单片机控制系统的抗干扰优化设计.docx

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1、单片机控制系统的抗干扰优化设计摘要：在单片机控制系统的设计开发经过中，不单要突出设备的自动化程度及智能性，另一方面也要重视控制系统的工作稳定性。文章从系统受到干扰的主要原因和现象；系统可靠性设计的任务及方法等方面展开了讲明及阐述。关键词：单片机；抗干扰；控制状态；冗余技术随着电子技术和微型计算机的迅速开展，促进了微型计算机控制技术的迅速开展和广泛应用。中小规模的单片机控制系统在工业消费及日常生活中的智能机电一体化产品得到了广泛的应用。在单片机控制系统的设计开发经过中，我们不单要突出设备的自动化程度及智能性，另一方面也要重视控制系统的工作稳定性，否那么就无法表达控制系统的优越性。1.系统受到干扰

2、的主要原因和现象由于单片机控制系统应用系统的工作环境往往是比拟恶劣和复杂的，其应用的可靠性、平安性就成为一个非常突出的问题。单片机控制系统应用必须长期稳定、可靠地运行，否那么将导致控制误差加大，严重时会使系统失灵，甚至造成宏大的损失。影响单片机控制系统应用的可靠、平安运行的主要因素是来自系统内部和外部的各种电气干扰，以及系统结果设计、元器件选择、安装、制造工艺和外部环境条件等。这些因素对控制系统造成的干扰后果主要表如今下述几个方面。1数据收集误差加大。干扰侵入单片机控制系统测量单元模拟信号的输入通道，叠加在有用信号之上，会使数据收集误差加大，十分是当传感器输出弱信号时干扰更加严重。2控制状态失

3、灵。微机输出的控制信号常依靠某些条件的状态输入信号和这些信号的逻辑处理结果。假设这些输入的状态信号受到干扰，引入虚假状态信号，将导致输出控制误差加大，甚至控制失常。3数据受干扰发生变化。单片机控制系统中，由于RAM存储器是可以读/写的，故在干扰的损害下，RAM中的数据有可能被窜改。在单片微机系统中，程序及表格、常数存于程序存储器中，防止了这些数据受到干扰破坏，但对于内RAM、外扩RAM中的数据都有可能受到外界干扰而变化。根据干扰窜入的途径、受干扰数据的性质不同，系统受损坏的情况也不同有的造成数据误差有的使控制失灵，有的改变程序状态，有的改变某些部件如定时器/计数器，串行口等的工作状态等。4程序

4、运行失常。单片机控制系统中程序计数器的正常工作，是系统维持程序正常运行的关键所在。假如外界干扰导致计数器的值改变，破坏了程序的正常运行。由于受到干扰后计数器的值是随机的，因此导致程序混乱。通常的情况是程序将执行一系列毫无意义的指令，最后进入死循环，这将使输出严重混乱或者系统失灵。b2.系统可靠性设计的分析和方法/b单片机控制系统应用的可靠性技术涉及到消费经过的方方面面，不仅与设计、制造、检验、安装、维护有关，还与消费治理、质量监控体系、使用人员的专业程度与素质有关。这里主要是从技术角度分析进步系统可靠性的最常用方法。导致系统运行不稳定的内部因素主要有以下三点：1元器件本身的性能与可靠性。元器件

5、是组成系统的根本单元，其特性好坏与稳定性直接影响整系统性能与可靠性。因此，在可靠性设计当中，首要的工作是优选元器件，使其在长期稳定性、精度等级方面知足要求。随着微电子技术的开展，电子元器件的可靠性不断进步，如今小功率晶体管及中小规模IC芯片的实际故障大约为1010-9/h。这为进步系统性能与可靠性提供了很好的根底。2系统构造设计。包括硬件电路构造和运行软件设计。电路设计中要求元器件或者线路布局公道以消除元器件之间的电磁耦合互相干扰，优化的电路设计也可以消除或者削弱外部干扰对整个系统的影响，如去耦电路、平衡电路等。同时也可以采用冗余构造，也称容错技术或者故障掩盖技术，它是通过增加完成同一功能的并

6、联或者备用单元包括硬件单元或者软件单元数目来进步系统可靠性的一种设计方法。当某些元器件发生故障时也不影响整个系统的运行。对于消减外部电磁干扰，可采用电磁兼容设计，目的是进步单片机系统在电磁环境中的适应性，即能保持完成规定功能的才能。常用的抗电磁干扰的硬件措施有滤波技术、去耦电路、屏蔽技术、接地技术等。软件是微机系统区别于其它通用电子设备的独到之处，通过公道编制软件可以进一步进步系统运行的可靠性。常用的软件措檀越要有：一是信息冗余技术，对单片机控制系统应用而言，保持信号信息和重要数据是进步可靠性的主要方面。为防止系统故障等原因此丧失信息，常将重要数据或者文件多重化，复制一份或者多份拷贝，并存于不

7、同空间，一旦某一区间或者某一备份被破坏，那么自动从其它局部重新复制，使信息得以恢复。二是时间冗余技术，为进步单片机控制系统应用的可靠性，可采用重复执行某一操纵或者某一程序，并将执行结果与前一次结果进展比拟对照来确认系统工作是否正常。只有当两次结果一样时，才被认可，并进展下一步操纵。假设两次结果不一样，可再次重复执行一次，当第三次结果与前两次之中的一次一样时，那么以为另一结果是偶尔故障引起的，应剔除。假设三次结果均不一样，那么初步断定为硬件永久性故障，需进一步检查。这种方法是用时间为代价来换取可靠性，称为时间冗余技术，也称为重复检测技术。三是故障自动检测与诊断技术，对于复杂系统，为了保证能及时检

8、测出有故障装置或者单元模块，以便及时把有用单元交换上去，就需要对系统进展在线测试与诊断。这样做的目的有两个：一是为了断定动作或者功能的正常性；二是为了及时指出故障部位，缩短维修时间。四是软件可靠性技术：单片机控制系统运行软件是系统要实行的各项功能的详细反映。软件的可靠性主要标志是软件是否真实而准确地描绘了要实现的各种功能。因此对消费工艺经过的理解程度直接关系到软件的编写质量。进步软件可靠性的前提条件是设计人员对消费工艺经过的深化理解，并且使软件易读、易测和易修改。五是失效保险技术：有些重要系统，一但发生故障时希望整个系统应处于平安或者保险状态。此外，还有常见的数字滤波、程序运行监视及故障自动恢

9、复技术等。3安装与调试。元器件与整个系统的安装与调试，是保证系统运行与可靠性的重要措施。尽管元器件选择严格，系统整体设计公道，但安装工艺粗糙，调试不严格，仍然达不到预期的效果。导致系统运行不稳定的外因是指单片机控制系统所处工作环境中的外部设备或者空间条件导致系统运行的不可靠因素，主要包括以下几点：一是外部电气条件，如电源电压的稳定性、强电场与磁场等的影响；二是外部空间条件，如温度、湿度，空气清洁度等；三是外部机械条件，如振动、冲击等。为保证系统可靠工作，必须创造一个良好的外部环境。例如：采取屏蔽措施、远离产生强电场干扰的设备；加强透风以降低环境温度；安装紧固以防振动等。元器件的选择是根本，公道

10、安装调试是根底，系统设计是手段，外部环境是保证，这是可靠性设计遵循的根本准那么，并贯串于系统设计、安装、调试、运行的全经过。为实现这些准那么，必须采取相应的硬件或者软件方面的措施，这是可靠性设计的根本任务。中小规模的单片机控制系统在开发经过中，结合实际应用中的工作环境，采用以上的系统抗干扰优化设计的措施与方法，根本能有效地进步单片机系统的工作稳定性，充分地表达单片机控制系统在不增加控制本钱的情况进步机电设备的自动化性能与智能性的优越所在。b参考文献:/b1胡连柱,姜宝山.简析单片机软硬件的抗干扰设计技术,安徽电子信息职业技术学院学报,2005，01.2徐明龙,王赤虎.利用单片机实现的模拟信号和数字信号单线混合传输,电子设计应用,2004,1.3董文武.微机接口技术,中国水利水电出版社,2001,9.4徐梅.单片机系统常用抗干扰措施,高校实验室工作研究,2006,4.