一
随着单片机的发展，单片机在家用电器、工业自动化、生产过程控制和智能仪表等领域的应用也在不断发展。
另一方面，同一电力系统中的各种电气设备通过电连接或磁连接彼此密切相关，并相互影响。许多电气设备都会受到操作模式变化、故障、开关活动等引起的电磁振荡的影响。
这使我们的单片机系统的可靠性和安全性处于危险之中。单片机测量和控制系统必须在长时间内稳定可靠地运行；否则，控制误差会增加，在严重的情况下，系统会发生故障，造成重大损失。
因此，单片机的抗干扰问题就成为一个不可忽视的问题。
二干扰对单片机应用系统的影响
2.1测量数据误差增加
干扰渗入单片机系统测量单元模拟信号的输入通道，并叠加在测量信号上，增加了数据采集误差。检测微弱信号、干扰信号，甚至压倒性的测量信号尤其重要。
2.2控制系统故障
单片机的控制信号通常由一定条件下的状态输入信号和这些信号的逻辑处理结果决定。如果这些输入状态信号被中断，引入错误的状态信息，输出控制错误或控制故障将增加。
2.3影响MCU RAM内存和E2PROM等。
为了避免单片机系统中的干扰和数据退化，程序、表格和数据存储在程序存储器EPROM或FLASH中。另一方面，片上RAM、外部RAM和E2PROM中的数据可能会受到外部干扰和更改的影响。
2.4程序运行异常
外部干扰会迫使系统重复重置，从而中断程序的正常操作。如果外部干扰导致单片机程序计数器的PC值发生变化，将破坏程序的正常运行。
由于错误的PC值是任意的，程序在进入“无休止的循环”之前会运行一系列无用的指令，导致主要的输出混乱或崩溃。
三如何提高设备的抗干扰能力？
3.1解决来自电源侧的干扰
单片机系统中的每个单元都需要一个直流电源，直流电源通常是在来自电网的交流电经过转换、整流、滤波和稳定后产生的。因此，许多电源干扰将被引入到系统中。
此外，由于交流电源是共享的，因此电子设备将通过电源相互干扰。因此必须抑制功率干扰。以下是最常见的功率干扰类型：
1.电源线中的高频干扰（传导干扰）
电源线充当接收天线，将闪电、电弧和无线电台发射的高频干扰信号耦合到电力变压器的次级，对单片机系统造成干扰。
通过在接口上添加滤波器或使用隔离电源模块来解决这种干扰，这通常是通过接口保护来实现的。
2.感应负载（EFT）产生的瞬态噪声
当大容量电感负载被切断时，会产生大的电流和电压变化率，导致瞬态噪声干扰。这是最常见的电磁干扰类型，解决这类干扰。屏蔽线和双面胶线是常用的，以及电源和信号接口中的滤波处理。
这两种方法都必须与良好接地的系统以及良好接地滤波器和接口滤波器电路一起使用，以便有效地排除干扰，
四模拟信号采样抗干扰技术
一个或多个模拟信号被采样并转换为数字信号，以便在单片机应用系统中通过A/D进行处理。
提高测量的准确性和一致性；
保证传感器的转换精度得到保持；
传感器电源的稳定性；
检查放大器的稳定性。
用于A/D转换的参考电压是稳定的；
防止外部电磁感应噪声干扰；
如果处理不当，微弱的有用信号可能会被无用的噪声信号完全淹没。
在实际应用中，可以使用差分输入测量放大器，可以使用屏蔽双胶合电缆来传输测量信号，或者可以将电压信号转换为电流信号，并且可以使用电阻-电容滤波技术。
五数字信号传输信道的抗干扰技术
数字输出信号可以用作系统控制设备（如继电器）的驱动信号，而数字输入信号可以用作设备的返回应答和命令信号（如行程开关、启动按钮等）。
外部干扰进入SCM系统的主要途径之一是数字信号接口。
传输线屏蔽技术，如在数字信号输入/输出过程中采用屏蔽线、双面胶线等抗干扰方法包括：采用信号隔离措施；合理接地。由于数字信号在电平转换过程中会产生共阻抗干扰，因此选择合适的接地点可以有效地降低接地噪声。
六硬件监控电路
为了保证系统的可靠稳定运行，提高系统的抗干扰能力，有必要在单片机系统中配置硬件监控电路。硬件监控电路的功能包括以下内容：
开机复位：确保系统在开机时能够正确启动。
当电源故障或电压降至指定电压值以下时，会创建一个重置信号来重置系统。
如果电源电压异常，将发送报警指示信号或中断请求信号。
当CPU遇到干扰或软件运行不稳定并产生“死锁”时，请使用硬件看门狗重置系统。
七PCB电路的合理布线
抗干扰能力在很大程度上受到PCB板设计质量的影响。因此，在设计PCB时，必须遵守PCB设计的一般原则以及抗干扰设计标准。以下各节集中讨论两点：
1.关键部件的放置
在器件布局方面，与其他逻辑电路一样，彼此相关的器件应尽可能靠近，以获得更好的抗噪声效果。
时钟发生器、晶体振荡器和CPU的时钟输入都容易受到噪声的影响，所以它们应该紧密地放在一起；CPU复位电路和硬件看门狗电路应尽可能靠近CPU的相应引脚；并且易受噪声影响的器件和高电流电路应尽可能远离逻辑电路。
2.D/A和A/D转换电路的接地线连接正确
数字接地和模拟接地通过D/A、A/D和采样芯片提供，这些芯片都具有等效引脚。
在电路设计中，所有设备的数字和模拟接地必须独立连接，尽管数字和模拟地仅连接在一点上。屏蔽保护也是一种选择，可以用来隔离空间辐射。
高噪声部件（如变频电源和开关电源）可以封装在金属盒中，以防止噪声源干扰单片机。可以在容易受到干扰的部分添加屏蔽罩并接地，从而使干扰信号对地短路。
八软件抗干扰原理与方法
尽管已经包括了硬件抗干扰方法，但干扰信号的原因复杂且不可预测，使得无法确保系统完全没有干扰，
因此，经常采用软件抗干扰技术来增强硬件抗干扰措施，作为硬件措施的辅助方法。软件抗干扰技术以其简单、通用、方便、低成本的特点被广泛应用于系统中。
1.数字滤波方法
在对模拟信号进行多次采样的基础上，数字滤波是使用软件算法获得最接近真实值的数据的过程。数字滤波算法的权限参数可以选择，硬件滤波电路往往达不到其效果。
3.磅/平方英寸
2.输入信号的重复检测方法
输入信号的干扰是叠加在有效电平信号上的一系列离散尖峰，其作用时间非常短。
当控制系统中存在输入干扰且硬件无法成功抑制时，可以使用软件重复检测过程，直到连续两次或多次的采集结果完全一致。
如果信号不断变化，当达到最大次数时，可以触发报警信号。这种输入方法可用于接收来自各种开关型传感器的信号，如限位开关、行程开关、操作按钮等。
更广泛的干扰可以通过在连续的数据收集之间插入延迟来处理。
3.输出端口数据的刷新方法
开关输出软件的抗干扰设计主要采用重复输出的方法，这是提高输出接口抗干扰性能的有效措施。锁存器产生的控制信号需要这些保护措施。
数据在可行的最短时间内重复输出，在受到干扰的设备有时间响应之前，正确的信息就到达了，从而实时避免了误操作。用于输出数据的数据缓冲区可以建立在程序的结构中，并且数据可以在程序的周期性循环中输出。
对于增量控制设备，不可能以这种方式重复传输数据。只有通过检测通道，才能从设备的反馈信息中确定数据传输的正确性。工作模式控制字和输出状态字定期设置在一起，以使输出模块在执行可编程接口芯片的重复输出功能时工作一致。
4.软件拦截技术
如果进入单片机系统的干扰作用在CPU上，影响将更加灾难性，
最常见的问题是破坏程序计数器PC的状态，这会导致程序从一个区域跳到另一个区域，或者在地址空间中“任意飞行”，或者陷入“确定循环”
软件拦截技术可以拦截“随机飞行”程序，或者删除程序的“确定循环”，使其回到正轨，并将其引导到指定的程序条目。
5.“软件看门狗”技术
PC机不稳定且无法控制，导致程序“无序飞行”或陷入“确定循环”。当软件拦截技术无法将失控的程序从“无休止循环”问题中解放出来时，通常会使用程序监控技术WDT TIMER（WDT），也称为看门狗技术来解放程序。
WDT是一种防止程序失控的软硬件组合。该设备的硬件主体是一个产生定时T的计数器或单稳态计数器。该计数器有时被称为单稳态计数器，本质上是独立的，其定时输出连接到CPU的复位线。CPU负责清除其计时。
在正常情况下，CPU会在程序启动后定期清除WDT，防止WDT定时溢出，并且不会产生类似于睡眠的效果。当WDT时间溢出时，其输出会重置系统，以避免CPU因临时干扰条件而瘫痪。当WDT定时溢出时，其输出会重置系统，以防止CPU因临时干扰状态而瘫痪。
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九总结
随着单片机系统的广泛应用和技术的进步，电磁干扰问题变得越来越重要。单片机应用技术的重点包括推广现有和成熟的抗干扰技术，以及研究新的抗扰技术和新的方向。如果在设计和应用过程中充分考虑设备的电磁兼容性，并通过各种技术手段将干扰降至最低，则可以大大提高单片机应用系统的稳定性和可靠性。
