51系列单片机抗干扰技术

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1、51系列单片机的抗干扰技术王锋作者简介:王锋，男，江苏苏州人，在读工程硕士，助教，主要研究方向是电子技术、单片机。摘要：抗干扰技术是单片机系统中一项重要的技术之一。抗干扰技术主要有硬件抗干扰技术和软件抗干扰技术。通过对硬件和软件抗干扰的分析，提高对系统抗干扰技术的理解，掌握单片机系统抗干扰的方法。关键词：单片机；抗干扰；技术0引言目前，单片机应用系统已在工业测控领域中得到广泛应用，单片机系统的可靠性越来越受到人们的关注，而系统的抗干扰性能的好坏是影响系统可靠性的重要因素。但在教学过程中，对单片机

2、系统可靠性方面的介绍相对较少。在一个实际的单片机控制系统中，抗干扰技术又是必须考虑的环节。本文将从硬件和软件两方面分析51系列抗干扰技术。1干扰源干扰就是加在有用信号上的不需要的信号，在各种实际的工作环境中，干扰总是存在的，这些干扰会降低甚至破坏系统的可靠性。主要的干扰源有：（1）电磁干扰这是任何电子系统都会遇到的问题。由于现在的电子器件进一步趋于集成化，电路中的各种IC和半导体器件的工作电压越来越低，开关的启动、电网电压波动、静电等都可能引起程度不同的尖脉冲电压，造成IC和半导体器件的损坏或误

3、动作。另一方面，单片机的控制对象往往是电机等较大功率负载，很多情况下又必须和这些干扰源放在一起。（2）人为干扰由人为原因直接或间接造成的干扰。如负载变化、机械振动、电路虚焊等。（3）其他干扰诸如雷电、温度变化、湿度变化等自然界造成的干扰。2硬件抗干扰硬件抗干扰技术是设计系统时首选抗干扰措施，它能有效抑制干扰源。只要合理地布置与选择有关参数，硬件抗干扰措施就能抑制系统的绝大部分干扰。2.1单片机最小系统的抗干扰52.1.1时钟信号的抗干扰时钟信号不仅是受噪声干扰最敏感的部位，同时也是CPU对外发射

4、辐射干扰和引起内部干扰的噪声源。辐射干扰的产生主要与时钟信号的上升和下降时间有关，即门电路的跳变时间Tr。此外，时钟频率越高，信息传输线上信息变换频率也就越高，致使干扰加剧，因此在满足系统功能要求的前提下，尽量降低时钟频率有助于提高系统的抗干扰性能。为了避免时钟信号被干扰，可以采取以下措施:(1)时钟脉冲电路配置时应注意靠近CPU，引线要短而粗。(2)外部时钟源用的芯片VCC与GND之间可接1μF左右的去耦电容。(3)在可能的情况下，用地线包围振荡电路，晶体外壳接地。(4)若时钟还做其它芯片的脉

5、冲源，要注意隔离和驱动措施。2.1.2复位电路抗干扰复位电路的可靠性与抗干扰分析。单片机复位端口的干扰主要来自电源和按钮传输线串入的噪声，这有可能导至系统复位，或破坏CPU内的程序状态字的某些位的状态，对控制产生不良影响。目前单片机多数采用上电自动复位和按键手动复位结合的复位方法，对一般的干扰具有较好的抑制作用，如果在复位端并联一0.01～0.1μF的高频电容，可提高对串入噪声的抑制能力。2.1.3电源抗干扰电源是整个系统的命脉，电源性能的优劣对系统的可靠运行有着很大的影响。电源要采用隔离变压器

6、接入电网，可以防止电网的干扰侵入系统；通常可采用直流集成稳压电源。2.1.4I/O端口抗干扰在I/O上适当安装上拉电阴可以提高总线信号传输的可靠性，减少外围设备对主机单元的干扰。上拉电阻一方面可以提高端口带负载能力，另一方面也可提高端口的抗电磁干扰能力，当端口总线处于高阻状态时是处于悬空状态，比较容易受外界的电磁干扰，干扰信息很容易通过数据总线进入CPU，引入虚假的程序指令。同时，加了上拉电阻后，还可以抑制静电干扰。2.2单片机外围设备的抗干扰单片机的外围设备主要有键盘、显示器、A/D（D/A）

7、转换器、电机等。针对这些器件，可采取以下几种抗干扰措施：（1）键盘去抖动。通常采用软件延时的方法去抖动。（2）I/O端口和大功率器件连接时，可采用光电、继电器进行隔离。（3）A/D转换用隔离放大器或采用现场转换以减小误差。（4）模拟地和数字地分开连接。5（5）对个别器件或整个系统采取屏蔽措施。3软件抗干扰硬件抗干扰设计的缺点是增加了系统的复杂性，提高了硬件成本，在教学过程中实现起来比较困难，而软件抗干扰设计在不增加系统复杂性，不提高硬件成本的前提下，同样可以在很大程度上提高系统的稳定性。同时，软

8、件抗干扰在教学过程中也易实现。一个系统可能由于存在着各种干扰及不稳定因素而出现运行故障。为解决这一问题，可以从程序的设计方面采取一些措施。传统的为抑制系统的干扰信号而经常采用的软件滤波技术、软件冗余设计等。另外还有软件“陷阱”、软件“看门狗”、程序“跑飞”拦截等等。3.1软件滤波技术通常使用的方法有：算术平均法、中值法、抑制脉冲算术平均法、一阶惯性滤波法、程序判断滤波法和递推平均滤波法等。这种滤波方法的算法相对复杂，在实际教学过程中，考虑到高职高专学生能力，一般不采取软件滤波的方法。3.2指令冗