吴鉴鹰（五）如何提高单片机的抗干扰能力

（一）、抗干扰方法综述

（二）、钟信号也会产生干扰

（三）、设备与设备之间如何抗干扰

（四）、引脚抗干扰的方法

（五）、上下电干扰

（六）、隔离法抗干扰

（七）、软件干扰

（八）、印制板工艺抗干扰

（九）、地线的处理

（一）、抗干扰方法综述：

在工业控制智能仪表都采用了单片机,单片机干扰措施提到重要议事日程上来单片机抗干扰措施不解决,其它工作也是白费劲要解决单片机抗干扰措施,必须先找出干扰源,然后采用单片机软硬件技术来解决

干扰源:主要来自外部电源内部电源,印制板自制干扰,空中周围电磁场干扰,外部干扰通过I/O 口输入等为叙述方便,我们分硬件软件抗干扰措施来讲:
(一) 硬件抗干扰措施
1. 交流程稳压:使电网电压稳定
2. 交流端用电感电容滤波:去掉高频低频干扰脉冲
3. 变压器双隔离措施:变压器初级输入端串接电容,初次级线圈间屏蔽层与初级间电容中心接点接大地,次级外屏蔽层接印板地,这是硬件抗干扰的关键手段
4. 次级加低通滤波器:吸收变压器产生的浪涌电压
5. 采用集成式直流稳压电源:因为有过流过压过热等保护
6. I/O 口光电磁电继电器隔离:去掉公共地
7. 通讯线用双绞线:排除平行互感
8. 防雷电用光纤隔离最为有效
9. A/D 转换,用隔离放大器或采用现场转换:减少误差
10. 外壳接大地:解决人身安全及防外界电磁场干扰
11. 加复位电压检测电路:仿止复位不充份,CPU 就工作,尤其有EEPROM 的器件,复位不充份会改变EEPROM 的内容

12. MCU能够适应的电压范围一般在3V-5.5V，但电源的波动对MCU而言却很敏感，比如说MCU可以在3.3V电压下稳定工作，但却不能在电压在3V-5.5V波动的情况下稳定工作。
13.通常是用电源稳压块，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。这就是为什么经常在电源并上电容的原因

14.确实很重要，比如涉及模拟信号处理的，滤波电容一定要加足，宁大勿小，保证电源的纯净，信号不受干扰；电流大的线路，铜线必须得足够粗。

15.一般单片机项目我们都是在电源端口处一个10uf电解电容和一个104瓷介电容，作双重保证

16.通常隔离有：电源隔离，输入输出口隔离，空间隔离

（二）、时钟信号也会产生干扰

在MCU中时钟信号也会产生干扰，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 。时钟频率越高，信息传输线上信息变换频率也就越高，致使干扰加剧，故在满足系统功能要求的前提下，要尽量降低时钟频率。这样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1μF 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。

（三）、设备与设备之间如何抗干扰

设备与设备之间这个就比较复杂了，涉及到电磁干扰，这个可能更需要整个系统的抗干扰处理，比如屏蔽线或者隔离器等

屏蔽线对静电干扰有较强的抑制作用，而双胶线有抵消电磁感应干扰的作用.
开关信号检测线和模拟信号检测线可以使用屏蔽双胶线，来抵御静电和电磁感应干扰；特殊的干扰源也可以用屏蔽线连接，屏蔽了干扰源向外施加干扰。

离这块，隔离目的之一是从电路上把干扰源和易干扰的部分隔离出来，使监控装置与现场仅保持信号联系，但不直接发生电的联系。
隔离的实质是把引进的干扰通道切断。从而达到隔离现场干扰的目的。一般单片机应用系统既有弱电控制系统又有强电控制系统，通常实行弱电和强电隔离，是保证系统工作稳定、设备与操作人员安全的重要措施。

（四）、引脚抗干扰的方法

看到这个我又想起之前，我们做的一个产品上，蜂鸣器的鸣叫响声达不到标准要求，就特意把蜂鸣器驱动部分做了实验，研究改变参数对蜂鸣器的鸣叫影响。蜂鸣器是感性器件，在通断电时候会产生反向电动势能，这个可能导致损坏元件，而且会干扰其它电路，通过电源直接进入到MCU中。

有些芯片由于内部电路的关系确实这样子的，因为如果引脚输入悬空,在感应电的情况下,输出有可能是高,也有可能是低,还可能在振荡，就有可能对其他引脚造成影响了

另外说道这个加电容，记得以前做产品时，看到MCU datasheet上有这么一说，某个引脚没有被用到，不能直接NC，要通过一个电容连接到地GND

（五）、上下电干扰

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。

（六）、隔离法抗干扰

如果把电源电压变化持续时间定为Δt，那么，根据Δt的大小可以把电源干扰分为四种情况：
（1）过压、欠压、停电：当Δt>1s时产生的干扰，解决办法是使用各种稳压器、电源调节器，对短时停电可用不间断电源（UPS）供电。
（2）浪涌、下陷、半周降出：当1s>Δt> 10ms时产生的干扰，可使用快速响应的交流电源调压器克服。
（3）尖峰电压：当Δt为μs量级时产生的干扰，解决办法是使用具有噪声抑制能力的交流电源调节器、参数稳压器或超隔离变压器。
（4）射频干扰：当Δt为ns量级时产生的干扰，可加2~3节低通滤波器消除干扰。
在单片机系统中，为了提高供电系统的质量，防止窜入干扰，建议采用如下措施：
（1）单片机输入电源与强电设备动力电源分开。
（2）采用具有静电屏蔽和抗电磁干扰的隔离电源变压器。
隔离变压器的初级和次级之间均采用隔离屏蔽层（可用漆包线或铜等非导磁材料在初级和次级绕一层，但电气上不能与初级、次级线圈短路，而后引出一个头接地）。各初级、次级间的静电屏蔽与初级间的零电位线相接，再用电容耦合接地。如图所示：

图片1

过程通道是系统输入、输出以及单片机之间进行信息传输的路径。由于输入输出对象与单片机之间的连接线长，容易串入干扰，必须采用隔离技术、双绞线传输、阻抗匹配等措施抑制。

2、开关量隔离

有一种就是接光耦，我们做电机类项目的时候，MCU与大功率电机控制区之间是要用光耦进行隔离的，防止大电流烧坏MCU引脚，常用的开关量隔离器有光电隔离器、继电器、光电隔离固态继电器(SSR)。

（1）光电隔离器
光电耦合器是把一个发光二极管和一个光敏三极管封装在一个外壳里的器件，光电耦合器的电路符号如图8—3所示。输入信号使发光二极管发光，其光线又使光敏三极管产生电信号输出，从而既完成了信号的传递，又实现了电气上的隔离，如图8—4所示。对启动或停止负荷不太大的设备，常采用光电耦合器来抑制输出通道的干扰。图片2

图片3

如果输出开关量是用于控制大负荷设备时，就需采用继电器隔离输出。因为继电器触点的负载能力远远大于光电隔离的负载能力，它能直接控制动力回路。在采用继电器做开关量隔离输出时，要在单片机输出端的锁存器74LS273与继电器间设置一个

图片4

OC门驱动器。用以提供较高的驱动电流。

平时的干扰一般是信号高低跳变是产生的尖峰，一般在芯片旁边加上一个旁路电容，而且是尽可能靠近芯片的旁路电容就能解决，但是在工业应用或者室外，久不久还是会出现干扰的情况，你的加上拉方法试过，有改善，但是貌似改善的算是一半多点，还是有一半的情况出现误动作，也不确定是不是程序不够完善，反正还是有很多地方要注意检查

（七）、软件干扰

看了上面的，都是在讲硬件干扰，我来说说软件干扰吧
软件抗干扰主要有亮点：一是消除模拟输入信号的嗓声（如数字滤波技术）；二是程序运行混乱时使程序重入正轨的方法。

看门狗抗干扰：失控的程序进入“死循环”，通常都是采用“看门狗”技术使程序脱离“死循环”。通过不断检测程序循环运行时间，若发现程序循环时间超过最大循环运行时间，则认为系统陷入“死循环”，需进行出错处理。

“看门狗”技术可由硬件实现，也可由软件实现。在工业应用中，严重的干扰有时会破坏中断方式控制字，关闭中断。系统无法定时“喂狗”，硬件看门狗电路失效。而软件看门狗可有效地解决这个问题

（八）、印制板工艺抗干扰:
. 电源线加粗,合理走线接地,三总线分开: 减少互感振荡
. CPU RAM ROM等主芯片,VCC 和GND间接电解电容及瓷片电容:去掉高低频干扰脉冲
. 独立系统结构,减少接插件与连线:提高可靠性,减少构障率
. 集成块与插座接触可靠,用双簧插座,最好集成块直接焊在印制板上:防止器件接触不良故障
. 有条件采用四层以上印制板,中间两层为电源及地
(二). 软件抗干扰措施:
1. 多用查询代替中断,把中断源减到最少:中断信号连线不大于0.1 米,防止误触发感应触发
2. A/D 转换采用数字滤波:平均法,比较平均法等:防止突发性干扰
3. MCS-51 单片机空单元写上00H,最后放跳转指令到ORG 0000H:因干扰程序走飞,可能抓回去
4. 多次重复输出,输出信号保持在RAM 中:止因干扰信止输出
5. 开机自检自诊断,RAM 中重要内容要分区存放,经常进行比较检查,机器不能带病工作
6. 表格参数放在 EPROM 中,检验和存于最后单元,防止EPROM
7. 加看门狗,软件走飞可从头开始
8. 开关信号延时去抖动
9. I/O 口正确操作,必须检查口执行命令情况防止外部故障不执行控制命令
10. 通讯应加奇偶校验或查询表决比较等措施,防止通讯出错