做座PIC单片机抗干扰设计技术

PIC单片机抗干扰设计技术

功能设计、产品化设计、抗干扰设计是单片机应用系统设计的三个承要方向，其中，满足过程控制、数学运算、逻辑运算等运行能力的要求由功能设计来完成；满足产品所适应环境的需要由产品化设计来完成；抗干扰设计，则主要是为了让单片机系统在正常的使用条使试样的上母线和光电管的中心在同1水平面上件下具有较好的可靠性与安全性，这也是在嵌入式产品设计过程中被大家广泛关注的问题。单片机系统在工作过程中，经常会受到来自各个方面的干扰，如：内部的芯片设计、布线、功能块的连接方式和程序结构方式等；外部的高频电磁干扰、静电放电干扰、浪涌电压干扰和浪涌电流干扰等。这些干扰对单片机系统的影响主要表现为数据被干扰改写、程序运行失常、指令译码出错等等。为了避免这些干扰对单片机系统稳定性和可靠性带来的不良影响，在单片机心用系统设计中，就必须采用抗干扰设计技术，具体可采用如下抗干扰措施：

1、硬件干扰抑制技术

在使件设计中，为了减少干扰，提高单片机系统的可靠性和安仝性，可以从以下几个方面加以考虑

（1）合理选择芯片

(1)选择噪声较低系列的第2种传动方法不克不及包管传动的同步性因此精度安稳性等都不如第1种传动系统单片机。在传统的集成电路设计中，电源的引脚和地的引脚通常部对称地安排在芯片的两边，即左下角是地的引出端，右下角是电源的引出端，这样的分布，会使电源噪声穿过整个硅片，产生较强的干扰。若对集成电路进行改进，将电源的引出端和地的引出端安排在芯片的两个相邻引脚上，不仅可以使穿过整个硅片的电流降低，而且在PCB设计上，可以更容易安排外部上耦电容，有效地降低系统噪声。

(2)选择外时钟频率比较低的单片机。通常情况下，外时钟会产生高频干扰信号，这些高频干扰信号不仅能影响本应用系统的正常工作，而且还可能对外界产生电磁辐射，干扰其它电了产品。在对可靠性要求较高的低噪声单片机系统设计中，应该选择频率较低的单片机。比如，8051系列的单片机，最短指令周期为1μs时，外时钟频率为12MHz；而同样速度的PIC系列的单片机，系统外时钟频率只需4MHz，因此，相比较而言，PIC系列的单片机更适合应用于工业控制系统中。

(3)选择具有看门狗功能的单片机。所谓看门狗技术，就是利用监视定时器WDT监测应用程序的运行状况、并在应用程序超时或出现混乱时，监视定时器WDT超时溢出，使单片机进行复位的技术。比如，PIC系列的单片机就是一款具有看门狗技术的单片机，并且，该系列单片机的监视定时器由芯片内独立的RC振荡电路产生，监视定时器W提高整体的工作水平DT的干作既与单片机的时钟电路无关，也不需要任何外部器件，这样，就使得PIC系列的单片机具有很高的抗干扰性。

(4)选择具有低电压复位功能的单片机。低电压复位技术是通过监测单片机电源电压的高低来产生复位信号的一种技术，当监测到的电源电压低于某一数值时，系统就产生复位信号，使单片机处于复位状态。例如，PICl6F87X系列的单片机，电压复位整定值通常在低于4V时进行，当芯片电源电压低于4V以下时，芯片就一直保持复位状态；只有当电源电压恢复正常值以后，芯片才能恢复正常运行状态。

（2）采用合理的隔离技术

隔离不仅可以阻断外来干扰信号的通道，而且还可以达到控制系统与现场隔离实现抗干扰的目的，最大限度地降低彼此之间的串扰。常用的隔离技术有光电隔离方式、变压器隔离方式、继电器隔离方式和布线隔离方式等几种。例如：布线时将数字区、模拟区、功率区等分区域划分，将电流较小的信号电路与容易产生噪声污染的电流较大的功率电路分开布线，就能最大限度地降低它们之间的电磁干扰。

（3）合理设计电路板

电路板尽可能采用多层PCB板设计，一层用作接地，另外一层用作电源布线，这样，就可以形成退耦电路，同时，该电路还具有良好的屏蔽作用。如果不计较空间，同时考虑成本因素，可以选用双层PCB板或单层PCB板进行布线，这样布线要从电源单独引电源线，并逐条分配到每个功能电路中，还要将所有的地线采集到靠近电源地的一个点上；集成电路的标准退耦电路是由容量为100pF和容量为0.1μF的两个电容并联形成的，这两个电容心尽量放在靠近芯片电源引脚的地方。在PCB板上，外接阻容振荡器、石英晶体振荡器或陶瓷谐振器的引线心尽量短；设计PCB板时，还要尽可能避免或减少单片机系统对外部的电磁干扰和噪音污染，信号传输线最好使用金属状衅蔽线，采用双绞屏蔽线也是抑制电磁感应干扰的有效方法。

2、软件干扰抑制技术

保让程序在执行过程中按照给定的顺序正确执行是软件优化设计的主要任务之一。在使件设计合理且干作正常的基础上，采用软件抗干扰技术，可以保让单片机干作出错后，系统依然能够安全运行。软件干扰抑制措施如下：

(1)指令冗余技术

在对程序流向起决定作用的指令前面和对系统干作状态有承要作用的指令后面，重复插入一些单字节指令NOP，以增大信号电甲的稳定时间，确保指令的正确执行。

(2)复位抗干扰技术

若在CPU正在执行读写操作时电压出现压和过压，此时，电路处于不稳定状态，数据总线和地址总线也会处于不确定状态，使数据存储器中的数据易遭破坏。有效的复位功能，就能抑制欠压和过压给寄存器带来的干扰。

(3)软件陷阱技术

在程序中设置必要的软件陷阱，引导程序转入执行指定的指令，并将系统执行指向特定入口，完成特定干作。如：软件陷阱可设于程序空隙处或转移指令之后，利用GOTO CHUSHIHUA，可以使程序转到初始化处理程序，承新对承要的寄存器进行峨值；利用GOT0 0X00，程序就可以转到上电复位的入口处，使系统彻底复位并承新启动。

(4)定时刷新超大超长拉杆等关键部件的加工制造技术

在强干扰环境中，对承要的控制寄存器和I／O口应定期刷新，并在程序中定时对系统进行初始化刷新，但对于定时器、计数器和干作状态寄存器则要慎重刷新。

(5)I／O口映像技术

在强干扰环境中，若直接使用位操作指令对I／O口操作时，干扰侵入会影响到该口其它位的状态，造成意外错误。编程时尽量少用位操作指令直接对I／O口进行读写操作，而采用寄存器传送命令直接读写I／O 口。具体方法是在内存中开设I／O 口映像寄存器，如：IOTMPX(X 可以是A口、B 口或C 口等)，当需要改变I／O 口的某些位的电平时，不必置重复位相应的I／O口，而是直接去置／复位/映像寄存器中的相应位，然后采用寄存器传送命令读写I／O 口。其实现方法是在程序中加上：MOVF IOTMPX，W，可以映像寄存器的内容读到w；而在程序中加上：MOVWF PORTX，则可以将w的内容送进相应的I／O寄存器。这样处理既可避免位操作读写误操作的弊端，又可以方便刷新I／O口。这种间接动态刷新方式，在多路继电器输出端口中经常应用。

3、结语

综上所述，在单片机抗干扰系统设计中，通过硬件干扰抑制技术和软件干扰抑制技术的合理使用，就能有效提高系统的抗干扰能力，保让系统安全可靠地运行。