單片機(jī)在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中的抗干擾措施

單片機(jī)在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中，抗干擾性能是系統(tǒng)可靠性的重要指標(biāo)，抗干擾設(shè)計(jì)是單片機(jī)系統(tǒng)研制中不可忽視的一個(gè)重要內(nèi)容。本文根據(jù)筆者在實(shí)際工作中的體會(huì)，就單片機(jī)在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中的抗干擾問題進(jìn)行探討，并給出了排錯(cuò)設(shè)計(jì)、容錯(cuò)設(shè)計(jì)的一些方法和措施。

　　隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。在眾多的應(yīng)用系統(tǒng)中共同面臨的一個(gè)問題，就是它在應(yīng)用系統(tǒng)中的可靠性，這就要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，在硬件設(shè)計(jì)、線路板設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等方面來采取相應(yīng)的抗干擾措施。

　　一、抗電源干擾的措施
　　
　　大部分單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)都采用市電電源供電，在應(yīng)用系統(tǒng)中一個(gè)很重要的干擾就來自電源。市電的各種干擾，如雷電、大容量感性負(fù)載的起停等，都會(huì)造成電源瞬間欠壓、過載，產(chǎn)生浪涌、下陷、尖峰等干擾，但我們可采取如下有效抗干擾措施。

　　1．用壓敏電阻抑制尖峰、浪涌
　　
　　壓敏電阻兩端的電壓如超過其限定值時(shí)，電流會(huì)迅速增大，呈短路狀態(tài)，利用這一特點(diǎn)，可以用它吸收瞬間的尖峰、浪涌電壓。壓敏電阻并聯(lián)在電源變壓器的初、次級(jí)，加入壓敏電阻后，電源干擾造成單片機(jī)程序失控的可能性減小。壓敏電壓的計(jì)算公式為：VIMA＝1．56×32×V～（V～：交流電壓有效值）

　　2．濾波器抑制高頻干擾
　　
　　市電中含有多種高次諧波，它們很容易經(jīng)電源進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)，另外一些射頻發(fā)射、電磁波等也會(huì)由電源線感應(yīng)反饋入單片機(jī)系統(tǒng)造成干擾，因此在電源電路中加入低通濾波電路讓50 Hz市電基波通過，抑制掉高頻信號(hào)。此外在電源變壓器的初次級(jí)之間均用屏蔽層隔離，減少其分布電容，提高抗共模干擾的能力。

　　圖1中列出了幾種不同形式的濾波電路。

　　二、印刷電路板的抗干擾設(shè)計(jì)
　　
　　印刷電路板是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中器件、信號(hào)、電源線的高密度集合體，印刷電路板設(shè)計(jì)的好壞對(duì)抗干擾能力的影響很大。

　　1．電源線、地線的設(shè)計(jì)
　　
　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，接地是抑制干擾的重要方法。線路板上既有邏輯電路，又有模擬電路，兩者的地線要分別與電源端地線相連。低頻電路的地線盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，高頻電路宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地。接地線如果很細(xì)，接地電位則隨電流的變化而變化，使系統(tǒng)抗噪聲性能變壞，因此應(yīng)加粗接地線條，使它能通過3倍于印刷電路板上的允許電流。
　　
　　電源線與地線應(yīng)盡量靠近走線以減少所包圍的環(huán)路面積，從而減少外界磁場(chǎng)對(duì)環(huán)路切割而產(chǎn)生的電場(chǎng)干擾，同時(shí)也減少環(huán)路對(duì)外電磁輻射。電源線、地線的走向與數(shù)據(jù)傳遞方向一致也有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。

　　2．一些特殊措施
　　
　　在印刷電路板的各個(gè)關(guān)鍵部位配置去耦電容應(yīng)視為印刷電路板設(shè)計(jì)的一項(xiàng)常規(guī)做法。原則上每個(gè)集成電路芯片都應(yīng)安置一個(gè)0．01μF的瓷片電容排除射頻耦合干擾，電容引線不能太長(zhǎng)，應(yīng)緊靠芯片的電源線、地線。如印刷電路空隙小裝不下時(shí)，可每4～10個(gè)芯片安置一個(gè)1～10μF的限噪聲用的電容鉭電容。線路板布局時(shí)，應(yīng)使單片機(jī)的振蕩晶體盡量放在單片機(jī)兩引腳近端。

　　三、程序運(yùn)行失常的對(duì)策
　　
　　前面所介紹的抗干擾措施僅是盡量減少干擾，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，但在惡劣的工作環(huán)境下程序長(zhǎng)期運(yùn)行仍可能失控：PC值指向操作數(shù)，將操作數(shù)作為指令碼執(zhí)行；PC值超出應(yīng)用程序區(qū)，將非程序區(qū)中的隨機(jī)數(shù)作為指令碼運(yùn)行。不管何種情況，都會(huì)造成程序的非正常運(yùn)行或死機(jī)?？撮T狗就是在程序跑飛或死機(jī)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重新置位或復(fù)位，使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行的一種專用電路。常用的看門狗有2種：軟件狗和硬件狗。

　　1．硬件看門狗
　　
　　所謂硬件狗，就是一個(gè)能發(fā)出“復(fù)位”信號(hào)的計(jì)數(shù)器或定時(shí)器電路。圖2是一個(gè)硬件看門狗電路。其工作原理是：P1．0作為看門狗的“喂狗”信號(hào)定時(shí)給出一脈沖，設(shè)其脈沖間隔為△t＜tw＜2△t，當(dāng)程序正常運(yùn)行時(shí)，每隔△t輸出一脈沖觸發(fā)CC4098單穩(wěn)電路，使始終為低電平，若程序一旦出現(xiàn)異常，不能在tw時(shí)間內(nèi)送出一“喂狗”脈沖，產(chǎn)生一正脈沖，使單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位，使其能重新正常運(yùn)行。