单片机控制系统抗干扰设计

[摘 要]对于单片机相关控制系统来说,需要具备极高的灵敏度,这样才能保证系统的正常运行.但是随着灵敏度的提高,系统所受的干扰就会越来越强,这就需要在设计单片机相关控制系统的时候,重视抗干扰能力的设计.本文将针对单片机相关控制系统的主要干扰因素进行详细分析,从而提高系统的抗干扰能力,保证单片机相关控制系统的正常运行.

[关 键 词]单片机控制系统抗干扰设计

中图分类号：TQ585.5文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）44-0042-01

随着单片机相关控制系统的灵敏度不断提高,其受到的干扰影响也越来越大,受到强噪声的影响,被测信号接收方面难以正常工作,影响了测量的效率和质量.在工业具体应用中,有着众多的干扰因素,对于整个系统造成巨大的干扰.因此,加强抗干扰设计,提升抗干扰能力,有着重要的作用.

一、单片机控制系统的主要干扰因素

(一)自身干扰源

1.热噪声

所谓热噪声,指的就是没有连接电源,但是电阻两端依然有微弱电压.因为电子热运动在电阻两端产生的噪声电压就是热噪声.其电压和电阻值、带宽以及热力学温度的平均根是有着正比关系.

2.散粒噪声

在半导体元件内部存在着散粒噪声.主要是晶体管基区内的载流子发生随即扩散,和电子空穴产生复合出现的.

3.接触噪声

主要是两种材料进行不完全接触,导致电导率发生起伏而噪声的,基本上产生于导体连接部分.对于低频电路来说,主要的噪声源就是接触噪声.

4.常模噪声

就是对称噪声或者线间感应噪声,具有很大的消除难度.

5.共模噪声

也被称为不对称噪声、纵向噪声或者地感应噪声,这种噪声能够消除,但是能够转换形成常模噪声.

(二)现场干扰源

通常情况下,电磁干扰分为两类,分别是辐射和传导.传导干扰是利用变压器、电容、电感和金属来传播的.辐射干扰通过诸多方式向外传播,例如,连接电缆或者设备外壳缝隙等.在干扰吸收方面,辐射干扰和传导干扰是能够相互转化的.

电磁干扰主要是通过场进入测控系统,通过磁场或者电场的形式将干扰源能量传递到控制系统.磁场干扰属于互感性的耦合干扰,通过电路和导线的互感耦合来影响控制系统.电场干扰属于电容性的耦合干扰.通过电路和导线的分布点通来影响控制系统.

二、单片机控制系统的抗干扰设计策略

1.软件滤波算法

通过应用软件滤波算法,能够将大部分因为干扰输入信号而产生的采集错误过滤掉.基本上应用比较广泛方法有一阶递推的数字滤波法、中值法、比较舍取法和算术平均值方法等.按照被测信号的基本特点,在对系统效率不产生影响的前提下,针对采集多次的数据信息,将最大值和最小值去掉,取其余数据的平均值,最大限度的提高了数据信息的可靠性.

2.指令冗余技术

当干扰源对单片机产生呢影响的时候,系统程序的寄存器,PC并没有按照一般情况下取操作码,然后取操作数的流程,而是直接指向错误字节,以操作数来作为操作码,那么程序就会发生错误.这时候只需要在3字节指令和双字节指令的后面再加上若干单字节指令,或者是重写有效的单字节指令,就可以控制正确的PC值.由于空操作指令属于单字节指令,如果某个单字节指令中出现了跑飞的程序,就会避免出现操作数成为执行指令的操作错误,保证指令能够正确的执行.

1.数字输入端的抗干扰设计

对于数字输入端来说,脉冲噪声影响最大.所以,需要控制脉冲噪声的影响.应该在输入端连接施密特相关集成电路和RC滤波器,将RC滤波器内部的时间常数设定为小于信号宽度且大于噪声脉宽最大值,就能够避免丢失信号,有效抑制噪声.在输入端加拉电阻,提高电源电压,增强输入端电平,就能够提高噪声容限.

2.数字电路的不用端处理技术

如果输入端存在着多余,和高电平输入逻辑状态保持一致.开路输入端存在着很大的阻抗,非常容易被外部电磁影响,导致悬浮段电平处于过渡状态,出现误导通情况.为了保证控制系统安全运行,可以在高电平上固定多余输入端,也可以并联信号输入端和不使用端.

3.去耦电容配置

在数字电路中,不仅存在地线阻抗,还有电源线阻抗.当高速跳变电流对数字电路产生作用的时候,会造成阻抗噪声.这时候就在任何一块芯片上的去耦电源与地面进行去耦电容的跨接,能够随时充放电.

4.扩展存储器的抗干扰设计

第一,控制线、地址线和数据线应该尽量短,从而减少对地电容.尤其要重视地址线长短,尽量保持布线方式一致,避免各线产生较大的阻抗差异,导致在传输过程中地址信号到达终端存在过大的波形差异,造成了非同步控制信息干扰.

第二,因为存在严重的开关噪声,所以在电源入口部分,和存储器芯片之间需要连接去耦电容.

第三,因为存在着较大的负载电流,应该尽量加粗地线和电源线,尽量保持走线较短.另外,在印制板两面设置的三总线应该相互垂直,避免总线之间产生电磁干扰.

第四,在中线的终端和始端应该加拉电阻,从而提高噪声容限,增减抗干扰能力.

结语

综上所述,在单片机的控制系统中,存在着诸多的干扰因素,因此,应该分别从软件和硬件方面进行抗干扰设计,这样才能提升系统的抗干扰能力,保证系统的正常运行.