一
隨著單片機的發展，單片機在家用電器、工業自動化、生產過程控制和智能儀表等領域的應用也在不斷發展。
另一方面，同一電力系統中的各種電氣設備通過電連接或磁連接彼此密切相關，并相互影響。許多電氣設備都會受到操作模式變化、故障、開關活動等引起的電磁振蕩的影響。
這使我們的單片機系統的可靠性和安全性處于危險之中。單片機測量和控制系統必須在長時間內穩定可靠地運行；否則，控制誤差會增加，在嚴重的情況下，系統會發生故障，造成重大損失。
因此，單片機的抗干擾問題就成為一個不可忽視的問題。
二干擾對單片機應用系統的影響
2.1測量數據誤差增加
干擾滲入單片機系統測量單元模擬信號的輸入通道，并疊加在測量信號上，增加了數據采集誤差。檢測微弱信號、干擾信號，甚至壓倒性的測量信號尤其重要。
2.2控制系統故障
單片機的控制信號通常由一定條件下的狀態輸入信號和這些信號的邏輯處理結果決定。如果這些輸入狀態信號被中斷，引入錯誤的狀態信息，輸出控制錯誤或控制故障將增加。
2.3影響MCU RAM內存和E2PROM等。
為了避免單片機系統中的干擾和數據退化，程序、表格和數據存儲在程序存儲器EPROM或FLASH中。另一方面，片上RAM、外部RAM和E2PROM中的數據可能會受到外部干擾和更改的影響。
2.4程序運行異常
外部干擾會迫使系統重復重置，從而中斷程序的正常操作。如果外部干擾導致單片機程序計數器的PC值發生變化，將破壞程序的正常運行。
由于錯誤的PC值是任意的，程序在進入“無休止的循環”之前會運行一系列無用的指令，導致主要的輸出混亂或崩潰。
三如何提高設備的抗干擾能力？
3.1解決來自電源側的干擾
單片機系統中的每個單元都需要一個直流電源，直流電源通常是在來自電網的交流電經過轉換、整流、濾波和穩定后產生的。因此，許多電源干擾將被引入到系統中。
此外，由于交流電源是共享的，因此電子設備將通過電源相互干擾。因此必須抑制功率干擾。以下是最常見的功率干擾類型：
1.電源線中的高頻干擾（傳導干擾）
電源線充當接收天線，將閃電、電弧和無線電臺發射的高頻干擾信號耦合到電力變壓器的次級，對單片機系統造成干擾。
通過在接口上添加濾波器或使用隔離電源模塊來解決這種干擾，這通常是通過接口保護來實現的。
2.感應負載（EFT）產生的瞬態噪聲
當大容量電感負載被切斷時，會產生大的電流和電壓變化率，導致瞬態噪聲干擾。這是最常見的電磁干擾類型，解決這類干擾。屏蔽線和雙面膠線是常用的，以及電源和信號接口中的濾波處理。
這兩種方法都必須與良好接地的系統以及良好接地濾波器和接口濾波器電路一起使用，以便有效地排除干擾，
四模擬信號采樣抗干擾技術
一個或多個模擬信號被采樣并轉換為數字信號，以便在單片機應用系統中通過A/D進行處理。
提高測量的準確性和一致性；
保證傳感器的轉換精度得到保持；
傳感器電源的穩定性；
檢查放大器的穩定性。
用于A/D轉換的參考電壓是穩定的；
防止外部電磁感應噪聲干擾；
如果處理不當，微弱的有用信號可能會被無用的噪聲信號完全淹沒。
在實際應用中，可以使用差分輸入測量放大器，可以使用屏蔽雙膠合電纜來傳輸測量信號，或者可以將電壓信號轉換為電流信號，并且可以使用電阻-電容濾波技術。
五數字信號傳輸信道的抗干擾技術
數字輸出信號可以用作系統控制設備（如繼電器）的驅動信號，而數字輸入信號可以用作設備的返回應答和命令信號（如行程開關、啟動按鈕等）。
外部干擾進入SCM系統的主要途徑之一是數字信號接口。
傳輸線屏蔽技術，如在數字信號輸入/輸出過程中采用屏蔽線、雙面膠線等抗干擾方法包括：采用信號隔離措施；合理接地。由于數字信號在電平轉換過程中會產生共阻抗干擾，因此選擇合適的接地點可以有效地降低接地噪聲。
六硬件監控電路
為了保證系統的可靠穩定運行，提高系統的抗干擾能力，有必要在單片機系統中配置硬件監控電路。硬件監控電路的功能包括以下內容：
開機復位：確保系統在開機時能夠正確啟動。
當電源故障或電壓降至指定電壓值以下時，會創建一個重置信號來重置系統。
如果電源電壓異常，將發送報警指示信號或中斷請求信號。
當CPU遇到干擾或軟件運行不穩定并產生“死鎖”時，請使用硬件看門狗重置系統。
七PCB電路的合理布線
抗干擾能力在很大程度上受到PCB板設計質量的影響。因此，在設計PCB時，必須遵守PCB設計的一般原則以及抗干擾設計標準。以下各節集中討論兩點：
1.關鍵部件的放置
在器件布局方面，與其他邏輯電路一樣，彼此相關的器件應盡可能靠近，以獲得更好的抗噪聲效果。
時鐘發生器、晶體振蕩器和CPU的時鐘輸入都容易受到噪聲的影響，所以它們應該緊密地放在一起；CPU復位電路和硬件看門狗電路應盡可能靠近CPU的相應引腳；并且易受噪聲影響的器件和高電流電路應盡可能遠離邏輯電路。
2.D/A和A/D轉換電路的接地線連接正確
數字接地和模擬接地通過D/A、A/D和采樣芯片提供，這些芯片都具有等效引腳。
在電路設計中，所有設備的數字和模擬接地必須獨立連接，盡管數字和模擬地僅連接在一點上。屏蔽保護也是一種選擇，可以用來隔離空間輻射。
高噪聲部件（如變頻電源和開關電源）可以封裝在金屬盒中，以防止噪聲源干擾單片機。可以在容易受到干擾的部分添加屏蔽罩并接地，從而使干擾信號對地短路。
八軟件抗干擾原理與方法
盡管已經包括了硬件抗干擾方法，但干擾信號的原因復雜且不可預測，使得無法確保系統完全沒有干擾，
因此，經常采用軟件抗干擾技術來增強硬件抗干擾措施，作為硬件措施的輔助方法。軟件抗干擾技術以其簡單、通用、方便、低成本的特點被廣泛應用于系統中。
1.數字濾波方法
在對模擬信號進行多次采樣的基礎上，數字濾波是使用軟件算法獲得最接近真實值的數據的過程。數字濾波算法的權限參數可以選擇，硬件濾波電路往往達不到其效果。
3.磅/平方英寸
2.輸入信號的重復檢測方法
輸入信號的干擾是疊加在有效電平信號上的一系列離散尖峰，其作用時間非常短。
當控制系統中存在輸入干擾且硬件無法成功抑制時，可以使用軟件重復檢測過程，直到連續兩次或多次的采集結果完全一致。
如果信號不斷變化，當達到最大次數時，可以觸發報警信號。這種輸入方法可用于接收來自各種開關型傳感器的信號，如限位開關、行程開關、操作按鈕等。
更廣泛的干擾可以通過在連續的數據收集之間插入延遲來處理。
3.輸出端口數據的刷新方法
開關輸出軟件的抗干擾設計主要采用重復輸出的方法，這是提高輸出接口抗干擾性能的有效措施。鎖存器產生的控制信號需要這些保護措施。
數據在可行的最短時間內重復輸出，在受到干擾的設備有時間響應之前，正確的信息就到達了，從而實時避免了誤操作。用于輸出數據的數據緩沖區可以建立在程序的結構中，并且數據可以在程序的周期性循環中輸出。
對于增量控制設備，不可能以這種方式重復傳輸數據。只有通過檢測通道，才能從設備的反饋信息中確定數據傳輸的正確性。工作模式控制字和輸出狀態字定期設置在一起，以使輸出模塊在執行可編程接口芯片的重復輸出功能時工作一致。
4.軟件攔截技術
如果進入單片機系統的干擾作用在CPU上，影響將更加災難性，
最常見的問題是破壞程序計數器PC的狀態，這會導致程序從一個區域跳到另一個區域，或者在地址空間中“任意飛行”，或者陷入“確定循環”
軟件攔截技術可以攔截“隨機飛行”程序，或者刪除程序的“確定循環”，使其回到正軌，并將其引導到指定的程序條目。
5.“軟件看門狗”技術
PC機不穩定且無法控制，導致程序“無序飛行”或陷入“確定循環”。當軟件攔截技術無法將失控的程序從“無休止循環”問題中解放出來時，通常會使用程序監控技術WDT TIMER（WDT），也稱為看門狗技術來解放程序。
WDT是一種防止程序失控的軟硬件組合。該設備的硬件主體是一個產生定時T的計數器或單穩態計數器。該計數器有時被稱為單穩態計數器，本質上是獨立的，其定時輸出連接到CPU的復位線。CPU負責清除其計時。
在正常情況下，CPU會在程序啟動后定期清除WDT，防止WDT定時溢出，并且不會產生類似于睡眠的效果。當WDT時間溢出時，其輸出會重置系統，以避免CPU因臨時干擾條件而癱瘓。當WDT定時溢出時，其輸出會重置系統，以防止CPU因臨時干擾狀態而癱瘓。
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九總結
隨著單片機系統的廣泛應用和技術的進步，電磁干擾問題變得越來越重要。單片機應用技術的重點包括推廣現有和成熟的抗干擾技術，以及研究新的抗擾技術和新的方向。如果在設計和應用過程中充分考慮設備的電磁兼容性，并通過各種技術手段將干擾降至最低，則可以大大提高單片機應用系統的穩定性和可靠性。
