单片机应用系统可靠性设计与抗干扰技术

单片机应用系统的可靠性及抗干扰设计 单片机应用系统的可靠性是由多种因素决定的，其中系统的抗干扰性能的好坏是影响系统可靠性的重要因素。本章将从干扰源的来源、硬件、软件以及电源系统、接地系统等方面研究分析并给出有效可行的解决措施。 一、干扰的来源 干扰是影响单片机测控系统正常工作的信号，又称噪声。干扰会影响指令的正常执行，造成控制事故或控制失灵，在测量通道中产生了干扰，就会使测量产生误差，电压的冲击有可能使系统遭到致命的破坏。干扰一般都是以脉冲的形式进入系统的，窜入单片机系统的干扰渠道主要有三条： 1. 空间干扰：电气设备如发射机、中频炉、可控硅逆变电源等发出的电干扰和磁干扰；广播电台或通讯发射台发出的电磁波；空中雷电，甚至地磁场的变化也会引起干扰。 2. 供电系统干扰：大功率设备，大感性负载设备的启停使电网电压大幅度涨落（浪涌），欠压或过压常常达到额定电压的15%以上。长达几分钟、几小时、甚至几天。由于大功率开关的通断，电机的启停，电焊等原因，电网上常出现几百伏，甚至几千伏的尖脉冲干扰。 3. 过程通道干扰：开关量/模拟量输入输出的信号线多至几百条甚至几千条，长度往往达几百或几千米，不可避免地将干扰引入单片机系统。大的电气设备漏电，接地系统不完善，或者测量部件绝缘不好，会使通道中直接引起干扰。 二、抗干扰设计 为抗干扰，需要从硬件和软件两个方面进行设计： 1. 硬件方面：使用抗干扰的元器件、屏蔽线缆、电磁屏蔽等；采用电源滤波器、信号滤波器等来减少干扰的影响。 2. 软件方面：使用冗余指令、软件陷阱等技术来避免干扰的影响；在程序设计时，使用可靠的编程方式，避免在干扰下出现程序混乱、死循环等问题。 三、供电系统抗干扰设计 供电系统的干扰主要来自于电网电压的涨落和尖脉冲干扰。为抗干扰，需要： 1. 使用稳压电源：使用稳压电源可以减少电网电压的影响。 2. 采用电源滤波器：使用电源滤波器可以减少尖脉冲干扰的影响。 3. 使用抗干扰电路：使用抗干扰电路可以减少干扰的影响。 四、接地系统抗干扰设计 接地系统的干扰主要来自于接地系统不完善和测量部件绝缘不好。为抗干扰，需要： 1. 使用良好的接地系统：使用良好的接地系统可以减少干扰的影响。 2. 采用电磁屏蔽：使用电磁屏蔽可以减少干扰的影响。 3. 使用抗干扰电路：使用抗干扰电路可以减少干扰的影响。 单片机应用系统的可靠性是由多种因素决定的，其中系统的抗干扰性能的好坏是影响系统可靠性的重要因素。为了提高系统的可靠性，需要从硬件和软件两个方面进行设计，使用抗干扰的元器件、屏蔽线缆、电磁屏蔽等，并采用冗余指令、软件陷阱等技术来避免干扰的影响。