電氣干(gan)擾影(ying)響單(dan)(dan)片(pian)機方案(an)可靠安(an)(an)全運行，電氣干(gan)擾有來(lai)自外部的因素(su)，也有單(dan)(dan)片(pian)機方案(an)自身的原(yuan)因，并受系統結構設計、元器(qi)件選(xuan)擇和安(an)(an)裝、制造工藝影(ying)響。這些干(gan)擾因素(su)常會(hui)導(dao)致單(dan)(dan)片(pian)機方案(an)運行失常，造成數據搓(cuo)搓(cuo)、控制失靈、程序失常等(deng)問題。

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干擾對單片機的影響

電氣(qi)干(gan)擾對(dui)單(dan)片機方案的影響，電氣(qi)干(gan)擾會對(dui)單(dan)片機造成什么后果

增大數據誤差

干擾侵入單片機(ji)方案的輸入通道，使模(mo)擬(ni)信(xin)號失(shi)真，數字信(xin)號出錯(cuo)。系統采集到這些失(shi)真的輸入信(xin)息，以(yi)此(ci)作出的反應(ying)必然是錯(cuo)誤的。

控制狀態失靈

一般控制(zhi)狀(zhuang)態(tai)(tai)的(de)輸(shu)出(chu)多半是(shi)通過單片機(ji)方(fang)案的(de)后向通道。由于(yu)控制(zhi)信號輸(shu)出(chu)較大，所以不易直接受到外界干(gan)擾。但是(shi)在(zai)單片機(ji)控制(zhi)系統中，控制(zhi)狀(zhuang)態(tai)(tai)輸(shu)出(chu)常(chang)常(chang)是(shi)依據某些條(tiao)件狀(zhuang)態(tai)(tai)的(de)輸(shu)入和條(tiao)件狀(zhuang)態(tai)(tai)的(de)邏輯(ji)處理結果。在(zai)這些環節中，由于(yu)干(gan)擾的(de)侵入，都會造成條(tiao)件狀(zhuang)態(tai)(tai)偏差、失誤，致使(shi)輸(shu)出(chu)控制(zhi)誤差加大，甚至控制(zhi)失常(chang)。

數據干擾變化

在單片機方案中，程(cheng)序及(ji)表(biao)格、常(chang)數(shu)均存放(fang)在EPROM或(huo)EEPROM中，這樣雖然避免(mian)了程(cheng)序指令及(ji)表(biao)格、常(chang)數(shu)受(shou)干擾破壞(huai)(huai)，但(dan)片內RAM、外部擴展RAM以及(ji)片內各種特殊功能(neng)寄存器(qi)等狀態(tai)都有(you)(you)(you)可能(neng)受(shou)外來(lai)干擾而變化。根(gen)據(ju)干擾串入渠道，受(shou)干擾的數(shu)據(ju)性質不同(tong)(tong)，系統受(shou)損壞(huai)(huai)的狀況不同(tong)(tong)，有(you)(you)(you)的造(zao)成(cheng)數(shu)值誤差，有(you)(you)(you)的使(shi)(shi)控(kong)制失靈，有(you)(you)(you)的改變程(cheng)序狀態(tai)，有(you)(you)(you)的改變某(mou)些部件（如串行(xing)端口等）的工作狀態(tai)，還有(you)(you)(you)的可能(neng)破壞(huai)(huai)與(yu)中斷(duan)(duan)有(you)(you)(you)關(guan)的專用(yong)(yong)寄存器(qi)內容(rong)，從而改變中斷(duan)(duan)設置方式，關(guan)閉某(mou)些有(you)(you)(you)用(yong)(yong)中斷(duan)(duan)，打開某(mou)些未(wei)使(shi)(shi)用(yong)(yong)中斷(duan)(duan)，引起意(yi)外的非(fei)法中斷(duan)(duan)。

程序運行失常

單片機方案(an)受到(dao)干擾后，使三總線上的數(shu)字信(xin)號(hao)錯(cuo)亂，從而(er)引發一(yi)系列后果。CPU得到(dao)錯(cuo)誤的數(shu)據信(xin)息，使運(yun)(yun)行操作(zuo)數(shu)失(shi)真，導致(zhi)結(jie)果出錯(cuo)，并將這個錯(cuo)誤一(yi)直傳遞下去(qu)，形成一(yi)系列錯(cuo)誤。CPU得到(dao)錯(cuo)誤的地(di)址信(xin)息后，引起程(cheng)序(xu)(xu)計數(shu)器(qi)PC出錯(cuo)，使程(cheng)序(xu)(xu)運(yun)(yun)行離開正(zheng)常軌道，導致(zhi)程(cheng)序(xu)(xu)失(shi)控、程(cheng)序(xu)(xu)出錯(cuo)、死循環(huan)、系統癱瘓。

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產生對單片機干擾的因素

干擾源

指產生干擾(rao)的元(yuan)器(qi)件(jian)、設備或信號(hao)。如雷電、繼電器(qi)、可(ke)控硅(gui)、電機(ji)、高(gao)頻時(shi)鐘等都可(ke)能成為干擾(rao)源

傳播路徑

指干(gan)(gan)擾(rao)從干(gan)(gan)擾(rao)源傳播到敏感器(qi)件(jian)的(de)通路(lu)或媒介(jie)。典型的(de)干(gan)(gan)擾(rao)傳播路(lu)徑是通過導線的(de)傳導和空間的(de)輻射

敏感器件

指(zhi)容(rong)易(yi)被(bei)干擾的(de)對象(xiang)，如A/D和D/A轉換器、單片機、數(shu)字(zi)IC、弱信號放(fang)大器等。

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單片機抗干擾方法

抑制干擾源

抑制干(gan)擾源(yuan)是單片機(ji)方(fang)案(an)開發抗干(gan)擾設(she)計中最(zui)優先考慮(lv)和最(zui)重要的措施(shi)

繼(ji)電(dian)器線(xian)圈增加續流(liu)二極管(guan)，消(xiao)除斷(duan)開線(xian)圈時(shi)產(chan)生(sheng)的(de)反電(dian)動勢干(gan)擾。續流(liu)二極管(guan)會(hui)使繼(ji)電(dian)器的(de)斷(duan)開時(shi)間滯(zhi)后(hou)，增加穩壓二極管(guan)后(hou)繼(ji)電(dian)器在(zai)單位時(shi)間內可動作更多的(de)次(ci)數。

• 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)(gan)(gan)(gan)擾(rao)(rao)(rao)按其(qi)傳(chuan)播(bo)路徑可(ke)分為(wei)傳(chuan)導干(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)擾(rao)(rao)(rao)和輻射(she)干(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)擾(rao)(rao)(rao)兩(liang)類。所謂傳(chuan)導干(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)擾(rao)(rao)(rao)是(shi)指通過導線(xian)傳(chuan)播(bo)到(dao)敏(min)(min)感器(qi)件(jian)的干(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)擾(rao)(rao)(rao)。高頻(pin)干(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)擾(rao)(rao)(rao)噪聲和有用(yong)信號的頻(pin)帶不同，可(ke)以通過在導線(xian)上(shang)增(zeng)(zeng)加(jia)濾(lv)波(bo)器(qi)的方(fang)法切斷(duan)高頻(pin)干(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)擾(rao)(rao)(rao)噪聲的傳(chuan)播(bo)，有時也可(ke)加(jia)隔離光(guang)耦來(lai)解決。電源噪聲的危(wei)害最大，要特別注意處理。所謂輻射(she)干(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)擾(rao)(rao)(rao)是(shi)指通過空間輻射(she)傳(chuan)播(bo)到(dao)敏(min)(min)感器(qi)件(jian)的干(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)擾(rao)(rao)(rao)。一般(ban)的解決方(fang)法是(shi)增(zeng)(zeng)加(jia)干(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)擾(rao)(rao)(rao)源與敏(min)(min)感器(qi)件(jian)的距(ju)離，用(yong)地線(xian)將它們(men)隔離或(huo)者在敏(min)(min)感器(qi)件(jian)上(shang)加(jia)屏蔽罩。

• 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(min)感器(qi)件的(de)抗干(gan)擾性能(neng)是(shi)指從敏(min)感器(qi)件這邊考慮(lv)盡量減少對干(gan)擾噪聲的(de)拾取，以(yi)及從不正(zheng)常(chang)狀(zhuang)態盡快恢復(fu)的(de)方(fang)法。提(ti)高敏(min)感器(qi)件抗干(gan)擾性能(neng)的(de)常(chang)用措(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(yin)(yin)刷(shua)(shua)電路(lu)板(ban)是單(dan)片機方案(an)中器(qi)件(jian)、信號線、電源線的高密度集合(he)體。印(yin)(yin)刷(shua)(shua)電路(lu)板(ban)設計得好壞對(dui)抗(kang)干擾能力(li)影(ying)響很大，故印(yin)(yin)刷(shua)(shua)電路(lu)板(ban)設計決(jue)不單(dan)是器(qi)件(jian)、線路(lu)的簡單(dan)布局安排，還必須符合(he)抗(kang)干擾的設計原則(ze)。

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

電源(yuan)線(xian)除(chu)了要(yao)根據(ju)電流(liu)的(de)大小，盡量加粗(cu)導體寬度外，還(huan)應使電源(yuan)線(xian)、地線(xian)的(de)走向(xiang)與數據(ju)傳遞(di)的(de)方向(xiang)一(yi)致，這(zhe)將有助于增強抗噪聲能力(li)。

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(jiao)流端(duan)用電感、電容濾波(bo)，去(qu)掉高(gao)頻、低頻干(gan)擾(rao)脈沖；

變壓器雙隔離(li)措(cuo)施；

次級加低通濾波器，吸收變(bian)壓器產生(sheng)的(de)浪(lang)涌電壓；

采(cai)用集成式直流(liu)穩壓電源；

I/O采用(yong)光電、磁電、繼電器隔離(li)；

通信線(xian)用雙絞(jiao)線(xian)，排除平行互感；

加(jia)復位電壓檢(jian)測電路(lu)；

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