單片機測控系統的抗干擾措施介紹

單片機測控系統的電路較復雜，產(chǎn)生干擾的原因很多。下面幾種常用的抗干擾措施。

1、切斷干擾的傳播途徑

1)增加干擾源(如電機、繼電器)與敏感器件(如單片機)的距離，用地線(xiàn)把他們隔離或者在敏感器件加上屏蔽罩。

2)電路板合理分區，將強信號、弱信號、數字信號、模擬信號電路合理地分區域布置。

3)單片機和大功率器件的地線(xiàn)要單獨接地，以減小互相干擾。大功率器件要盡可能布置在電路板的邊緣。

4)在單片機I/O口，電路板連接線(xiàn)等關(guān)鍵地方，使用抗干擾元件可顯著(zhù)提高電路的抗干擾性能。

5)晶振與單片機引腳盡量靠近，用地線(xiàn)把時(shí)鐘區隔離起來(lái)，晶振外殼接地并固定。

2、盡量采用抗干擾性能強的單片機

1)、降低單片機內部的電源噪聲

在傳統的數字集成電路設計中，通常將電源端和地端分別布置在對稱(chēng)的兩邊。例如左下角為地，左上角為電源。這使得電源噪聲穿過(guò)整個(gè)硅片。改進(jìn)方法將單片機的電源和地安排在兩個(gè)相鄰的引腳上，這樣不僅降低了穿過(guò)整個(gè)硅片的電流，還便于印制板上設計電源退耦電容，以降低系統噪聲。

2)、降低時(shí)鐘頻率

單片機測控系統的時(shí)鐘電路是一個(gè)調頻噪聲源，它不僅能干擾本系統，還對外界產(chǎn)生干擾，使其他系統的電磁兼容檢測不能達標。在保證系統可靠性的前提下，選用時(shí)鐘頻率低的單片機可降低系統的噪聲。以8051單片機為例，當最短指令周其為1US時(shí)，時(shí)鐘是12MHZ。而同樣速度的MOTOROLA兼容單片機的廠(chǎng)商在不犧牲運算速度的前提下，將時(shí)鐘頻率降低到原來(lái)的1/3。特別是MOTOROLA公司新推出的68HC08系列單片機、內部采用了鎖相倍頻技術(shù)，將外部時(shí)鐘除至32KHZ，而內部總線(xiàn)速度卻提高到8MHZ，甚至更高。

3)、EFT技術(shù)

隨著(zhù)超大規模集成電路的發(fā)展，單片機內部的抗干擾技術(shù)也在不斷進(jìn)步。MOTOROLA公司新推出的68HC08系列單片機，采用EFT技術(shù)進(jìn)一步提高了單片機的抗干擾能力，當振蕩電路的正弦波信號受到外界干擾時(shí)，其波形上會(huì )疊加一些毛刺。若以施密特電路對其整形時(shí)，這種毛刺會(huì )成為觸發(fā)信號干擾正常的時(shí)鐘信號。但是交替使用施密電路和RC濾波可以使這類(lèi)毛刺不起作用，這就是EFT技術(shù)。

3、單片機測控系統中的頻率抖動(dòng)技術(shù)

將頻率拉動(dòng)信號疊加到輸入信號的隨機噪聲上，雖然會(huì )增加轉換的總噪聲，但增加的噪聲是用來(lái)補償輸出數碼量化噪聲的，可使量化誤差不再輸入信號的函數而是抖動(dòng)噪聲瞬時(shí)值的函數。因此，利用頻率顫抖信號可去除量化噪聲與輸入信號之間的相關(guān)性。頻率拉動(dòng)信號的大小通常約為1/3LSB有效值。例如，在未加頻率拉動(dòng)的情況下，ADC輸出的量化噪聲是瞬時(shí)輸入信號幅度的函數，量化拉動(dòng)之后，因抖動(dòng)信號的幅度不依賴(lài)于輸入信號，故量化噪聲與輸入信號無(wú)關(guān)，從而消除了ADC輸出諧波分量，但這是以增加總噪聲為代價(jià)的。需要指出的是，并不一定在A(yíng)DC輸入端實(shí)際施加顫抖噪聲，也可利用地轉換器的熱噪聲作為頻率抖動(dòng)信號，但ADC要有足夠的輸出位數以確保能夠去除輸入信號與量化噪聲的相關(guān)性。

4、防止漏電流的技術(shù)

應當在清潔、干燥、通風(fēng)、環(huán)境溫度適宜的條件下使用智能化單片機測控系統。系統受潮后導致絕緣電阻下降，會(huì )產(chǎn)生漏電流。輕測使測量誤差增大，控制不靈;重則會(huì )造成適中故障，損壞元器件。例如，當印制板受潮時(shí)，A/D轉換器輸入阻抗下降，讀數不準，并且伴有跳數現象。這也是一些數字電壓表在雷雨季節無(wú)法正常工作的主要原因。對于受潮的印制板，可用無(wú)水酒精擦凈表面，然后用電吹風(fēng)烘干，以消除漏電。

有些精密集成電路，專(zhuān)門(mén)設置了防止極間漏電用的保護環(huán)。例如由美國哈里斯公司生產(chǎn)的ICL7650型斬波自穩零式精密運算放大器，HI7195A型帶微處理器的5 1/2位A/D轉換器，均設置了兩個(gè)保護環(huán)引出端。設計電路時(shí)將兩個(gè)保護環(huán)接地，即可消除印制板上輕微漏電對測量所造成的影響。

5、濾波技術(shù)

濾波是指從混有干擾或噪聲的信號中獲取有用信號的方法，能實(shí)現上述功能的部件叫濾波器。在數字儀表中常見(jiàn)的濾波器主要有三種：無(wú)源濾波器，有源濾波器，數字濾波器。

1)無(wú)源濾波器

無(wú)源濾波器是由R、L、C元件構成的，根據干擾信號的特點(diǎn)，可選低通濾波器、高通濾波器和帶通濾波器。此外還有帶阻濾波器等類(lèi)型。對于50HZ電磁場(chǎng)干擾，可在測控系統輸入端加一級雙T濾波器。

2)有源濾波器

有源濾波器是包含有源器件(例如晶體管、運算放大器)的各種濾波器。與單純使用R、L、C元件的無(wú)源濾波器相比，能省去體積龐大的電感元件，便于實(shí)現小型化、集成化。有源濾波器適用于較低頻率的濾波。二階有源帶通濾波器的典型電路參見(jiàn)下圖。