单片机测控系统中的抗干扰技术

(6) 布线抗干扰设计

为防止长线传输中的窜扰，采用交差走线是行之有效的办法。长线传送时，功率线、载流线和信号线分开，电位线和脉冲线分开。把空余的输入端与使用端并联。把空余的输入端通过一个电阻接高电平，这种方法适用于慢速、多干扰的场合。把空余的输入端悬空，用一反相器接地。这种方法适用于要求严格的场合。在数字电路的每块组件上，都要分别装设高频去耦电容，而且这些电容应充分靠近集成块，而不应集中在印刷板上每一端。每块印刷板的电源引进端也应加去耦电容。直流配电线的引出端应尽量作成低阻抗传输线。由于快速逻辑电路产生高频干扰，所以这些电路均应按高频电路处理，应将逻辑电路的印刷板良好接地。存储器的布线抗干扰设计，一般采取的措施有：数据线、地址线、控制线要尽量缩短，以减少对地电容。由于开关噪声严重，要在电源入口处以及每片存储芯片的VCC与GND之间接入去耦电容。由于负载电流大，电源线和地线要加粗，走线尽量短。印制板两面的三总线互相垂直，以防止总线之间的电磁干扰。总线的始端和终端要配置合适的上拉电阻，以提高高电平噪声容限，增加存储器端口在高阻状态下抗干扰能力和削弱反射波干扰。三总线与其他扩展板相连接时，通过三态缓冲门后连接。可以有效防止外界电磁干扰，改善波形和削弱反射干扰。

(7) 软件抗干扰措施

a) 数字滤波技术

通常使用的方法有：算术平均法、中值法、抑制脉冲算术平均法、一阶惯性滤波法、程序判断滤波法和递推平均滤波法等。

b) 软件冗余

对于条件控制系统，对控制条件的一次采样、处理控制输出改为多采样、处理控制输出。可有效地消除偶然干扰。

c) 设置软件陷阱

当由于干扰使操作系统失控而进入非程序区时，用引导指令强行将捕获到的乱飞程序引向复位入口地址，在此处将程序转向专门对程序出错进行处理的程序，使程序纳入正轨。

d) 重要指令冗余

对程序流向起决定作用的指令(如RET、RETI、LCALL、JZ、JC、JNC等)和某些对系统工作状态起重要作用的指令(如SETB、EA等)的后面，可重复写上这些指令，以确保这些指令的正确执行。

e) “看门狗”技术

PC 受到干扰而失控，引起程序乱飞，也可能使程序进入“死循环”。指令冗余技术、软件陷阱技术不能使失控的程序摆脱“死循环”的困境，通常采用程序监视技术，又称“看门狗”技术(Watchdog)，“看门狗”技术就是不断监视程序循环运行时间，若发现时间超过已知的循环设定时间，则认为系统陷入了“死循环”，然后强迫程序返回到0000H入口，在0000H处安排一段出错处理程序，使系统运行纳入正轨。在设计看门狗时可设计两个定时器，一个为短定时器，一个为长定时器，并各自独立，短定时器像典型看门狗一样工作，它保证一般情况下看门狗有快的反映速度，长定时器的定时大于CPU执行一个主循环程序的时间，用来防止看门狗失效。

f) 数据的保护与恢复技术

在编写程序的过程中，对于由指令改变结果性质的数据，可以考虑在每次改变后都尽可能地保护起来，以便必要时恢复。有时计算机在强制复位后，I/O端口和特殊寄存器SFR中的内容都将变成芯片出厂时的设定值，这很有可能引起系统的运行混乱。因此单片机在重新启动后，应当首先执行数据恢复程序，把控制端口等重要寄存器被保护的内容恢复还原。

g) NOP 的使用

在双字节和3字节指令之后插入两个单字节NOP指令，这可保证指令不被拆散。因为“乱飞”的程序即使落到操作数上，由于两个空操作指令NOP的存在，不会将其后的指令当操作数执行，从而使程序纳入正轨。

参考文献

    1  何立民.单片机应用系统设计［M］.北京：航空航天大学出版社，1999
    2  陈润泰.检测技术与智能仪表.长沙：中南工业大学出版社，1998
    3  王柏林.单片机系统设计的误区与对策.电子技术应用，2002，2   

作者：安阳大学计算机系 孔娟
来源：自动化与仪器仪表  2003 (3)