電(dian)氣(qi)(qi)干(gan)(gan)擾(rao)影(ying)響單(dan)片(pian)機方案可靠安全運行，電(dian)氣(qi)(qi)干(gan)(gan)擾(rao)有來自外部(bu)的因素(su)，也有單(dan)片(pian)機方案自身的原(yuan)因，并受(shou)系統結(jie)構(gou)設計、元器件選擇(ze)和安裝、制造工藝(yi)影(ying)響。這些(xie)干(gan)(gan)擾(rao)因素(su)常(chang)會(hui)導致單(dan)片(pian)機方案運行失(shi)(shi)(shi)常(chang)，造成數據搓搓、控制失(shi)(shi)(shi)靈、程序失(shi)(shi)(shi)常(chang)等問題(ti)。

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干擾對單片機的影響

電氣(qi)干擾對單片機方案的(de)影(ying)響，電氣(qi)干擾會對單片機造成(cheng)什么后果

增大數據誤差

干擾侵入(ru)單(dan)片(pian)機(ji)方案的輸入(ru)通道，使模擬信(xin)號失真，數字信(xin)號出(chu)錯。系統采集到(dao)這些(xie)失真的輸入(ru)信(xin)息，以此作出(chu)的反(fan)應(ying)必然(ran)是錯誤(wu)的。

控制狀態失靈

一般控(kong)制(zhi)狀態(tai)的輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)多半(ban)是(shi)通過單片機方案的后向(xiang)通道。由(you)(you)于控(kong)制(zhi)信號輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)較(jiao)大，所以不易直接受到外界干擾。但是(shi)在(zai)單片機控(kong)制(zhi)系(xi)統中，控(kong)制(zhi)狀態(tai)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)常常是(shi)依據某些條件(jian)(jian)狀態(tai)的輸(shu)(shu)入和條件(jian)(jian)狀態(tai)的邏輯處理結果。在(zai)這些環節(jie)中，由(you)(you)于干擾的侵入，都會造(zao)成條件(jian)(jian)狀態(tai)偏差、失(shi)誤(wu)，致(zhi)使(shi)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)控(kong)制(zhi)誤(wu)差加(jia)大，甚至控(kong)制(zhi)失(shi)常。

數據干擾變化

在單片機方(fang)案中(zhong)，程(cheng)序及(ji)表格(ge)、常(chang)數(shu)均(jun)存放在EPROM或(huo)EEPROM中(zhong)，這樣雖(sui)然避免了程(cheng)序指令及(ji)表格(ge)、常(chang)數(shu)受(shou)干擾(rao)破(po)壞，但(dan)片內RAM、外部擴展(zhan)RAM以(yi)及(ji)片內各(ge)種特殊功(gong)能寄存器(qi)等狀(zhuang)態都有可能受(shou)外來干擾(rao)而(er)(er)變(bian)化。根據(ju)干擾(rao)串入渠(qu)道(dao)，受(shou)干擾(rao)的(de)(de)數(shu)據(ju)性(xing)質不(bu)同，系統(tong)受(shou)損壞的(de)(de)狀(zhuang)況不(bu)同，有的(de)(de)造成數(shu)值誤差，有的(de)(de)使控(kong)制失靈，有的(de)(de)改(gai)變(bian)程(cheng)序狀(zhuang)態，有的(de)(de)改(gai)變(bian)某些(xie)部件（如串行端口等）的(de)(de)工作狀(zhuang)態，還有的(de)(de)可能破(po)壞與中(zhong)斷(duan)有關的(de)(de)專(zhuan)用(yong)(yong)寄存器(qi)內容，從而(er)(er)改(gai)變(bian)中(zhong)斷(duan)設置方(fang)式，關閉某些(xie)有用(yong)(yong)中(zhong)斷(duan)，打開某些(xie)未使用(yong)(yong)中(zhong)斷(duan)，引起意外的(de)(de)非法(fa)中(zhong)斷(duan)。

程序運行失常

單片機方案(an)受到干擾后(hou)(hou)(hou)，使(shi)三總線(xian)上的(de)數(shu)字信號錯(cuo)(cuo)亂(luan)，從(cong)而引發一(yi)系(xi)列后(hou)(hou)(hou)果。CPU得到錯(cuo)(cuo)誤(wu)(wu)(wu)的(de)數(shu)據信息，使(shi)運行(xing)操作數(shu)失真，導致(zhi)結果出(chu)錯(cuo)(cuo)，并(bing)將這個(ge)錯(cuo)(cuo)誤(wu)(wu)(wu)一(yi)直傳遞下去，形成(cheng)一(yi)系(xi)列錯(cuo)(cuo)誤(wu)(wu)(wu)。CPU得到錯(cuo)(cuo)誤(wu)(wu)(wu)的(de)地(di)址信息后(hou)(hou)(hou)，引起程(cheng)序計(ji)數(shu)器(qi)PC出(chu)錯(cuo)(cuo)，使(shi)程(cheng)序運行(xing)離開(kai)正常軌(gui)道，導致(zhi)程(cheng)序失控、程(cheng)序出(chu)錯(cuo)(cuo)、死循環、系(xi)統癱(tan)瘓。

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產生對單片機干擾的因素

干擾源

指(zhi)產生干(gan)擾的元器件、設(she)備或信號。如雷電(dian)、繼電(dian)器、可控硅、電(dian)機、高頻時(shi)鐘等(deng)都可能成(cheng)為干(gan)擾源

傳播路徑

指干擾(rao)從干擾(rao)源傳播(bo)到敏感器(qi)件的(de)通(tong)路或媒(mei)介。典型的(de)干擾(rao)傳播(bo)路徑是通(tong)過導(dao)線(xian)的(de)傳導(dao)和空間的(de)輻射

敏感器件

指容易(yi)被(bei)干擾的對(dui)象，如(ru)A/D和D/A轉換器(qi)(qi)、單片機(ji)、數字IC、弱信號(hao)放大器(qi)(qi)等。

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單片機抗干擾方法

抑制干擾源

抑制(zhi)干(gan)擾源是單片(pian)機方案(an)開發抗(kang)干(gan)擾設計中最(zui)優先考(kao)慮(lv)和最(zui)重(zhong)要的措(cuo)施

繼(ji)電器(qi)線圈增加(jia)續(xu)流二(er)極管(guan)，消除(chu)斷開線圈時(shi)產生的(de)反電動勢干擾。續(xu)流二(er)極管(guan)會使繼(ji)電器(qi)的(de)斷開時(shi)間滯后，增加(jia)穩壓二(er)極管(guan)后繼(ji)電器(qi)在(zai)單位時(shi)間內(nei)可動作更(geng)多(duo)的(de)次數(shu)。

• 在繼電器接點兩端并接火花抑制電路（一般是RC串聯電路，電阻一般選幾K到幾十K，電容選0.01uF），減小電火花影響。
• 給電機加濾波電路，注意電容、電感引線要盡量短。
• 電路板上每個IC要并接一個0.01μF～0.1μF高頻電容，以減小IC對電源的影響。注意高頻電容的布線，連線應靠近電源端并盡量粗短，否則，等于增大了電容的等效串聯電阻，會影響濾波效果。
• 布線時避免90度折線，減少高頻噪聲發射。
• 可控硅兩端并接RC抑制電路，減小可控硅產生的噪聲（這個噪聲嚴重時可能會把可控硅擊穿的）。

切斷干擾傳播路徑

干(gan)(gan)擾按其傳(chuan)(chuan)播(bo)路徑(jing)可(ke)分(fen)為傳(chuan)(chuan)導(dao)(dao)干(gan)(gan)擾和(he)輻射(she)干(gan)(gan)擾兩類。所(suo)謂傳(chuan)(chuan)導(dao)(dao)干(gan)(gan)擾是(shi)(shi)指(zhi)通(tong)(tong)過(guo)(guo)導(dao)(dao)線(xian)傳(chuan)(chuan)播(bo)到敏(min)感器(qi)件的(de)(de)(de)干(gan)(gan)擾。高(gao)(gao)頻(pin)干(gan)(gan)擾噪(zao)(zao)聲(sheng)和(he)有用信號的(de)(de)(de)頻(pin)帶不同，可(ke)以通(tong)(tong)過(guo)(guo)在(zai)導(dao)(dao)線(xian)上增加(jia)濾(lv)波器(qi)的(de)(de)(de)方(fang)法(fa)切斷高(gao)(gao)頻(pin)干(gan)(gan)擾噪(zao)(zao)聲(sheng)的(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)播(bo)，有時也可(ke)加(jia)隔離(li)(li)光耦來(lai)解決(jue)。電源噪(zao)(zao)聲(sheng)的(de)(de)(de)危害最(zui)大，要(yao)特(te)別(bie)注(zhu)意處理(li)。所(suo)謂輻射(she)干(gan)(gan)擾是(shi)(shi)指(zhi)通(tong)(tong)過(guo)(guo)空(kong)間輻射(she)傳(chuan)(chuan)播(bo)到敏(min)感器(qi)件的(de)(de)(de)干(gan)(gan)擾。一般的(de)(de)(de)解決(jue)方(fang)法(fa)是(shi)(shi)增加(jia)干(gan)(gan)擾源與敏(min)感器(qi)件的(de)(de)(de)距離(li)(li)，用地線(xian)將它們隔離(li)(li)或者在(zai)敏(min)感器(qi)件上加(jia)屏蔽罩(zhao)。

• 采用粗導線作為電源連接線；
• 地線應盡量短而直接走線；
• 對于插件式線路板，應多給電源線、地線分配幾個沿插頭方向均勻分布的插針；
• 單片機電源加濾波電路或穩壓器，以減小電源噪聲對單片機的干擾；
• 如果單片機的I/O口用來控制電機等噪聲器件，在I/O口與噪聲源之間應加隔離；
• 注意晶振布線。晶振與單片機引腳盡量靠近，用地線把時鐘區隔離起來，晶振外殼接地并固定；
• 電路板合理分區，如強、弱信號，數字、模擬信號。盡可能把干擾源（如電機、繼電器）與敏感元件（如單片機）遠離；
• 用地線把數字區與模擬區隔離。數字地與模擬地要分離，最后在一點接于電源地。A/D、D/A芯片布線也以此為原則；
• 單片機和大功率器件的地線要單獨接地，以減小相互干擾。大功率器件盡可能放在電路板邊緣；
• 在單片機I/O口、電源線、電路板連接線等關鍵地方使用抗干擾元件如磁珠、磁環、電源濾波器、屏蔽罩，可顯著提高電路的抗干擾性能。

提高敏感器件的抗干擾性能

提(ti)高敏感(gan)器件(jian)的(de)抗(kang)干(gan)擾性能是指從敏感(gan)器件(jian)這邊考(kao)慮盡(jin)量減少對干(gan)擾噪聲(sheng)的(de)拾取，以及從不(bu)正常(chang)狀(zhuang)態盡(jin)快恢復的(de)方法。提(ti)高敏感(gan)器件(jian)抗(kang)干(gan)擾性能的(de)常(chang)用(yong)措(cuo)施有：

• 布線時，盡量減少回路環的面積，以降低感應噪聲；
• 布線時，電源線和地線要盡量粗，降低耦合噪聲；
• 對于單片機閑置的I/O口，不要懸空，要接地或接電源，其他IC的閑置端在不改變系統邏輯的情況下接地或接電源；
• 對單片機使用電源監控及看門狗電路；
• 在速度能滿足要求的前提下，盡量降低單片機的晶振和選用低速數字電路；
• IC器件盡量直接焊在電路板上，少用IC座

印刷電路板采用抗干擾設計

印刷電(dian)(dian)路(lu)板(ban)是單(dan)片機(ji)方案中器件、信號線(xian)、電(dian)(dian)源線(xian)的高密(mi)度集合(he)體。印刷電(dian)(dian)路(lu)板(ban)設計得好壞對抗干(gan)(gan)擾能力影響很大，故印刷電(dian)(dian)路(lu)板(ban)設計決不單(dan)是器件、線(xian)路(lu)的簡單(dan)布局安排，還(huan)必須符合(he)抗干(gan)(gan)擾的設計原(yuan)則。

地線設計

• 在工作頻率小于1MHz的低頻電路中，要單點接地；頻率大于10MHz時，要多點接地；
• 數字地和模擬地分開設計，在電源端與兩種地線相連，且地線應盡量加粗。

電源線設計

電(dian)(dian)源(yuan)線(xian)除(chu)了要(yao)根據電(dian)(dian)流(liu)的(de)大小，盡量加(jia)粗導體(ti)寬度外，還應使電(dian)(dian)源(yuan)線(xian)、地(di)線(xian)的(de)走(zou)向與數(shu)據傳遞的(de)方(fang)向一致，這將有助于增強抗噪聲能力。

去耦電容配置

• 在印刷電路板的各個關鍵部位配置去耦電容應視為印刷電路板設計的一項常規做法。
• 電源輸入端跨接10～100/µF的電解電容器。如有可能，接100µF以上更好；
• 原則上每個集成電路芯片都應安置一個0.1～0.01µF的瓷片電容，如遇印刷電路板空隙小裝不下時，可每4～10個芯片安置一個1～10µF的限噪聲用電容器（鉭電容器）。這種器件的高頻阻抗特別小，在500kHz～20MHz范圍內阻抗小于1?，而且漏電流很小（0.5µA以下）；
• 對于抗噪聲能力弱、中斷時電流變化大的器件和ROM、RAM存儲器件，應在芯片的電源線（VCC）和地線（GND）間直接接入去耦電容；
• 電容引線不能太長，特別是高頻旁路電容不能帶引線。

印刷電路板的尺寸與器件布置

• 印刷電路板大小要適中。PCB板過大阻抗增加，抗干擾能力下降；過小易受鄰近線條干擾；
• 器件布局把相互有關的器件盡量放得靠近些，以獲得較好的抗噪聲效果；
• 時鐘發生器、晶振和CPU的時鐘輸入端都易產生噪聲，要相互靠近些；
• 易產生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應盡量遠離計算機邏輯電路，如有可能應另做電路板；
• 電路板要考慮在機箱中放置的方向，將放熱量大的器件放置在上方。

其他常用抗干擾措施

交流端用電感(gan)、電容濾波，去掉高頻、低(di)頻干(gan)擾(rao)脈沖；

變壓器雙隔離措施；

次級加低通濾(lv)波(bo)器，吸收變壓(ya)(ya)器產生的浪涌電壓(ya)(ya)；

采用(yong)集成式直流穩壓電源；

I/O采用光電、磁電、繼電器隔離；

通(tong)信線用雙(shuang)絞線，排除平行(xing)互感；

加復位電壓檢測電路(lu)；

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