綜述單片機控制系統的抗干擾設計

在進行單片機應用開發的過程中，經常遇到在實驗室調整很好的單片機一到工作現場就會出現這樣或那樣的問題，這主要是由于設計未充分考慮到外界環境存在的干擾，如機械震動、各種電磁波和環境溫差都會影響硬件系統的性能，導致電控單元不能正常工作。鑒于此本文較全面分析了干擾單片機應用系統的因素并結合自己的研究課題，提出一些可增強系統抗干擾性的方法。

1單片機系統的主要干擾源
系統的干擾源對電子系統的干擾主要是電磁能量干擾。主要內外的干擾源是：
（1）無線電設施的射頻干擾；
（2）發動機上的高壓點火線圈向外輻射磁場強度大、頻帶寬的電磁波;
（3）單片機內部的晶振電路是內部干擾源之一；
（4）數字電路本身門電路頻繁的導通、截止造成電源地線電流變化，也會產生很大的高頻電磁干擾，各種開關電子設備通斷時產生的急劇變化的電流會產生較寬頻譜干擾；
（5）外界交流電路中產生的工頻干擾亦會影響模擬電路輸出信號的準確性。
2干擾的耦合方式
干擾源產生的干擾是通過耦合信道對微機測控系統產生干擾作用，因而需要隔離干擾源與控制系統之間的耦合信道。表1列出了干擾源的主要干擾方式及特征。

3單片機的硬件抗干擾設計
硬件抗干擾技術是系統設計首選的抗干擾措施，他能有效的抑制干擾源，阻斷干擾的傳輸信道。常用的措施有：濾波技術、去耦技術、屏蔽技術和接地技術。
3.1電源電路的設計
在本電控系統中，模擬電路電源與邏輯電路電源分離，一是為了去除通過電源耦合邏輯電路產生的干擾進入模擬電路，二是為了避免傳感器通過電源耦合對ECU干擾。各功能模塊供電系統如圖1所示，皆采用7812和7805三端穩壓集成芯片，且都單獨對電源進行負壓差保護，這樣不會因其中某一穩壓電源出現故障而影響整個系統電路；使用低通濾波器亦可減少以高次諧波為主的干擾源，從而改善電源波形;在輸出端采用了過壓保護電路。通過上述設計可大大提高供電的可靠性。圖中D1、D2用于負壓差保護，防止壓差擊穿穩壓器的be結使器件永久失效，穩壓管WY1、晶閘管Q1用于過壓保護，電容E1、E2、C1、C2使輸出電壓波紋限制在一定范圍內。

3.2模擬電路抗干擾設計
 在硬件電路的設計中，模擬電路設計非常重要。發動機的工作環境溫度變化比較大，因此在模擬電路中應選擇低溫漂系數的集成放大器；在模擬電路中共模信號對電路板影響較大，故在模擬電路中采用差動放大電路，可得出兩端輸出信號；接收時，將雙端信號轉化為單端信號，可非常有效地抑制共模信號。若電路中輸入信號變化比較大，需在放大器或比較器前加輸入端保護電路以避免器件的損壞。外界交流電路產生的工頻干擾對模擬信號有較大的影響，在電路中采用有源濾波器和低通濾波器。
3.3選用時鐘頻率低的單片機
外時鐘是高頻噪聲源，除能引起對本硬件電路產生干擾外，還能對外界產生干擾。因此選用低頻率的單片機是提高抗干擾性的原則之一。其同為1 μs時，8051單片機外時鐘為12 MHz，Atmel公司單片機外時鐘為6 MHz，而Microchip和Motorola的單片機時鐘頻率為4 MHz。
3.4輸入、輸出隔離
 輸入、輸出信號通過隔離可以切斷干擾信道，避免強電流對回路的沖擊。常用的隔離方法有光電隔離、繼電器隔離和變壓器隔離。變壓器隔離是傳遞脈沖輸入、輸出信號時，不能傳遞直流分量，因此常用于不要求傳遞直流分量的輸入輸出控制設備中。光電耦合器由于結構簡單，比較廣泛用于輸入、輸出隔離信道之中。