综述单片机控制系统的抗干扰设计

在进行单片机应用开发的过程中，经常遇到在实验室调整很好的单片机一到工作现场就会出现这样或那样的问题，这主要是由于设计未充分考虑到外界环境存在的干扰，如机械震动、各种电磁波和环境温差都会影响硬件系统的性能，导致电控单元不能正常工作。鉴于此本文较全面分析了干扰单片机应用系统的因素并结合自己的研究课题，提出一些可增强系统抗干扰性的方法。

1单片机系统的主要干扰源
系统的干扰源对电子系统的干扰主要是电磁能量干扰。主要内外的干扰源是：
（1）无线电设施的射频干扰；
（2）发动机上的高压点火线圈向外辐射磁场强度大、频带宽的电磁波;
（3）单片机内部的晶振电路是内部干扰源之一；
（4）数字电路本身门电路频繁的导通、截止造成电源地线电流变化，也会产生很大的高频电磁干扰，各种开关电子设备通断时产生的急剧变化的电流会产生较宽频谱干扰；
（5）外界交流电路中产生的工频干扰亦会影响模拟电路输出信号的准确性。
2干扰的耦合方式
干扰源产生的干扰是通过耦合信道对微机测控系统产生干扰作用，因而需要隔离干扰源与控制系统之间的耦合信道。表1列出了干扰源的主要干扰方式及特征。

3单片机的硬件抗干扰设计
硬件抗干扰技术是系统设计首选的抗干扰措施，他能有效的抑制干扰源，阻断干扰的传输信道。常用的措施有：滤波技术、去耦技术、屏蔽技术和接地技术。
3.1电源电路的设计
在本电控系统中，模拟电路电源与逻辑电路电源分离，一是为了去除通过电源耦合逻辑电路产生的干扰进入模拟电路，二是为了避免传感器通过电源耦合对ECU干扰。各功能模块供电系统如图1所示，皆采用7812和7805三端稳压集成芯片，且都单独对电源进行负压差保护，这样不会因其中某一稳压电源出现故障而影响整个系统电路；使用低通滤波器亦可减少以高次谐波为主的干扰源，从而改善电源波形;在输出端采用了过压保护电路。通过上述设计可大大提高供电的可靠性。图中D1、D2用于负压差保护，防止压差击穿稳压器的be结使器件永久失效，稳压管WY1、晶闸管Q1用于过压保护，电容E1、E2、C1、C2使输出电压波纹限制在一定范围内。

3.2模拟电路抗干扰设计
 在硬件电路的设计中，模拟电路设计非常重要。发动机的工作环境温度变化比较大，因此在模拟电路中应选择低温漂系数的集成放大器；在模拟电路中共模信号对电路板影响较大，故在模拟电路中采用差动放大电路，可得出两端输出信号；接收时，将双端信号转化为单端信号，可非常有效地抑制共模信号。若电路中输入信号变化比较大，需在放大器或比较器前加输入端保护电路以避免器件的损坏。外界交流电路产生的工频干扰对模拟信号有较大的影响，在电路中采用有源滤波器和低通滤波器。
3.3选用时钟频率低的单片机
外时钟是高频噪声源，除能引起对本硬件电路产生干扰外，还能对外界产生干扰。因此选用低频率的单片机是提高抗干扰性的原则之一。其同为1 μs时，8051单片机外时钟为12 MHz，Atmel公司单片机外时钟为6 MHz，而Microchip和Motorola的单片机时钟频率为4 MHz。
3.4输入、输出隔离
 输入、输出信号通过隔离可以切断干扰信道，避免强电流对回路的冲击。常用的隔离方法有光电隔离、继电器隔离和变压器隔离。变压器隔离是传递脉冲输入、输出信号时，不能传递直流分量，因此常用于不要求传递直流分量的输入输出控制设备中。光电耦合器由于结构简单，比较广泛用于输入、输出隔离信道之中。