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1、如何提高单片机系统的抗干扰性能搞过产品的朋友都有体会，一个设计看似简单，硬件设计和代码编写很快就搞定，但在调试过程中却或多或少的意外，这些都是抗干扰能力不够的体现。抗干扰体现在2个方面，一是硬件设计，二是软件编写。这里重点提醒：在MCU设计中主要抗干扰设计是在硬件上，软件为辅。因为MCU的计算能力有限，所以要在硬件上花大工夫。干扰的途径： 1：干扰信号干扰MCU的主要路径是通过I/O口，一是影响了MCU的数据采集，二是影响内部其它寄存器。 解决方法：后面讨论。2：电源干扰：MCU虽然适应电压较宽（3-5.5V），但对于电源的波动却很敏感，比如说MCU可以在3V电压下稳定工作，但却不能在电压在3
2、V-5.5V波动的情况下稳定工作。解决方法：用电源稳压块，做好电源的滤波等工作，提示：一定要在电源旁路并上0.1uF的瓷片电容来滤除高频干扰，因为电解电容对超过几十KHZ的高频干扰不起作用。3：上下电干扰：但每个MCU系统在上电时候都要经过这样一个过程，所以要尤其注意。MCU虽然可以在3V电压下稳定工作，但并不是说它不能在3V以下的电压下工作，当然在如此低的电压下MCU是超不稳定状态的。在系统加电时候，系统电源电压是从0V上升到额定电压的，比如当电压到2V时候，MCU开始工作了，但这时是超不稳定的工作，极容易跑飞。解决方法：1让MCU在电源稳定后才开始工作。因此复位电路的有效电压相对于电源电压
3、应该有一定的时间延时。外部上电延时复位电路。有多种形式，低成本的就是在复位脚接个阻容电路。高成本的是用专用芯片。这方面的资料特多，到处都可以查找。最难排除的就是上面第一种干扰，并且干扰信号随时可以发生，干扰信号的强度也不尽相同。但它们也有相同点：干扰信号也遵循欧姆定律，干扰信号偶合路径无非是电磁干扰，一是电火花，二是磁场。其中干扰最厉害的是电火花干扰，其次是磁场干扰。电火花干扰表现场合主要是附近有大功率开关、继电器、接触器、有刷电机等。磁场干扰表现场合主要是附近有大功率的交流电机、变压器等。解决方法：第一点：也是最经典的，就是在PCB步线和元件位置安排上下工夫，这中间学问很多，这里就不详细介绍
4、了。二：综合考虑各I/O口的输入阻抗，采集速率等因素设计I/O口的外围电路。一般决定一个I/O口的输入阻抗有3种情况：A：I/O口有上拉电阻，上拉电阻值就是I/O口的输入阻抗。一般大家都用4K-20K电阻做上拉。由于干扰信号也遵循欧姆定律，所以在越存在干扰的场合，选择上拉电阻就要越小,因为干扰信号在电阻上产生的电压就越小。由于上拉电阻越小就越耗电，所以在家用设计上，上拉电阻一般都是10-20K，而在强干扰场合上拉电阻甚至可以低到1K。（如果在强干扰场合，一定要用外部上拉。）B：I/O口与其它数字电路输出脚相连，此时I/O口输入阻抗就是数字电路输出口的阻抗，一般是几十到几百欧。可以看出用数字电路
5、做中介可以把阻抗减低到最理想，在许多工业控制板上可以看见大量的数字电路就是为了保证性能和保护MCU的。C：I/O口并联了小电容。由于电容是通交流阻直流的，并且干扰信号是瞬间产生，瞬间熄灭的，所以电容可以把干扰信号滤除。但不好的是造成I/O口收集信号的速率下降，比如在串口上并电容是绝不可取的，因为电容会把数字信号当干扰信号滤掉。对于一些检测开关、干簧管、霍尔元件之类的是可以并电容的，因为这些开关量的变化是不可能有很高的速率的，并一个小电容对信号的采集是没任何影响的。增加系统的抗电磁干扰能力采取如下措施：(1) 选用频率低的微控制器：选用外时钟频率低的微控制器可以有效降低噪声和提高系统的抗干扰能力
6、。同样频率的方波和正弦波，方波中的高频成份比正弦波多得多。虽然方波的高频成份的波的幅度，比基波小，但频率越高越容易发射出成为噪声源，微控制器产生的最有影响的高频噪声大约是时钟频率的3倍。(2) 减小信号传输中的畸变微控制器主要采用高速CMOS技术制造。信号输入端静态输入电流在1mA左右，输入电容10PF左右，输入阻抗相当高，高速CMOS电路的输出端都有相当的带载能力，即相当大的输出值，将一个门的输出端通过一段很长线引到输入阻抗相当高的输入端，反射问题就很严重，它会引起信号畸变，增加系统噪声。当TpdTr时，就成了一个传输线问题，必须考虑信号反射，阻抗匹配等问题。信号在印制板上的延迟时间与引线的
7、特性阻抗有关，即与印制线路板材料的介电常数有关。可以粗略地认为，信号在印制板引线的传输速度，约为光速的1/3到1/2之间。微控制器构成的系统中常用逻辑电话元件的Tr（标准延迟时间）为3到18ns之间。在印制线路板上，信号通过一个7W的电阻和一段25cm长的引线，线上延迟时间大致在420ns之间。也就是说，信号在印刷线路上的引线越短越好，最长不宜超过25cm。而且过孔数目也应尽量少，最好不多于2个。当信号的上升时间快于信号延迟时间，就要按照快电子学处理。此时要考虑传输线的阻抗匹配，对于一块印刷线路板上的集成块之间的信号传输，要避免出现TdTrd的情况，印刷线路板越大系统的速度就越不能太快。（3）
8、 减小信号线间的交叉干扰：A点一个上升时间为Tr的阶跃信号通过引线AB传向B端。信号在AB线上的延迟时间是Td。在D点，由于A点信号的向前传输，到达B点后的信号反射和AB线的延迟，Td时间以后会感应出一个宽度为Tr的页脉冲信号。在C点，由于AB上信号的传输与反射，会感应出一个宽度为信号在AB线上的延迟时间的两倍，即2Td的正脉冲信号。这就是信号间的交叉干扰。干扰信号的强度与C点信号的di/at有关，与线间距离有关。当两信号线不是很长时，AB上看到的实际是两个脉冲的迭加。CMOS工艺制造的微控制由输入阻抗高，噪声高，噪声容限也很高，数字电路是迭加100200mv噪声并不影响其工作。若图中AB线是
9、一模拟信号，这种干扰就变为不能容忍。如印刷线路板为四层板，其中有一层是大面积的地，或双面板，信号线的反面是大面积的地时，这种信号间的交叉干扰就会变小。原因是，大面积的地减小了信号线的特性阻抗，信号在D端的反射大为减小。特性阻抗与信号线到地间的介质的介电常数的平方成反比，与介质厚度的自然对数成正比。若AB线为一模拟信号，要避免数字电路信号线CD对AB的干扰，AB线下方要有大面积的地，AB线到CD线的距离要大于AB线与地距离的23倍。可用局部屏蔽地，在有引结的一面引线左右两侧布以地线。（4） 减小来自电源的噪声电源在向系统提供能源的同时，也将其噪声加到所供电的电源上。电路中微控制器的复位线，中断线
10、，以及其它一些控制线最容易受外界噪声的干扰。电网上的强干扰通过电源进入电路，即使电池供电的系统，电池本身也有高频噪声。模拟电路中的模拟信号更经受不住来自电源的干扰。(5) 用好去耦电容好的高频去耦电容可以去除高到1GHZ的高频成份。陶瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好。设计印刷线路板时，每个集成电路的电源，地之间都要加一个去耦电容。去耦电容有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，提供和吸收该集成电路开门关门瞬间的充放电能；另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容为0.1uf的去耦电容有5nH分布电感，它的并行共振频率大约在7MHz左右，也就是说对于10MHz以下的噪声有较好的去耦作用，对40MHz以上的噪声几乎不起作用。1uf，10uf电容，并行共振频率在20MHz以上，去除高频率噪声的效果要好一些。在电源进入印刷板的地方和一个1uf或10uf的去高频电容往往是有利的，即使是用电池供电的系统也需要这种电容。
