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[摘 要]随着单片机系统在各领域内的广泛应用，人们对于单片机应用系统运行的稳定性要求也越来越高。提高单片机应用系统的抗干扰能力对于保障单片机的高效运行有着重要作用。本文首先分析了单片机系统干扰的来源及其产生的后果，在此基础上阐述了单片机应用系统的硬件抗干扰技术，以期为今后的相关工作提供参考。
[关键词]单片机硬件抗干扰光电隔离
中图分类号：TP368.12 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0280-02
单片机因其体积小、集成度高、可控能力强等特点，在工业领域被广泛运用，它为生产带来了便利，但在环境比较复杂的工厂环境中运行时，多种因素都会对单片机的稳定运行造成干扰。要想让单片机在较为恶劣的环境中正常运行，就必须要增强单片机的抗干扰性，或者尽量减少干扰因素，这对单片机的正常、稳定运行具有非常重要的作用。
1 干扰的来源及其产生的后果
单片机应用系统中的干扰主要有两种：一是来自系统内部元器件在工作时产生的干扰，通过地址线、电源线、信号线、分布电容和电感等传输，影响系统工作状态。二是来自系统外部其他电气设备产生的干扰，通过传导和辐射等途径影响单片机的正常工作。
单片机应用系统受到干扰后所产生的后果主要有：
（1）数据采集误差增大。当干扰侵入单片机系统时，干扰信号叠加在数据采集信号上，使采集到的数据误差增大。从而大大降低了系统测试的精度。同时，如果干扰严重，干扰信号甚至会掩盖单片机系统的采集信号。
（2）程序运行失常。当单片机受到外界干扰时，单片机的程序计数器PC值将会改变，它不仅会破坏程序的正常运行，而且还会使单片机系统的内部指令出现严重混乱，最后进入“死循环”，导致程序运行失常。
（3）控制状态失灵。单片机输出的控制信号通常依赖于某些条件的状态输入信号和对这些信号的逻辑处理结果。当这些输入的状态信号受到干扰时，就会引入虚假状态信息，从而导致输出误差加大，造成逻辑状态改变，最终导致控制状态失灵。
2 单片机应用系统的硬件抗干扰技术
2.1 供电系统的抗干扰设计
对于供电系统中存在电动机等大的用电设备的工作环境，为了提高单片机系统的供电质量，防止窜入干扰，可以将单片机系统的电源与强电动力设备电源分开，在系统电源的输入端采用交流稳压器以及具有静电屏蔽和抗电磁干扰的隔离电源变压器，通过交流低通虑波器过滤后，由电源变压器输出多路低电压经过整流、滤波后再通过LDO或DC-DC电源电路转换为符合要求的直流电源，分别供给单片机系统的各个部分使用。达到抑制外部电源电压的波动对单片机系统造成的干扰（如图1）。
在直流电源供电的单片机应用系统，对应用系统中的不同等级的直流电源采取集成稳压块单独供电，单独对电压做过载保护，减少公共电源和公共阻抗的相互耦合，以避免模块间的互相影响；使用直流开关电源、DC-DC变换器以加强隔离提高电源稳定性等。
2.2 采用隔离技术
隔离技术是一种行之有效的抗干扰方法，采用隔离技术可以从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使测控装置与现场仅保持信号联系，而不直接发生电的联系。隔离的实质是把引进的干扰通道切断，从而达到隔离现场干扰的目的。测控装置与现场信号之间、弱电和强电之间，常用的隔离方式有光电隔离、继电器隔离、变压器隔离、隔离放大器等。
光电隔离是通过光电耦合器实现的。光电耦合器是将一个发光二极管和一个光敏三极管封装在一个外壳里的器件。发光二极管与光敏三极管之间用透明绝缘体填充，并使发光管与光敏管对准，则输入电信号使发光二极管发光，其光线又使光敏三极管产生电信号输出，从而既完成了信号的传递，又实现了信号电路与接收电路之间的电气隔离，割断了噪声从一个电路进入另一个电路的通路，如图2所示。除隔离和抗干扰功能以外，光电耦合器还可用于实现电平转换，如图3所示，采用达林顿管输出可以提高驱动能力。
2.3 空间抗干扰技术
空间干扰主要来自太阳及其他天体辐射电磁波、广播电台或通讯发射台发出的电磁波及各种周围电气设备发射的电磁干扰等。空间电磁干扰主要采取屏蔽措施，采用导电性能好的金属外壳将整机或部分元器件包围起来，再将金属外壳接地，把空间的干扰源屏蔽，对于各种通过电磁感应引起的干扰特别有效。
2.4 接地系统的抗干扰设计
单片机系统设备的抗干扰能力与系统的接地设计有很大关系。良好的接地设计可以在很大程度上抑制系统内部噪音耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。在单片机系统中，数字地和模拟地应分别接地，在一点与单片机系统电源的地线，俗称为系统地（参考地）相连，地线应尽量加粗以减少地线阻抗。
单片机系统里面的高频电路应就近多点接地；低频电路应一点接地。交流地和信号地不能共用。
2.5 系统监控技术
虽然采取了各种抗干扰措施，但由于各种原因，仍然可能出现掉电、跑飞程序、死机等系统完全失灵的情况。系统监控（也称作μP即microprocessor监控）是针对上述情况而设置的最后一道防线，用以确保系统的可靠性。
系统监控电路可以完成上电复位、监控电压变化、Watchdog程序运行监控功能、片使能、备份电池切换、掉电保护等功能。典型的系统监控电路如图4所示。
3 結语
抗干扰技术是单片机应用系统设计过程中的重要环节，良好的抗干扰技术能让单片机更好地为工业生产和生活服务。硬件抗干扰技术能有效抑制干扰源，阻断干扰传输通道，合理的使用硬件抗干扰技术，可使系统最大限度的避免干扰的产生和受干扰后能使系统自动恢复正常运行，从而使系统长期稳定可靠的工作。
参考文献
[1] 胡汉才.单片机原理及其接口技术（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2004.
[2] 刘光斌.单片机系统实用抗干扰技术[M].北京：人民邮电出版社，2003
[3] 李群芳，肖看.单片机原理、接口及应用-嵌入式系统技术基础[M].北京：清华大学出版社，2005.
[关键词]单片机硬件抗干扰光电隔离
中图分类号：TP368.12 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0280-02
单片机因其体积小、集成度高、可控能力强等特点，在工业领域被广泛运用，它为生产带来了便利，但在环境比较复杂的工厂环境中运行时，多种因素都会对单片机的稳定运行造成干扰。要想让单片机在较为恶劣的环境中正常运行，就必须要增强单片机的抗干扰性，或者尽量减少干扰因素，这对单片机的正常、稳定运行具有非常重要的作用。
1 干扰的来源及其产生的后果
单片机应用系统中的干扰主要有两种：一是来自系统内部元器件在工作时产生的干扰，通过地址线、电源线、信号线、分布电容和电感等传输，影响系统工作状态。二是来自系统外部其他电气设备产生的干扰，通过传导和辐射等途径影响单片机的正常工作。
单片机应用系统受到干扰后所产生的后果主要有：
（1）数据采集误差增大。当干扰侵入单片机系统时，干扰信号叠加在数据采集信号上，使采集到的数据误差增大。从而大大降低了系统测试的精度。同时，如果干扰严重，干扰信号甚至会掩盖单片机系统的采集信号。
（2）程序运行失常。当单片机受到外界干扰时，单片机的程序计数器PC值将会改变，它不仅会破坏程序的正常运行，而且还会使单片机系统的内部指令出现严重混乱，最后进入“死循环”，导致程序运行失常。
（3）控制状态失灵。单片机输出的控制信号通常依赖于某些条件的状态输入信号和对这些信号的逻辑处理结果。当这些输入的状态信号受到干扰时，就会引入虚假状态信息，从而导致输出误差加大，造成逻辑状态改变，最终导致控制状态失灵。
2 单片机应用系统的硬件抗干扰技术
2.1 供电系统的抗干扰设计
对于供电系统中存在电动机等大的用电设备的工作环境，为了提高单片机系统的供电质量，防止窜入干扰，可以将单片机系统的电源与强电动力设备电源分开，在系统电源的输入端采用交流稳压器以及具有静电屏蔽和抗电磁干扰的隔离电源变压器，通过交流低通虑波器过滤后，由电源变压器输出多路低电压经过整流、滤波后再通过LDO或DC-DC电源电路转换为符合要求的直流电源，分别供给单片机系统的各个部分使用。达到抑制外部电源电压的波动对单片机系统造成的干扰（如图1）。
在直流电源供电的单片机应用系统，对应用系统中的不同等级的直流电源采取集成稳压块单独供电，单独对电压做过载保护，减少公共电源和公共阻抗的相互耦合，以避免模块间的互相影响；使用直流开关电源、DC-DC变换器以加强隔离提高电源稳定性等。
2.2 采用隔离技术
隔离技术是一种行之有效的抗干扰方法，采用隔离技术可以从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使测控装置与现场仅保持信号联系，而不直接发生电的联系。隔离的实质是把引进的干扰通道切断，从而达到隔离现场干扰的目的。测控装置与现场信号之间、弱电和强电之间，常用的隔离方式有光电隔离、继电器隔离、变压器隔离、隔离放大器等。
光电隔离是通过光电耦合器实现的。光电耦合器是将一个发光二极管和一个光敏三极管封装在一个外壳里的器件。发光二极管与光敏三极管之间用透明绝缘体填充，并使发光管与光敏管对准，则输入电信号使发光二极管发光，其光线又使光敏三极管产生电信号输出，从而既完成了信号的传递，又实现了信号电路与接收电路之间的电气隔离，割断了噪声从一个电路进入另一个电路的通路，如图2所示。除隔离和抗干扰功能以外，光电耦合器还可用于实现电平转换，如图3所示，采用达林顿管输出可以提高驱动能力。
2.3 空间抗干扰技术
空间干扰主要来自太阳及其他天体辐射电磁波、广播电台或通讯发射台发出的电磁波及各种周围电气设备发射的电磁干扰等。空间电磁干扰主要采取屏蔽措施，采用导电性能好的金属外壳将整机或部分元器件包围起来，再将金属外壳接地，把空间的干扰源屏蔽，对于各种通过电磁感应引起的干扰特别有效。
2.4 接地系统的抗干扰设计
单片机系统设备的抗干扰能力与系统的接地设计有很大关系。良好的接地设计可以在很大程度上抑制系统内部噪音耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。在单片机系统中，数字地和模拟地应分别接地，在一点与单片机系统电源的地线，俗称为系统地（参考地）相连，地线应尽量加粗以减少地线阻抗。
单片机系统里面的高频电路应就近多点接地；低频电路应一点接地。交流地和信号地不能共用。
2.5 系统监控技术
虽然采取了各种抗干扰措施，但由于各种原因，仍然可能出现掉电、跑飞程序、死机等系统完全失灵的情况。系统监控（也称作μP即microprocessor监控）是针对上述情况而设置的最后一道防线，用以确保系统的可靠性。
系统监控电路可以完成上电复位、监控电压变化、Watchdog程序运行监控功能、片使能、备份电池切换、掉电保护等功能。典型的系统监控电路如图4所示。
3 結语
抗干扰技术是单片机应用系统设计过程中的重要环节，良好的抗干扰技术能让单片机更好地为工业生产和生活服务。硬件抗干扰技术能有效抑制干扰源，阻断干扰传输通道，合理的使用硬件抗干扰技术，可使系统最大限度的避免干扰的产生和受干扰后能使系统自动恢复正常运行，从而使系统长期稳定可靠的工作。
参考文献
[1] 胡汉才.单片机原理及其接口技术（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2004.
[2] 刘光斌.单片机系统实用抗干扰技术[M].北京：人民邮电出版社，2003
[3] 李群芳，肖看.单片机原理、接口及应用-嵌入式系统技术基础[M].北京：清华大学出版社，2005.