1主要干擾渠道及防護措施

工業(yè)生產(chǎn)中的干擾一般都以脈沖形式進入微機，干擾竄入系統(tǒng)的渠道主要有三條，即供電系統(tǒng)；過程通道；空間磁場。

通常防護措施如下：

(1)供電系統(tǒng)

在微機系統(tǒng)中，最嚴重的干擾來源為電源的污染。為了防止從電源系統(tǒng)引入的干擾，一是要將微機的供電與大功率的用電設(shè)備的電源分開，最好單獨供電；二是在單片機系統(tǒng)電源變壓器的初級串接一低通濾波器(如圖1所示)，有效阻止高次諧波串入系統(tǒng)，改善電源波形，提高單片機系統(tǒng)的抗干擾能力。

(2)輸入輸出通道

輸入輸出通道是單片機與傳感器、單片機與上位機以及單片機與執(zhí)行機構(gòu)之間的信息傳送的路徑。在微機系統(tǒng)中，傳輸線上的信息多為脈沖波和較弱的測量信號電壓，在長線傳輸時會產(chǎn)生衰減、延時、畸變。信號隔離是抵抗外界干擾的必要而有效的措施，它隔斷外界的共模電壓和外界串入的電磁干擾，從而保證單片機的工作環(huán)境，使整個系統(tǒng)正常運行。

(3)屏蔽和接地

用鋼板做機殼將單片機系統(tǒng)屏蔽起來，再將外殼接地，防止電磁干擾從空間侵入。

2提高系統(tǒng)的容錯能力

為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，一是增強防護能力，盡量阻止干擾侵入；另一是增強容錯能力，及時發(fā)現(xiàn)侵入的干擾并迅速采取相應(yīng)措施，將影響減到最小。

2.1程序運行監(jiān)視系統(tǒng)

程序運行監(jiān)視系統(tǒng)又稱“看門狗”，是一種有效的防止微機系統(tǒng)死機的電路。部分單片機(80C552等)片內(nèi)就包括“看門狗”電路；程序運行監(jiān)視系統(tǒng)也可用專用硬件電路實現(xiàn)。一旦“看門狗”電路被啟動，在規(guī)定的時間內(nèi)沒有收到CPU發(fā)出的清零脈沖，“看門狗”電路將向CPU發(fā)出“復位”脈沖。

2.2硬件標志

在很多工業(yè)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的啟動是按一定的順序進行的，并且不允許設(shè)備中途重新按這個順序啟動。一旦單片機系統(tǒng)復位，必須準確判斷是否為上電復位。由于失控的程序常常會非法寫操作，因而軟件標志可靠性較低。在可靠性要求高的場合，通常設(shè)立硬件上電標志(圖2所示)。

硬件標志電路工作原理為(圖3)：當微機系統(tǒng)上電時，復位脈沖同時將“D”觸發(fā)器Q端置“1”。初始化程序檢查P4.1位為“1”，則執(zhí)行冷啟動程序，并通過P4.0向D觸發(fā)器發(fā)出時鐘脈沖，使Q端為“0”，完成硬件標記確認并建立軟件標志。微機系統(tǒng)投入正常運行后，一旦系統(tǒng)再次重新啟動(熱啟動)，此時有兩種情況：

(1)按下“復位”鍵引起系統(tǒng)復位。由于在按下“復位”鍵的同時，將圖2的D觸發(fā)器Q端置“1”，初始化程序檢查結(jié)果為硬件標志無效而軟件標志有效，系統(tǒng)是正常復位，程序轉(zhuǎn)向熱啟動。

(2)由于“看門狗”引起的系統(tǒng)復位。初始化程序檢查結(jié)果為硬件標志有效(圖2的D觸發(fā)器Q端保持為“0”)，系統(tǒng)是異常復位。初始化程序?qū)⑥D(zhuǎn)向異常處理程序。

由此可見，微機系統(tǒng)能夠準確的判斷出引起復位的原因，從而采取相應(yīng)的處理程序，有效地提高了系統(tǒng)的可靠性。

2.3重要數(shù)據(jù)保存器

在工業(yè)控制裝置中，有一些重要的數(shù)據(jù)，像從鍵盤輸入的控制目標值，P、I、D調(diào)節(jié)參數(shù)以及從上位機傳送來的各種指令等，必須妥善保存。由于失控的程序常常非法進行寫操作，使RAM區(qū)中重要的信息丟失。當微機系統(tǒng)重新啟動后，必須正確恢復重要參數(shù)。因此，單片機系統(tǒng)設(shè)計中加入一片串行E2PROM芯片93C46。每次單片機系統(tǒng)設(shè)置完成后，程序自動將重要參數(shù)寫入93C46。由于93C46具有上電禁寫和軟件禁寫功能，因而數(shù)據(jù)保存可靠。

3軟件抗干擾措施

3.1使用空操作指令

MCS-51指令系統(tǒng)中有部分雙字節(jié)和三字節(jié)指令，當程序彈飛落到這些指令的操作數(shù)上時，將把操作數(shù)當成指令，產(chǎn)生錯誤的結(jié)果。因而，在程序中重要的地方(如跳轉(zhuǎn)、調(diào)子程序)等插入兩條空操作指令，可攔截彈飛的程序并轉(zhuǎn)入正常。

3.2建立軟件陷阱

所謂“軟件陷阱”就是在程序中加入的一組用于攔截彈飛程序的程序段。它強行將程序轉(zhuǎn)向一個特定的地址，該地址放有出錯處理程序。如果將出錯處理程序的入口標號命名為“ERR”的話，通常軟件陷阱由以下三句話組成：

一旦彈飛的程序被攔截，立刻轉(zhuǎn)向錯誤處理程序。

3.3出錯處理程序

錯誤處理程序的共同點是先關(guān)閉中斷，防止事態(tài)擴大。對于有“看門狗”電路的系統(tǒng)來講，等待復位即可。而軟件復位和硬件“看門狗”復位不同。此時CPU片內(nèi)的寄存器和I／O口狀態(tài)是不定的。所以錯誤處理程序在轉(zhuǎn)向程序起點前，要將CPU片內(nèi)的各寄存器、已激活的中斷標志和I／O口“軟件”復位，進入初始狀態(tài)，再轉(zhuǎn)入程序起點。

3.4其他措施

在用單片機組成的控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)量的輸出是不斷變化的。單片機系統(tǒng)受到干擾而異常復位后，RAM區(qū)中的標志單元、輸出量緩沖單元和I／O口的狀態(tài)都可能改變，不能作為系統(tǒng)復位后的狀態(tài)恢復數(shù)據(jù)。這時可以手動給定量作為當前控制器輸出量。這些措施可有效的減少單片機異常復位后對整個系統(tǒng)帶來的擾動。

4結(jié)束語

微機系統(tǒng)抗干擾設(shè)計是一項綜合性設(shè)計，采用硬件措施可有效提高微機控制系統(tǒng)的抗干擾能力，但過多的硬件本身就降低了系統(tǒng)的可靠性。因而系統(tǒng)的設(shè)計要“軟”“硬”兼施，提高系統(tǒng)的防護和容錯能力，從而提高單片機系統(tǒng)的可靠性。

參考文獻
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