第8章单片机系统的抗干扰技术 本章学习目标 本章主要介绍了单片机系统的干扰来源，主要干扰的 形式、种类及抗干扰措施。通过对本章的学习，读者应 达到以下目标： 熟悉单片机系统的各种干扰来源及形式 学会供电系统及过程通道的抗干扰措施 能说出在印制电路板设计中体现的抗干扰措施 学习设计软件陷阱及看门狗电路 “十一五”国家级规划教材（高职高专） 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
第8章 单片机系统的抗干扰技术 本章学习目标： 本章主要介绍了单片机系统的干扰来源，主要干扰的 形式、种类及抗干扰措施。通过对本章的学习，读者应 达到以下目标： 熟悉单片机系统的各种干扰来源及形式 学会供电系统及过程通道的抗干扰措施 能说出在印制电路板设计中体现的抗干扰措施 学习设计软件陷阱及看门狗电路
8.1干扰的来源 在日常生活中,经常会遇到这样一些现象。比如听收 音机时,有汽车经过,喇叭就会出现刺耳的噪声,这就是 干扰。所谓干扰,就是有用信号外的噪声或造成恶劣影响 的变化部分的总称 在进行单片机应用产品的开发过程中,我们经常会碰 到一个很棘手的问题,即在实验室环境下系统运行很正常, 但小批量生产并安装在工作现场后,却出现一些不太规律 不太正常的现象。究其原因主要是系统的抗干扰设计不全 面,导致应用系统的工作不可靠。引起单片机控制系统干 扰的主要原因有以下几类 十一五”国家级规歌材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
8.1 干扰的来源 在日常生活中，经常会遇到这样一些现象。比如听收 音机时，有汽车经过，喇叭就会出现刺耳的噪声，这就是 干扰。所谓干扰，就是有用信号外的噪声或造成恶劣影响 的变化部分的总称。 在进行单片机应用产品的开发过程中，我们经常会碰 到一个很棘手的问题，即在实验室环境下系统运行很正常， 但小批量生产并安装在工作现场后，却出现一些不太规律、 不太正常的现象。究其原因主要是系统的抗干扰设计不全 面，导致应用系统的工作不可靠。引起单片机控制系统干 扰的主要原因有以下几类：
(1)供电系统的干扰 众所周知,电源开关的通断、电机和大的用电设备 的启停会使供电电网发生波动,受这些因素的影响,电 网上常常出现几百伏、甚至几千伏的尖峰脉冲干扰,这 就会使同一电网供电的单片机控制系统无法正常运行 这种干扰是危害最严重也是最广泛的一种干扰形式 (2)过程通道的干扰 在单片机应用系统中,开关量输入、输出和模拟量 输入、输出通道是必不可少的。这些通道不可避免地会 使各种干扰直接进入单片机系统。同时,在这些输入输 出通道中的控制线及信号线彼此之间会通过电磁感应而 产生干扰,从而使单片机应用系统的程序错误,甚至会 使整个系统无法正常运行 一五”国家级舰刘教材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
（1）供电系统的干扰 众所周知，电源开关的通断、电机和大的用电设备 的启停会使供电电网发生波动，受这些因素的影响，电 网上常常出现几百伏、甚至几千伏的尖峰脉冲干扰，这 就会使同一电网供电的单片机控制系统无法正常运行。 这种干扰是危害最严重也是最广泛的一种干扰形式。 （2）过程通道的干扰 在单片机应用系统中，开关量输入、输出和模拟量 输入、输出通道是必不可少的。这些通道不可避免地会 使各种干扰直接进入单片机系统。同时，在这些输入输 出通道中的控制线及信号线彼此之间会通过电磁感应而 产生干扰，从而使单片机应用系统的程序错误，甚至会 使整个系统无法正常运行
(3)空间电磁波的干扰 空间干扰主要来自太阳及其它天体辐射电磁波、广播电 台或通讯发射台发出的电磁波及各种周围电气设备发射的电 磁干扰等。如果单片机应用系统工作在电磁波较强的区域而 没有取相关的防护措施,就容易引起干扰。但这种干扰 般可通过适当的屏蔽及接地措施加以解决。 因此,针对以上出现的问题,我们必须采用有效措施以 提高单片机应用系统抗干扰的能力。 十一五”国家级规歌材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
（3）空间电磁波的干扰 空间干扰主要来自太阳及其它天体辐射电磁波、广播电 台或通讯发射台发出的电磁波及各种周围电气设备发射的电 磁干扰等。如果单片机应用系统工作在电磁波较强的区域而 没有采取相关的防护措施，就容易引起干扰。但这种干扰一 般可通过适当的屏蔽及接地措施加以解决。 因此，针对以上出现的问题，我们必须采用有效措施以 提高单片机应用系统抗干扰的能力
8.2主要干扰通道及抗干扰措施 8.2.1供电系统干扰及抗干扰措施 1、供电干扰的种类 如果把电源电压变化持续时间定为Δt,那么,根据 △t的大小可以把电源干扰分为四种情况: (1)过压、欠压、停电:当Δt》1s时产生的干扰,解决 办法是使用各种稳压器、电源调节器,对短时停电可用不 间断电源(UPS)供电。 十一五”国家级规歌材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
8.2 主要干扰通道及抗干扰措施 8.2.1 供电系统干扰及抗干扰措施 1、供电干扰的种类 如果把电源电压变化持续时间定为Δt，那么，根据 Δt的大小可以把电源干扰分为四种情况： （1）过压、欠压、停电： 当Δt>1s时产生的干扰，解决 办法是使用各种稳压器、电源调节器，对短时停电可用不 间断电源（UPS）供电
(2)浪涌、下陷、半周降出:当1s>At>10ms时产生 的干扰,可使用快速响应的交流电源调压器克服。 (3)尖峰电压:当At为μs量级时产生的干扰, 解决办法是使用具有噪声抑制能力的交流电源 调节器、参数稳压器或超隔离变压器。 (4)射频干扰:当Δt为ns量级时产生的干扰,可加2-3节低 通滤波器消除干扰。 十一五”国家级规歌材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
（2）浪涌、下陷、半周降出：当1s>Δt> 10ms时产生 的干扰，可使用快速响应的交流电源调压器克服。 （3）尖峰电压：当Δt为μs量级时产生的干扰， 解决办法是使用具有噪声抑制能力的交流电源 调节器、参数稳压器或超隔离变压器。 （4）射频干扰：当Δt为ns量级时产生的干扰，可加2~3节低 通滤波器消除干扰
2、抗干扰设计 在单片机系统中,为了提高供电系统的质量,防止窜入 干扰,建议采用如下措施 (1)单片机输入电源与强电设备动力电源分开。 (2)采用具有静电屏蔽和抗电磁干扰的隔离电源变压器。 隔离变压器的初级和次级之间均采用隔离屏 蔽层(可用漆包线或铜等非导磁材料在初级和次级-220 绕一层,但电气上不能与初级、次级线圈短路,而 后引出一个头接地)。各初级、次级间的静电屏蔽 与初级间的零电位线相接,再用电容耦合接地。如图81隔离变压器 图8-1所示 十一五”国家级规歌材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
2、抗干扰设计 在单片机系统中，为了提高供电系统的质量，防止窜入 干扰，建议采用如下措施： （1）单片机输入电源与强电设备动力电源分开。 （2）采用具有静电屏蔽和抗电磁干扰的隔离电源变压器。 隔离变压器的初级和次级之间均采用隔离屏 蔽层（可用漆包线或铜等非导磁材料在初级和次级 绕一层，但电气上不能与初级、次级线圈短路，而 后引出一个头接地）。各初级、次级间的静电屏蔽 与初级间的零电位线相接，再用电容耦合接地。如 图8—1所示。 图8—1 隔离变压器
(3)交流进线端加低通滤波器,可滤掉高频干扰。安装时 外壳要加屏蔽并使其良好接地,滤波器的输入、输出引线 必须相互隔离,以防止感应和辐射耦合。直流输出部分采 用大容量电解电容进行平滑滤波。 (4)对于功率不大的小型或微型计算机系统,为了抑制电 网电压起伏的影响,可设置交流稳压器。 (5)采用独立功能块单独供电,并用集成稳压块实现两级 稳压。例如主板电源先用7809稳压到9V,再用7805稳压到 5V。如图8—2所示。 (6)尽量提高接口器件的电源电压,提高接口的抗干扰能 力。例如用光耦合器输出端驱动直流继电器,选用直流 24V继电器比6v继电器效果好。 十一五”国家级规歌材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
（3）交流进线端加低通滤波器，可滤掉高频干扰。安装时 外壳要加屏蔽并使其良好接地，滤波器的输入、输出引线 必须相互隔离，以防止感应和辐射耦合。直流输出部分采 用大容量电解电容进行平滑滤波。 （4）对于功率不大的小型或微型计算机系统，为了抑制电 网电压起伏的影响，可设置交流稳压器。 （5）采用独立功能块单独供电，并用集成稳压块实现两级 稳压。例如主板电源先用7809稳压到9V，再用7805稳压到 5V。如图8—2所示。 （6）尽量提高接口器件的电源电压，提高接口的抗干扰能 力。例如用光耦合器输出端驱动直流继电器，选用直流 24V继电器比6V继电器效果好
8.2.2过程通道干扰及抗干扰措施 至继电器电路 交 交流稳压 局 电源变压器 整流□滤波 7824 220 变流 压|滤 至主板 1:1}波 整流滤波口7809 7805 至扩展电路 整流口滤波7809 7805 图82供电系统配置图 过程通道是系统输入、输出以及单片机之间进行信息传 输的路径。由于输入输出对象与单片机之间的连接线长,容 易串入干扰,必须采用隔离技术、双绞线传输、阻抗匹配等 措施抑制 十一五”国家级规歌材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
8.2.2过程通道干扰及抗干扰措施 图8—2 供电系统配置图 过程通道是系统输入、输出以及单片机之间进行信息传 输的路径。由于输入输出对象与单片机之间的连接线长，容 易串入干扰，必须采用隔离技术、双绞线传输、阻抗匹配等 措施抑制
1、开关量隔离 常用的开关量隔离器有光电隔离器、继电器、光电隔离 固态继电器(SSR)。 (1)光电隔离器 输入 输出 光电耦合器是把一个发光二极管和一 个光敏三极管封装在一个外壳里的器件, 发光二极管光做三极管 光电耦合器的电路符号如图8-3所示。输 入信号使发光二极管发光,其光线又使光图83光电隔离器图形符号 敏三极管产生电信号输出,从而既完成了 500 100 信号的传递,又实现了电气上的隔离,如 P10 图8-4所示。对启动或停止负荷不太大的|801 设备,常采用光电耦合器来抑制输出通道 TTL输入 的干扰。 图8-4开关量输入光电隔离电路 十一五”国家级规歌材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
（1）光电隔离器 光电耦合器是把一个发光二极管和一 个光敏三极管封装在一个外壳里的器件， 光电耦合器的电路符号如图8—3所示。输 入信号使发光二极管发光，其光线又使光 敏三极管产生电信号输出，从而既完成了 信号的传递，又实现了电气上的隔离，如 图8—4所示。对启动或停止负荷不太大的 设备，常采用光电耦合器来抑制输出通道 的干扰。 图8—4 开关量输入光电隔离电路 图8—3 光电隔离器图形符号 1、开关量隔离 常用的开关量隔离器有光电隔离器、继电器、光电隔离 固态继电器(SSR)