单片机抗干扰技术详解

影响单片机系统可靠安全运行的主要因素主要来自系统内部和外部的各种电气干扰,并受系统结构设计、元器件选择、安装、制造工艺影响。这些都构成单片机系统的干扰因素,常会导致单片机系统运行失常,轻则影响产品质量和产量,重则会导致事故,造成重大经济损失。 单片机抗干扰技术是确保单片机系统稳定运行的关键，因为系统可能受到内部和外部电气干扰的影响，这些干扰可能源自系统结构设计、元器件选择、安装和制造工艺。一旦干扰进入系统，可能导致运行异常，影响产品质量、产量，甚至造成严重事故和经济损失。 干扰源、传播路径和敏感器件是构成干扰的三个基本要素。干扰源包括高du/dt和di/dt的元件，如雷电、继电器、可控硅和电机。传播路径则通过导线传导和空间辐射。敏感器件如A/D、D/A转换器、单片机和弱信号放大器等容易受到影响。 干扰的分类可以从多个角度进行，如产生原因（放电噪声、高频振荡噪声、浪涌噪声）、传导方式（共模噪声、串模噪声）和波形特性（持续正弦波、脉冲电压、脉冲序列）。干扰的耦合方式主要包括直接耦合、公共阻抗耦合、电容耦合、电磁感应耦合和漏电耦合。 针对这些干扰，常用的硬件抗干扰技术有： 1. 抑制干扰源：通过减小干扰源的du/dt和di/dt，例如在干扰源两端并联电容或在回路串联电感、电阻和续流二极管。例如，继电器线圈加续流二极管消除反电动势干扰，继电器接点并接火花抑制电路，电机加滤波电路，IC并接高频电容，避免90度折线布线，可控硅两端并接RC抑制电路。 2. 阻断传播路径：采用隔离技术，如光电隔离、磁耦合隔离，减少公共阻抗，使用屏蔽和接地技术降低电磁辐射和耦合。 3. 保护敏感器件：使用滤波电路、去耦电容、防静电保护电路等，确保敏感器件不受干扰影响。 此外，单片机制造商也在设计上采取措施提升抗干扰能力，例如降低外时钟频率，使用低噪声系列单片机，优化电源和地的引脚布局以降低噪声，改进驱动电路设计以减少噪声源。例如，使用低时钟频率的单片机，如Motorola的68HC08系列，或者8051兼容单片机的新技术，降低对外时钟的需求，同时保持高速运算。 单片机抗干扰技术涉及到系统设计的多个层面，包括硬件选择、电路布局、信号处理和软件策略。通过综合应用这些技术，可以显著提高单片机系统的稳定性和可靠性，防止干扰导致的异常运行。