可能誤讀寫,使程序計(jì)算出錯(cuò)誤的結(jié)果。 針對以上出現(xiàn)的問題，本系統(tǒng)分別從硬件和軟件兩個(gè)方面來探討一些提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾能力的方法。合理地使用軟件和硬件抗干擾技術(shù)，可使系統(tǒng)最大限度地避免干擾的產(chǎn)生和受干擾后能使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行，保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠地工作。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(jì)（1）供電系統(tǒng)。①防止從電源系統(tǒng)引入干擾，可采取交流穩(wěn)壓器保證供電的穩(wěn)定性，防止電源的過壓和欠壓。使用隔離變壓器濾掉高頻噪聲，低通濾波器濾掉工頻干擾。②采用開關(guān)電源并提供足夠的功率余量，主機(jī)部分使用單獨(dú)的穩(wěn)壓電路，必要時(shí) I/O 供電分別采用 DCDC 模塊隔離，以避免各個(gè)部分相互干擾。（2）注意印制電路板的布線與工藝。①盡量采用多層印制電路板，多層板可提供良好的接地網(wǎng)，可防止產(chǎn)生地電位差和元件之間的耦合。②印制電路板要合理分區(qū)。模擬電路區(qū)、數(shù)字電路區(qū)、功率驅(qū)動(dòng)區(qū)要盡量分開，地線不能相混，分別和電源端的地線相連。③元件面和焊接面應(yīng)采用相互垂直、斜交、或者彎曲走線，避免相互平行以減小寄生耦合：避免相鄰導(dǎo)線平行段過長；加大信號(hào)線間距。高頻電路互聯(lián)導(dǎo)線盡量短，使用 45176?；蛘邎A弧折線布線，不要使用 90176。折線，以減小高頻信號(hào)的發(fā)射。④印制電路板要按單點(diǎn)接電、單點(diǎn)心接地的原則送電。三個(gè)區(qū)域的電源線、地線分三路引出。地線、電源線要盡量粗，噪聲元件與非噪聲元件要盡量離遠(yuǎn)一些。時(shí)鐘振蕩電路、特殊高速邏輯電路部分用地線圈起來，讓周圍電場趨近于零。⑤使用滿足系統(tǒng)要求的最低頻率的時(shí)鐘，時(shí)鐘產(chǎn)生器要盡量靠近用到該個(gè)TTL 或 20 多個(gè) CMOS。如果輸出負(fù)載過重，會(huì)降低輸出電平，使電平處于或低于被驅(qū)動(dòng)器件的輸入門檻電平，從而造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。（3）提高元器件的可靠性。①選用質(zhì)量好的電子元件，并進(jìn)行嚴(yán)格的測試、篩選和老化。②設(shè)計(jì)時(shí)元件技術(shù)參數(shù)要有一定的余量。③提高印制板和組裝的質(zhì)量。（4）使用雙機(jī)冗余設(shè)計(jì)。在對控制系統(tǒng)的可靠性有嚴(yán)格要求的場合，使用雙機(jī)冗余可進(jìn)一步提高系統(tǒng)抗干擾能力。雙機(jī)冗余，就是執(zhí)行同一個(gè)控制任務(wù)，可安排兩個(gè)單片機(jī)來完成，即主機(jī)與從機(jī)。正常情況下，主機(jī)掌握著三總線的控制權(quán)，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，此時(shí)，從機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)，等待仲裁器的觸發(fā)。當(dāng)主機(jī)由于某種原因發(fā)生誤動(dòng)作時(shí)，仲裁器根據(jù)判別條件，若認(rèn)為主機(jī)程序已混亂，則切斷主機(jī)的總線控制權(quán)，將從機(jī)喚醒，從機(jī)將代替主機(jī)進(jìn)行處理與控制。（5）用好去耦電容。好的高頻去耦電容可以去除高到 1AHZ 的高頻成份。陶瓷片電容或多層陶瓷電容的高頻特性較好。設(shè)計(jì)印刷線路板時(shí)，每個(gè)集成電路的電源，地之間都要加一個(gè)去耦電容。去耦電容有兩個(gè)作用：一方面是本集成電路的蓄能電容，提供和吸收該集成電路開門關(guān)門瞬間的充放電能；另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。數(shù)字電路中典型的去耦電容為 的去耦電容有 5nH 分布電感，它的并行共振頻率大約在 7MHz 左右，也就是說對于 10MHz 以下的噪聲有較好的去耦作用，對 40MHz 以上的噪聲幾乎不起作用。1uf，10uf 電容，并行共振頻率在 20MHz 以上，去除高頻率噪聲的效果要好一些。在電源進(jìn)入印刷板的地方和一個(gè) 1uf 或 10uf 的去高頻電容往往是有利的，即使是用電池供電的系統(tǒng)也需要這種電容。每 10 片左右的集成電路要加一片充放電電容，或稱為蓄放電容，電容大小可選 10uf。 軟件抗干擾技術(shù)1．?dāng)?shù)據(jù)采集誤差的軟件對策（1）用軟件濾波算法，可濾掉大部分由輸入信號(hào)干擾而引起的輸出控制錯(cuò)誤。最常用的方法有算術(shù)平均值法、比較舍取法、中值法、一階遞推數(shù)字濾波法。具體選取何種方法，必須根據(jù)信號(hào)的變化規(guī)律選擇。對開關(guān)量采用多次采集的辦法來消除開關(guān)的抖動(dòng)。（2）關(guān)鍵數(shù)據(jù)可使用軟件冗余技術(shù)，即給數(shù)據(jù)增加一定的冗余位，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)功能。常用的方法有：奇偶校驗(yàn)，海明碼和循環(huán)碼校驗(yàn)。2．程序運(yùn)行失控的軟件對策對于程序運(yùn)行失常的軟件對策，主要是發(fā)現(xiàn)失常狀態(tài)并及時(shí)將系統(tǒng)引導(dǎo)到初始狀態(tài)。（1）指令冗余。對 MCS51 系列單片機(jī)，大部分指令為單字節(jié)，當(dāng)出錯(cuò)的程序落到其上時(shí)，出錯(cuò)的程序可自動(dòng)納入正軌；當(dāng)落到多字節(jié)指令的操作數(shù)時(shí)，程序?qū)⒗^續(xù)出錯(cuò)，所以在關(guān)鍵的對程序的流向起決定性的指令之前插入兩條 NOP 指令，以使被彈飛的指令恢復(fù)正軌。（2）設(shè)置程序指針陷阱。軟件陷阱將出錯(cuò)的程序捕獲并強(qiáng)行引入出錯(cuò)處理的程序，軟件陷阱可安排在四個(gè)地方：①未使用的中斷向量區(qū)，干擾可使未使用的中斷開放并激活中斷，在這些地方設(shè)置軟件陷阱就能及時(shí)捕獲到錯(cuò)誤中斷。②未使用的 ROM 空間，在其中每隔一段設(shè)置一個(gè)陷阱，可將彈飛至該區(qū)域的出錯(cuò)程序捕獲。③表格，儲(chǔ)存在 EPROM 中的表格后安排軟件陷阱，可在一定程度上防止軟件彈飛。④程序區(qū)，一般程序中不能任意安排軟件陷阱，但是在正常程序中會(huì)有一些跳轉(zhuǎn)指令，在這些指令后使用軟件陷阱可捕獲到彈飛到跳轉(zhuǎn)指令的操作數(shù)上的出錯(cuò)程序。（3）使用程序監(jiān)視跟蹤定時(shí)器。程序監(jiān)視跟蹤定時(shí)器即 Watchdog，在單片機(jī)抗干擾設(shè)計(jì)中使用非常廣泛，各大器件生產(chǎn)商提供了不同功能的芯片，如 Maxim的 MX760、MX813,IMP 的 IMP690A1692AL 是用于微處理器系統(tǒng)的電源監(jiān)視和控制電路，可為 CPU 提供復(fù)位信號(hào)、看門狗監(jiān)視、備用電池自動(dòng)切換及電源失效監(jiān)視。除上／掉電條件下為微處理器提供復(fù)位外，這些器件還具有備用電池切換功能。利用watchdog 和軟件的配合使用可大大提高系統(tǒng)的抗干擾能力。（4）使用實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)（RTOS） 。操作系統(tǒng)首先建立多個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)并初始化，各個(gè)任務(wù)在操作系統(tǒng)的調(diào)度下運(yùn)行，若某一任務(wù)由于干擾而運(yùn)行失常，操作系統(tǒng)可將該任務(wù)強(qiáng)制退出并讓出 CPU 控制權(quán)，根據(jù)故障情況進(jìn)行處理。使用 RTOS可減小系統(tǒng)的復(fù)位次數(shù)，提高抗干擾能力。參考文獻(xiàn)[1] 、[2] 徐煜明、[3] [4] [J].[5] 陳濤,[J].智能電氣,2022[6] 致　　謝緊張、充實(shí)而又難忘的大學(xué)學(xué)習(xí)生涯即將結(jié)束，在大學(xué)三年和撰寫論文期間得到了許多人的幫助，使我終身難以忘懷。輕風(fēng)系不住流云，流云卻帶走了歲月，打開塵封的記憶，往事如風(fēng)卻又歷歷在目，大學(xué)的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束。在這里我首先要感謝這三年來為我授課的各位老師，真心地說一句：你們辛苦了！感謝李老師在我的論文選題、定稿以及中期檢查等方面都給了我精心的指導(dǎo)。您提出的寶貴意見使我在論文選題、撰寫以及修改的過程中，不再像當(dāng)初那樣茫然無措，而是知道自己論文的不足和修改的方向。您正直、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度對我影響頗深，受益匪淺，無論在今后的學(xué)習(xí)還是工作當(dāng)中，我都銘記于心。 學(xué)生簽名：李亞軍 2022 年 11 月 2