單片機(jī)系統(tǒng)中的抗干擾技術(shù)

1 引 言

近年來，微機(jī)測控系統(tǒng)，特別是單片機(jī)在工業(yè)自動化生產(chǎn)過程控制、智能化儀器儀表等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越深入和廣泛，有效地提高了生產(chǎn)效率，大大提高了控制質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益。但是，測控系統(tǒng)的工作環(huán)境往往是比較惡劣和復(fù)雜的，其應(yīng)用的可靠性、安全性就成為一個非常突出的問題。許多應(yīng)用系統(tǒng)在進(jìn)行仿真調(diào)試和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的聯(lián)機(jī)試運(yùn)行時都是成功的，然而一進(jìn)入現(xiàn)場使用，系統(tǒng)則會產(chǎn)生預(yù)料之外的誤動作或誤顯示，嚴(yán)重時導(dǎo)致系統(tǒng)失靈，甚至導(dǎo)致巨大的損失。

影響測控系統(tǒng)可靠、安全運(yùn)行的主要因素是來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電氣干擾，以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、元器件選擇、安裝、制造工藝和外部環(huán)境條件等。

系統(tǒng)自身及應(yīng)用環(huán)境產(chǎn)生的各種電磁噪聲仍是普遍的干擾因素，產(chǎn)生的原因主要有：放電噪聲、高頻振蕩噪聲、浪涌噪聲。干擾源產(chǎn)生的干擾是通過耦合通道對微機(jī)測控系統(tǒng)發(fā)生電磁干擾作用，噪聲的傳遞幾乎都是通過導(dǎo)線或者通過空間和大地傳遞的。

2 干擾的主要耦合方式

（1）直接耦合方式

電導(dǎo)性耦合最普遍的方式是干擾信號經(jīng)過導(dǎo)線直接傳導(dǎo)到被擾電路中而造成對電路的干擾。在微機(jī)測控系統(tǒng)中，干擾噪聲經(jīng)過電源線耦合進(jìn)入計(jì)算機(jī)線路是最常見的直接耦合現(xiàn)象。

（2）公共阻抗耦合方式

當(dāng)一個電源電路對幾個電路供電時，如果電源不是內(nèi)阻抗為零的理想電壓源，則其內(nèi)阻抗就成為接受供電的幾個電路的公共阻抗，只要其中某一個電路的電流發(fā)生變化，便會使其他電路的供電電壓發(fā)生變化，形成公共阻抗耦合。

（3）電容耦合方式

這是指電位變化在干擾源與干擾對象之間引起的靜電感應(yīng)，又稱靜電耦合或電場耦合。

（4）電磁感應(yīng)耦合方式

在任何載流導(dǎo)體周圍空間中都會產(chǎn)生磁場，若磁場是交變的，則對周圍閉合電路產(chǎn)生感應(yīng)電勢，在設(shè)備內(nèi)部，線圈或變壓器的漏磁是一個很大的干擾，設(shè)備外部，當(dāng)2根導(dǎo)線在很長的一段區(qū)間架設(shè)時，也會產(chǎn)生干擾。

（5）輻射耦合方式

當(dāng)高頻電流流經(jīng)導(dǎo)體時，在該導(dǎo)體周圍便產(chǎn)生電力線和磁力線，并發(fā)生高頻變化，從而形成一種在空間傳播的電磁波，處于電磁波中的導(dǎo)體便會感應(yīng)出相應(yīng)頻率的電動勢。電磁場輻射干擾是一種無規(guī)則的干擾，這種干擾很容易通過電源線傳到系統(tǒng)中去，此外，波，稱為天線效應(yīng)。

（6）漏電耦合方式

漏電耦合是電阻性耦合方式，當(dāng)相鄰的元件和導(dǎo)線間的絕緣電阻降低時，有些電信號便通過這個降低了的絕緣電阻耦合到邏輯元件的輸入端而形成干擾。

3 單片機(jī)系統(tǒng)中的主要抗干擾手段

干擾的抑制方法，一般分為硬件抗干擾和軟件抗干擾。筆者在開發(fā)研制自動化儀表和智能測控系統(tǒng)實(shí)踐中，針對單片機(jī)系統(tǒng)的干擾及其抑制方法進(jìn)行了分析、研究，并在實(shí)際運(yùn)用中收到了良好的效果。

3．1 硬件抗干擾

為便于理解，干擾的來源可籠統(tǒng)地概括為：電源干擾、口線干擾和空間干擾。其相應(yīng)的抗干擾措施分別為：

（1）電源隔離

單片機(jī)工作電路的電源要采取獨(dú)立的供電回路，其電源變壓器同其他大功率電路的電源變壓器要分別使用。單片機(jī)電源電路的地線與其他大功率電路的地線不相連接。在兩電路的電氣連接處，可使用光電耦合器、光可控硅等器件加以隔離。

（2）口線隔離

單片機(jī)的輸入、輸出口線，特別是參與控制大功率電路的口線，在其與外電路的電氣連接處都要通過光電耦合器進(jìn)行隔離。

隔離電路如圖1所示，電平轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。