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1、摘要强电磁干扰致使单片机控制系统无法可靠工作，分析了干扰产生的机理，就干扰的类型、干扰源、干扰的传播路径等方面分析干扰对系统的影响过程。提出了系统在设计、安装过程中的抗干扰措施关键词单片机；控制系统；抗干扰措施0引言以单片机为核心设计的各类自动控制系统、数字化仪表、家用电器的控制中心等由于其具有灵活性强、增减或改变功能方便、体积小、重量轻、耗电省、成本低、大部分调整可以 通过软件方式实现等一系列优点而得到广泛的应用。然而这种系统在强电磁干扰环境下（如电炉炼钢车间、机加工车间、变电所）运行时，经常会有性能不稳定甚至误动作等无法可靠工作的问题发生。为此如何在设计、安装中提高系统的抗干扰能力便成为系
2、统可靠工作的关 键所在。 1干扰类型（1）系统内的相互干扰。这类干扰主要由共用的电源和地引起，主要表现为脉冲尖峰信号（如输出驱动中的大功率晶闸管触发）的出现而形成。因为共用一组电源，在脉冲触发时，由于瞬时功率较大，将 电源波形拉出缺 VI。同时，在地线上产生较强的脉冲电流，该电流流经地线上两点间将产 生干扰“毛刺”。若接地没处理好.该干扰“毛刺”将通过地线传至其他信号上这类干扰的另一原因是印刷电路板上或线槽内两条平行的信号线的线间分布电容的电容耦合。（2）外部干扰源对系统的干扰。外部干扰源主要包括两类。 一是设备内部信号.如电器控制柜内其他的强电信号等。二是外部环境，如大电弧电流产生的剧变强电
3、磁场、强大的交变电磁场、 大功率整流电路的移相控制产生的谐波、 断路器分合过程中产生的过压等。这些干扰主要通过通道传输和电磁耦合等方式干扰系统。一般是指产生干扰的元件、设备或信号。如：继电器、晶闸管、电机、高频时钟、雷电 等在一定的条件下均可能成为干扰源。3干扰的传播路径干扰传播路径指干扰从干扰源传播到敏感器件（如：D、D/A变换器，单片机，数字IC,弱信号放大器等）的通路或媒介。按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类：传导 干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰；辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。4系统在设计、安装过程中的抗干扰措施由以上分析可知。工业应用中的单片机控制系统一
4、般总是处在较强的电磁干扰环境下， 关键问题在于如何将干扰对系统的影响程度降至最低，以确保系统稳定可靠地工作。具体可以从抑制干扰源、最大限度地切断干扰传播的路径及提高敏感器件的抗干扰能力三个方面采 取相关措施。4. 1抑制干扰源这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则。相对于系统而言，干扰源的电压或电流的变化率较大而维持的时间较为短暂，因此可以通过在干扰源两端并联电容、在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。具体措施：继电器线圈两端并联续流二极管，消除线圈断电时产生的反电动势干扰。在继电器触点两端并接火花抑制电路（一般是RC串联电路，电阻一般选几 kD.到几十kD .，电容选0. 0
5、1 F）,减小电火花影响。给电机加Lc滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短。电路板上每个Ic的电源进线处要并接一个0. 010. 1 F高频电容，以减小IC对电源的影响。注意高频电容的布线、连线应尽 量粗短.否则，等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果。布线时避免90。折线，减少高频噪声发射。晶闸管两端并接RC抑制电路，减小晶闸管产生的噪声。如系统使用开关电源供电， 应在功率开关管及续流二极管引脚上套磁珠、将整个电源用导磁金属罩屏蔽并可靠接地。如系统的驱动目标为步进电机，则电机的引线应采用绞距小于1 cm的双绞线或屏蔽线且应尽量短。因为双绞线内流过的电流瞬时大小相等，方向相反，故脉冲信号
6、产生的干扰磁场只在双绞线间极小的间隙内迭加，而在双绞线外广大的区域相互抵消4-2切断干扰传播路径(1) 大多数单片机对电源噪声都很敏感，为此要给单片机电源加滤波电路及稳压器，以减小电源噪声对单片机的干扰。可以利用磁珠和电容组成1T形滤波电路，安装集成三端稳压器(7805 , 7812)等。(2) 将单片机供电电源和功率输出驱动电源分开。功率输出驱动电源应采用大容量电容进行 滤波，尽量提高电源输出特性的硬度，以减少电压波动对系统的干扰。(3) 在单片机I/0 口，电源线，电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件，如磁珠、磁环、 电源滤波器，屏蔽罩等，可显著提高电路的抗干扰性能。(4) 将强、弱信号，
7、数字、模拟信号在电路板上合理分区。(5) 印刷电路板采用“铺地”方法，即印刷电路板上全部或局部铺上地线，用地线将信号线 包围起来，以抑制设备内部信号互相窜扰。(6) 用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分离，最后在一点接于电源地。 A / D、D/A芯片布线也以此为原则，厂家分配A/D、D/A芯片引脚排列时已考虑此要求。(7) 单片机和大功率器件的地线要分别单独接地，最后在一点接于电源地。以减小相互干扰。 大功率器件尽可能放在电路板边缘。(8) 地线要处理好。这包括两点：一是要遵循“一点接地”原则；二是接地电阻应尽量小。所谓“一点接地”原则，就是指各功能电路的地应接在一点，以便各功能电
8、路的地电位尽量一致。这里的“点”既指电路上的一点，也指物理上的一点。接地电阻小就是说地线应尽量 短，还应尽量粗。(9) 尽可能把干扰源(如电机，继电器)与敏感元件(如：A/ D、D/ A变换器，单片机，数字 IC,弱信号放大器等)远离。(10) 强、弱电垂直交叉或分开布线。分开布线即增大强、弱电信号线间的物理距离，可有效衰减其相互干扰程度。 若设备内部无足够空间，可使强、弱电信号线垂直交叉， 减小其相互干扰。(11) 当系统设计成多单片机及PC机构成的“分布式”或“主从式”联机系统时，各分系统之间及分系统与主系统之间的信号连线应采用屏蔽电缆甚至光纤(目前光纤及收发器的价格已降到完全能够接受的程
9、度 )。4. 3提高敏感器件的抗干扰性能对于单片机闲置的I /0 口，不要悬空，要接地或接电源。其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源；在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振频率和选用低速数字电路；对单片机使用电源监控及看门狗电路，如： X25043 . X25045 . IMP809 . IMP813等，可显著地提高整个电路的抗干扰性能：布线时， 电源线和地线要尽量粗(安装时还可以在线路板铜箔上镀锡以增加截面积)。以利于减小压降和降低耦合噪声；布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声；IC器件尽量直接焊在电路板上，少用IC座；敏感器件用金属屏蔽罩进行电磁屏蔽。5结语上述一些抗干扰措施在现场工程调试中被证明是实用的、行之有效的。在单片机控制系统设计、安装过程中能够起到少走弯路和节省时间的作用，避免设计完成后再去进行抗干扰的补救措施。相信这些措施对从事单片机设计及安装的工程技术人员会有所帮助。对从事单片机教学过程的理论联系实际应用也会产生积极的意义。