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1、豆丁文档代下载：http:/ （0.1元/篇）精品文档豆丁网维维大豆整理2011年7月19号精品文档豆丁网维维大豆整理2011年7月19号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
2、统可靠性的重要因素。但在教学过程中，对单片机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动作。另一方面，单片机的控制对象往往是电机等较大功率
3、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2.1.1 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
4、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1F 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
5、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，如果在复位端并联一0.010.1F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。2.1.4 I/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
6、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）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）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
7、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 指令冗余在程序的关键地方人
8、为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重写，称为指令冗余，通常是在双字节指令和三字节指令后插入两个字节以上的NOP指令。3.3 软件“陷井”指令冗余只能使CPU不再将操作数当作操作码错误地执行，却不能主动地将程序的错误执行方向扭转过来，软件“陷井”可以解决这一问题。通常在程序存储器中未使用的程序存储器空间填入空操作指令NOP，最后再填入一条跳转指令，跳转到跑飞处理程序，或者直接填入指令LJMP 0000H，当跑飞程序落到此区，即可在执行一段空操作后转入正轨。如果未使用的程序存储器空间比较大，可以均匀地填入几条跳转指令，这种几条空操作指令加一个跳转指令的结构我们称之为“软件陷阱”。软件陷阱的一
9、般结构为:NOPNOPLJMP LOOP ；LOOP为跑飞处理程序如果程序正常执行，软件陷阱部分是执行不到的，只有在程序跑飞到陷阱里，软件陷阱会立刻将程序跳转到正常轨道。即使程序没有跑飞到陷阱里，也可以在程序执行一段错误操作后遇到一个软件陷阱，从而转入正轨。还有一种情况是使用的中断因干扰而开放时，在对应的中断服务程序中设置软件陷阱，能及时捕获错误的中断。如某应用系统虽未用到中断，中断服务程序可为如下形式:ORG 0000HLJMP START；START为主程序起始地址ORG 0003H；RETIORG 000BHRETIORG 0013HRETIORG 001BHRETIORG 0023HR
10、ETI返回指令可用“RETI”，也可用“LJMP LOOP”，LOOP为故障诊断程序，尽早地处理故障并恢复程序的运行。软件“陷阱”的数量要根据实际受到干扰的情况和程序存储器的容量来确定，如果太少不能进行有效的跑飞拦截，如果太多又会占用大量的程序存贮器空间。3.4 软件“看门狗”程序由于干扰出错了，很可能进入“死循环”，也就是常说的“死机”。通常采用“看门狗”技术使程序脱离“死循环”，“看门狗”技术可由硬件实现，也可由软件实现。硬件“看门狗”技术这里不再赘述，软件“看门狗”技术的原理是在程序正常执行过程中对监测定时器清零，若程序进入“死循环”，则无法对定时器清零，定时时间到则认为系统陷入“死循环
11、”，需要进行出错处理。目前所使用的51系列单片机中（如AT89S51/S52），有一个定时器T3，称为WDT看门狗监视定时器，这是一个通过软件、硬件结合的重要常用抗干扰技术。在实际应用中，严重的干扰有时会破坏中断方式控制字，关闭中断，造成看门狗失效，这时可以采用环形中断监视系统。用定时器T0监视定时器T1，用定时器T1监视主程序，主程序监视定时器T0。采用这种环形结构的软件“看门狗”具有良好的抗干扰性能，大大提高了系统可靠性。3.5 设置程序运行标志单片机程序的结构一般都是由一个上电复位初始化程序、一个主程序、几个中断服务程序和若干子程序组成的， 51系列单片机的RAM区中有一个位寻址区，可以
12、在位寻址区中设立一些标志位，这些标志位分别代表不同的程序模块，一个字节可以对应8个程序模块。当某个程序模块正在执行时，对应的标志位置1，不执行时对应的标志位置0，就可以知道当前正在执行的程序是哪一个模块，当标志位的值与正在执行的程序模块不一致时，我们可以肯定程序出现了“跑飞”，需要尽快进行错误处理，通过进一步的检查还可以知道程序是从哪个模块“飞”过来的。4 结束语从根本上来说，硬件抗干扰是主动的，而软件是抗干扰是被动的。只有根据实际情况软件抗干扰和硬件抗干扰有效地结合起来，才能达到最佳抗干扰效果，使我们的单片机系统稳定可靠地工作。参考文献：1张迎新, 单片机原理及应用M, 北京：电子工业出版社
13、，2004.10.2胡辉等, 单片机应用系统设计与训练M,北京：中国水利水电出版社，2004.3张军，胡孝昌, 单片机应用系统抗干扰技术的研究J, 计算机测量与控制，2006.14（3）.4闫冬, 单片机系统硬件抗干扰常用方法J, 集成电路通讯，2006第4期第24卷.5李楠, 单片机系统抗干扰的主要措施J, 科技资讯，2007 NO.11.The Ant-interference Technique of 51Series Single-chip MicrocomputerWang Feng Abstract:The anti-interference technique is an one
14、 of the important techniques in the MCU system.The anti-interference technique mainly has the hardware anti- interference technique and the software anti-interference technique.Though the analysis to the hardware and the software anti- interference, raise technical comprehension to the system anti- interference, control the method of a MCU system anti- interference.Keyword: MCU; anti-interference; technique造纸，印染染料请选择 宏浩染料推荐好文档当选：http:/
