【正文】 KHz中斷？是IRQ_2KHz中斷？消 FIQ_fosc/1024 中斷標(biāo)志寄存器出棧中斷返回調(diào)用顯示子程序消 IRQ_4KHz 中斷標(biāo)志消 IRQ_2KHz 中斷標(biāo)志圖 IRQ4 中斷服務(wù)程序流程圖 圖 軟件結(jié)構(gòu)圖286 抗干擾技術(shù) 單片機(jī)抗干擾技術(shù)概述單片機(jī)廣泛應(yīng)用于各種儀器儀表中，構(gòu)成智能儀器，從而使儀器儀表的性能得到極大改善，但是單片機(jī)抗干擾措施不解決,其它工作也是白費(fèi)勁。要解決單片機(jī)抗干擾措施,必須先找出干擾源,然后采用單片機(jī)軟、硬件技術(shù)來解決。 干擾的來源和后果干擾是以脈沖的形式進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)，其主要的渠道有三條，即空間干擾，供電系統(tǒng)干擾，過程通道干擾。空間干擾多發(fā)生在高電壓、大電流、高頻電磁場(chǎng)附近，并通過靜電感應(yīng)，電磁感應(yīng)等方式侵入系統(tǒng)內(nèi)部；供電系統(tǒng)干擾以電源的噪聲干擾引起的；過程通道干擾是干擾通過前向通道和后向通道進(jìn)入系統(tǒng)。干擾源主要來自外部電源、內(nèi)部電源、印制板自身干擾、空中、周圍電磁場(chǎng)干擾、外部干擾通過 I/O 口輸入等。干擾一般沿各種線路侵入系統(tǒng)。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，輸入輸出線路的絕緣損壞均有可能引入干擾。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信號(hào)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，由于干擾的加入使輸出誤差加大，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(duì)象誤操作29(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； (2) RAM 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(duì)象狀態(tài)不穩(wěn)定 鎖存電路與被控對(duì)象間的線路(包括驅(qū)動(dòng)電路)受干擾，從而造成被控對(duì)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； (2) RAM 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 EEROM 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(duì)上述干擾源，我們可以從硬件和軟件上采取措施來減少干擾。 硬件抗干擾技術(shù)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)輸入，輸出供電分別采用 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。30 (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(zhǎng)；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(chǎng)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時(shí)鐘的器件。石英晶體振蕩器外殼要接地，時(shí)鐘線盡量短，時(shí)鐘線要遠(yuǎn)離 I/O 線，在石英晶體振蕩器下面要加大接地的面積而不應(yīng)該走其它信號(hào)線。(6) I/O 驅(qū)動(dòng)器件、功率放大器件盡量靠近印制板的邊、靠近引出接插件。重要的信號(hào)線盡量短并要盡量粗，并在兩側(cè)加上保護(hù)地。將信號(hào)通過扁平電纜引出時(shí)，要使用地線—信號(hào)—地線相間的結(jié)構(gòu)。 (7) 原則上每個(gè) IC 元件要加一個(gè) — 去耦電容，布線時(shí)去耦電容應(yīng)盡量靠近 IC 的電源腳和接地腳。要選高頻特性好的獨(dú)石電容或瓷片電容作去耦電容。去耦電容焊在印制電路板上時(shí)，引腳要盡量短。 (8) 閑置不用的 IC 管腳不要懸空以避免干擾引入。不用的運(yùn)算放大器正輸入端接地，負(fù)輸入端接輸出。單片機(jī)不用的 I/O 口定義成輸出。單片機(jī)上有一個(gè)以上電源、接地端，每個(gè)都要接上，不要懸空。3. 輸入輸出干擾的抑制 (1) 輸入、輸出信號(hào)加光電耦合器隔離，可以將主機(jī)部分和前向、后向通道及其它部分切斷電路的聯(lián)系，可有效的防止干擾進(jìn)入主機(jī)系統(tǒng)。 (2) 雙絞線傳輸和終端阻抗匹配31 在數(shù)字信號(hào)的長(zhǎng)線傳輸時(shí)利用雙絞線，可對(duì)噪聲干擾有較好的抑制效果?？膳c光電耦合器聯(lián)合使用或者使用平衡輸入接收器和輸出的驅(qū)動(dòng)器。在發(fā)送和接收信號(hào)端必須有末端電阻，雙絞線應(yīng)該阻抗匹配。4. 屏蔽 對(duì)容易產(chǎn)生干擾和被干擾的部件使用金屬盒進(jìn)行屏蔽以使干擾電磁波短路接地。5. 提高器件的驅(qū)動(dòng)能力一般 1 個(gè) TTL 可推動(dòng) 8 個(gè) TTL 或 10 多個(gè) CMOS，而一個(gè) CMOS 可推動(dòng) 12 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。6. 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(cè)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。 軟件抗干擾技術(shù)硬件抗干擾措施往往并不能完全消除干擾，單片機(jī)系統(tǒng)仍會(huì)受到侵害，軟件抗干擾技術(shù)可進(jìn)一步減小各種干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。目前軟件抗干擾技術(shù)有多種：常用的有指令冗余、設(shè)置陷阱、軟件“看門狗”技術(shù)、輸入多次采樣、輸出端口刷新、睡眠抗干擾等等。1. 指令冗余技術(shù)如果干擾信號(hào)已經(jīng)通過某種途徑作用到了CPU上，CPU就不能按正常狀態(tài)賴執(zhí)行程序，從而引起混亂。這就是通常所說的程序“跑飛”。單片機(jī)指令由操作碼和操作數(shù)組成，操作碼指明CPU要完成什么樣的操作，而操作數(shù)是操作碼的對(duì)象。CPU取指令過程是先取操作碼，再取操作數(shù)。程序跑飛后往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令碼來執(zhí)行，從而引起整個(gè)程序的混亂。采用“指令冗余”是使“跑飛”的程序恢復(fù)正常的一種措施。所謂“指令冗余”，就是在一些關(guān)鍵的地方人為地插入一些單字節(jié)32的控操作指令，從而使程序重新納入正常軌道。應(yīng)該注意的是，在一個(gè)程序中指令冗余不能使用過多，否則會(huì)降低程序的執(zhí)行效率。2. 設(shè)置軟件陷阱指令冗余使“跑飛”的程序恢復(fù)正常是有條件的，一是跑飛的程序必須落到程序區(qū)，二是必須執(zhí)行到冗余指令。而當(dāng)“跑飛”程序落到了非程序區(qū)，或在執(zhí)行道冗余指令之前已經(jīng)形成了一個(gè)死循環(huán)，則指令冗余失效，這時(shí)常采用設(shè)置軟件陷阱的方法使其恢復(fù)正常。所謂軟件陷阱就是一條引導(dǎo)指令，強(qiáng)行將捕獲的程序引向一個(gè)指定的地址，在那里面有一段專門處理錯(cuò)誤的程序。軟件陷阱主要安排在這些區(qū)域：未使用的中斷區(qū)，未使用的EPROM空間及非EPROM空間，程序運(yùn)行區(qū)及中斷服務(wù)程序區(qū)。由于軟件陷阱都安排在正常程序執(zhí)行不到的地方，故不會(huì)影響程序的執(zhí)行效率。3. 看門狗技術(shù)如果程序“跑飛”的程序落到一個(gè)臨時(shí)構(gòu)成的死循環(huán)中時(shí)，冗余指令和軟件陷阱都將無能為力。這時(shí)可采用看門狗技術(shù)，看門狗具有如下特征。(1) 本身能獨(dú)立工作，基本上不依賴于CPU。CPU只在一個(gè)固定的時(shí)間間隔內(nèi)與之打交道，表明整個(gè)系統(tǒng)“目前尚屬正?！薄?2) 當(dāng)CPU落入死循環(huán)之后，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并使整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位。4. 輸入多次采樣干擾對(duì)單片機(jī)的輸入，會(huì)造成輸入信號(hào)瞬間采樣的誤差或誤讀。要排除干擾的影響，通常采用重復(fù)取樣，加權(quán)平均的方法。如：在用單穩(wěn)電路檢測(cè)溫度的系統(tǒng)中采取對(duì)單穩(wěn)電路的脈沖寬度計(jì)數(shù)，然后查表求溫度值的方法。為排除干擾影響可以采取三次采樣求平均值，也可采取兩次采樣，差值小于設(shè)定值為有效，然后求平均值的方法(又稱軟件濾波)。5. 輸出端口刷新單片機(jī)的I/O 口常受到外部信號(hào)的干擾，在程序中周期性地添加輸出33端刷新指令，可以降低干擾對(duì)輸出口狀態(tài)的影響。在程序中指定RAM單元，存儲(chǔ)輸出口當(dāng)時(shí)應(yīng)處的狀態(tài)，在程序運(yùn)行過程中根據(jù)這些RAM單元的內(nèi)容去刷新I/O口。6. 睡眠抗干擾CPU很多情況下是處于等待狀態(tài)，這時(shí)，它雖沒有工作但卻清醒，很易受干擾。若讓CPU在無正常工作時(shí)休眠，必要時(shí)再由中斷系統(tǒng)來喚醒它，可以使其受到的干擾大大降低，同時(shí)功耗也大大降低。 本系統(tǒng)采用的抗干擾技術(shù)本設(shè)計(jì)中采用的是凌陽單片機(jī)SPCE061A ，其具有較高的集成度，也采取了很多抗干擾措施。設(shè)計(jì)中為了提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性能，綜合采用了多種軟硬件抗干擾措施。1. SPCE06A集成度很高，把各功能部件模塊地集成在一塊芯片上，如ADC 、DAC等，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，因而減少了各功能部件的連線，提高了其可靠性和抗干擾能力。2. 整個(gè)系統(tǒng)采用3節(jié)5號(hào)電池供電，直接為直流，而且對(duì)這一直流電壓還用兩組電容來去耦濾波，使其功給芯片的電源更加干凈平滑，如電。此外，在電源電路中采用零電阻并將電源、地分成不同的幾路，目的就是減少電磁干擾。，其實(shí)際是凌陽單片機(jī)SPCE061A的最小系統(tǒng)，在其不用的電源和地端接上了耦合電容以提高抗干擾能力。3. 系統(tǒng)采用的61板，該印制電路板為雙面板，分區(qū)合理，布線精良，電源線加粗了，數(shù)字地線和模擬地線分開，沒有90 o的折線，晶振離芯片也很緊，這些都增加了整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力。4. 系統(tǒng)可通過編程設(shè)置低電壓監(jiān)測(cè)和低電壓復(fù)位功能，對(duì)系統(tǒng)的電源電壓進(jìn)行監(jiān)控，而使系統(tǒng)運(yùn)行在一個(gè)正常、可靠的工作環(huán)境，并在出現(xiàn)電源異常的情況下能立即采取相應(yīng)的措施，使系統(tǒng)及時(shí)恢復(fù)正常。5. 系統(tǒng)可通過編程實(shí)現(xiàn)睡眠功能，提高系統(tǒng)的抗干擾性。6. 按鍵輸入，采用兩次測(cè)度按鍵輸入的方法來消除按鍵抖動(dòng)。由于34機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，在鍵被按下或彈起時(shí)會(huì)出現(xiàn)電壓都會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)。為保證按鍵識(shí)別的準(zhǔn)確，必須進(jìn)行去抖動(dòng)處理，常用的方法有硬件和軟件兩種方法。硬件方法是在按鍵處加去抖電容，軟件上可以用以延時(shí)程序也可以采用多次測(cè)讀的方法，多次測(cè)讀鍵值都一樣時(shí)，說明是穩(wěn)定的鍵值。本設(shè)計(jì)中采用兩次測(cè)讀，鍵盤掃描程序函數(shù)如下：unsigned int KeyScan(void){ unsigned int uiData。unsigned int uiTemp。uiData = *P_IOB_Data。//讀取 IOB 端口輸入，鍵盤接在此口高八位uiData = uiDataamp。0x ff 00。 //僅取高八位有效值if(uiData!=0) //非零則表示有鍵按下{ delay()。 //延時(shí)消抖uiTemp = *P_IOB_Data。uiTemp = uiTempamp。0x ff 00。 //僅取高八位有效值if(uiData != uiTemp)uiData = 0。 //兩次讀數(shù)不相等，則置返回值為 0}return uiData。 //返回鍵值圖 按鍵抖動(dòng)示意圖鍵按下前沿抖動(dòng) 后沿抖動(dòng)穩(wěn)定35}7. 系統(tǒng)擁有看門狗功能 WATCHDOG，SPCE061A 的清除時(shí)間周期為 ，且是上電自動(dòng)使能，不能夠被屏蔽。8. 數(shù)碼管顯示電路中，采用三極管來增加其驅(qū)動(dòng)電流，讓顯示更加穩(wěn)定。綜上，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了多種抗干擾措施，使得系統(tǒng)擁有良好的抗干擾能力和較高的可靠性。367 結(jié)論凌陽 SPCE061A 芯片強(qiáng)大的語音處理功能，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其相關(guān)的一些開發(fā)平臺(tái)為本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了便利條件：32 個(gè)可編程 I/O 口，使得在設(shè)計(jì)中擴(kuò)展紅外測(cè)溫模塊和鍵盤顯示模塊非常靈活；CPU 可工作在~49MHz 的主頻范圍，并且擁有豐富的中斷源，使得系統(tǒng)在語音播報(bào)、數(shù)據(jù)顯示等方面游刃有余、擴(kuò)展性強(qiáng)。通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行方案論證，硬件、軟件設(shè)計(jì)并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了抗干擾設(shè)計(jì)，系統(tǒng)具有以下功能： 非接觸測(cè)量溫度； 快速測(cè)量環(huán)境溫度； 快速測(cè)量目標(biāo)溫度； 測(cè)量完成后可對(duì)測(cè)得的溫度進(jìn)行語音告知； 系統(tǒng)有人機(jī)接口，鍵盤控制溫度的測(cè)量。智能儀表通過人機(jī)接口與系統(tǒng)操作者進(jìn)行信息交換和傳輸。人機(jī)接口由輸入、輸出設(shè)備和相應(yīng)的連接與控制硬件、軟件組成，在實(shí)現(xiàn)最基本的信息交換功能的同時(shí)，人機(jī)接口在很大程度上也決定了儀表的可操作性和外觀特性。本系統(tǒng)通過按鍵操作，并能顯示和播報(bào)測(cè)量溫度，操作非常簡(jiǎn)單，具有較好的人機(jī)接口。這些特點(diǎn)克服了傳統(tǒng)測(cè)溫計(jì)的諸多不便。事實(shí)上，這個(gè)紅外測(cè)溫計(jì)只用到了 SPCE061A 的一小部分資源，完成了溫度計(jì)所具有的一般功能，同時(shí)還能夠顯示和語音播報(bào)溫度。在這個(gè)基礎(chǔ)上，擴(kuò)展其他模塊，可以設(shè)計(jì)出一個(gè)功能非常強(qiáng)大的測(cè)溫系統(tǒng)。比如，擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)測(cè)量溫度，以保存歷史記錄；加一個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，還可以得到測(cè)量時(shí)間，并把測(cè)量時(shí)間和溫度