第九章 单片机系统的抗干扰技术

1、第第9章章 单片机系统的抗干扰技术单片机系统的抗干扰技术 熟悉单片机系统的各种干扰来源及形式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学习设计软件陷阱及看门狗电路 9.1 9.1 干扰的来源干扰的来源 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，这就是音机时，有汽车经过，喇叭就会出现刺耳的噪声，这就是 干扰。干扰。所谓干扰，就是有

2、用信号外的噪声或造成恶劣影响所谓干扰，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，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、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面，导致应用系统的工作不可靠。引

3、起单片机控制系统干 扰的主要原因有以下几类：扰的主要原因有以下几类： （1）供电系统的干扰）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。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。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

4、的干扰）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。使整个系统无法正常运行。 （3）空间电磁波的干扰）空间电磁波的干扰 空

5、间干扰主要来自太阳及其它天体辐射电磁波、广播电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。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

6、应用系统抗干扰的能力。提高单片机应用系统抗干扰的能力。 9.2 主要干扰通道及抗干扰主要干扰通道及抗干扰措施措施 9.2.1 9.2.1 供电系统干扰及抗干扰措施供电系统干扰及抗干扰措施 1、供电干扰的种类、供电干扰的种类 如果把电源电压变化持续时间定为如果把电源电压变化持续时间定为tt，那么，根据，那么，根据 tt的大小可以把电源干扰分为四种情况：的大小可以把电源干扰分为四种情况： （1 1）过压、欠压、停电：）过压、欠压、停电： 当当t1st1s时产生的干扰，解决时产生的干扰，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

7、源（间断电源（UPSUPS）供电。）供电。 （2）浪涌、下陷、半周降出：当）浪涌、下陷、半周降出：当1st 10ms时产生时产生 的干扰，可使用快速响应的交流电源调压器克服。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）尖峰电压：当t为为s量级时产生的干扰，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。调节器、参数稳压器或超隔离变压器。 （4）射频干扰：当）射频干扰：当t为为ns量级时产生的干扰，可加量级时产生的干扰，可加23节低节低 通滤波器消除干扰。通滤波器消除干扰。 2、抗干扰设

8、计、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：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。）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。）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，而绕一层，但电气上不能与初级、次级线圈

9、短路，而 后引出一个头接地）。各初级、次级间的静电屏蔽后引出一个头接地）。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。如与初级间的零电位线相接，再用电容耦合接地。如 图所示。图所示。 （3）交流进线端加低通滤波器，可滤掉高频干扰。安装时）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。用大容量电解电容进行平滑滤波。 （4）对于功率不大的小型

10、或微型计算机系统，为了抑制电）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。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）采用独立功能块单独供电，并用集成稳压块实现两级 稳压。例如主板电源先用稳压。例如主板电源先用7809稳压到稳压到9V，再用，再用7805稳压到稳压到 5V。如图。如图92所示。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）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

11、器比继电器比6V继电器效果好。继电器效果好。 9.2.29.2.2过程通道干扰及抗干扰过程通道干扰及抗干扰措施措施 图9-2 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。措施抑制。 （1）光电隔离器）光电隔离器 光电耦合器是把一个发光二极管和一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

12、器件，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光电耦合器的电路符号如图93所示。输所示。输 入信号使发光二极管发光，其光线又使光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，如信号的传递，又实现了电气上的隔离，如 图图94所示。对启动或停止负荷不太大的所示。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设备，常采用光电耦合器来抑制输出通道 的干扰。的干扰。 图94 开关量输入光电隔离电路 图93 光电隔离器图形符号 1、开关量隔离、开关量隔离 常用的开关量隔

13、离器有光电隔离器、继电器、光电隔离常用的开关量隔离器有光电隔离器、继电器、光电隔离 固态继电器固态继电器(SSR)。 如果输出开关量是用于控制大负荷设备时，就需采用继电器如果输出开关量是用于控制大负荷设备时，就需采用继电器 隔离输出。因为继电器触点的负载能力远远大于光电隔离的负载隔离输出。因为继电器触点的负载能力远远大于光电隔离的负载 能力，它能直接控制动力回路。在采用继电器做开关量隔离输出能力，它能直接控制动力回路。在采用继电器做开关量隔离输出 时，要在单片机输出端的锁存器时，要在单片机输出端的锁存器74LS273与继电器间设置一个与继电器间设置一个OC 门驱动器。用以提供较高的驱动电流。如

14、图门驱动器。用以提供较高的驱动电流。如图95所示。所示。 图95 开关量继电器隔离电路 （2）继电器 双向晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展而成的，双向晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展而成的， 它也是一种常用的大功率半导体器件，具有弱电控制，它也是一种常用的大功率半导体器件，具有弱电控制， 强电输出的特点，只需要很小的功率，就可以控制较强电输出的特点，只需要很小的功率，就可以控制较 大的电流。大的电流。 图图9-6（a）给出了普通小功率双向晶闸管的外形）给出了普通小功率双向晶闸管的外形 及引脚排列。及引脚排列。 （a）普通小功率双向晶闸管的外形 （b）结构符号 图9-6 双向晶闸管的外形及结构符

15、号 （3）双向晶闸管）双向晶闸管 2、 A/D、D/A与单片机之间的隔离措施与单片机之间的隔离措施 （1）模拟量隔离）模拟量隔离 对对A/D、D/A变换前后的模拟信号进行隔离，是变换前后的模拟信号进行隔离，是 常用的一种方法。通常采用隔离型放大器对模拟量常用的一种方法。通常采用隔离型放大器对模拟量 进行隔离。但所用的隔离型放大器必须满足进行隔离。但所用的隔离型放大器必须满足A/D、 D/A变换的精度和线性要求。变换的精度和线性要求。 图99 数字量隔离 利用若干个锁存器对高速的地址信号、控制信号及数利用若干个锁存器对高速的地址信号、控制信号及数 据进行锁存然后用该信号对据进行锁存然后用该信号对

16、A/D、D/A芯片进行操作，完芯片进行操作，完 成多路开关的选通，进行成多路开关的选通，进行A/D、D/A变换。换言之，变换。换言之，A/D变变 换时，先将模拟量变为数字量进行隔离，然后再送入单片换时，先将模拟量变为数字量进行隔离，然后再送入单片 机。机。D/A变换时，先将数字量进行隔离，然后进行变换时，先将数字量进行隔离，然后进行D/A变换。变换。 如图如图99所示。所示。 （2）数字量隔离）数字量隔离 双绞线是较常用的一种传输线。与同轴电缆相比，其波双绞线是较常用的一种传输线。与同轴电缆相比，其波 阻抗高、抗共模噪声能力强，对电磁场具有一定抑制效果。阻抗高、抗共模噪声能力强，对电磁场具有一

17、定抑制效果。 根据传送距离不同，双绞线使用方法不同。当用双绞线传输根据传送距离不同，双绞线使用方法不同。当用双绞线传输 与光电耦合器配合使用时，可按图与光电耦合器配合使用时，可按图910所示的方式连接。图所示的方式连接。图 中（中（a）是集电极开路驱动器与光电耦合器的一般情况。（）是集电极开路驱动器与光电耦合器的一般情况。（b） 是开关接点通过双绞线与光电耦合器连接的情况。如光电耦是开关接点通过双绞线与光电耦合器连接的情况。如光电耦 合器的光敏晶体管的基极上接有电容（合器的光敏晶体管的基极上接有电容（12pF0.01F）及电）及电 阻（阻（1020M），且后面连接施密特集成电路驱动器，则会大）

18、，且后面连接施密特集成电路驱动器，则会大 大加强抗噪声能力，如图（大加强抗噪声能力，如图（c）所示）所示。 3、利用双绞线抑制长线传输干扰、利用双绞线抑制长线传输干扰 图910 双绞线与光电耦合器联合使用 4、机械触点及交流、直流电路的噪声抑制、机械触点及交流、直流电路的噪声抑制 （1）机械触点的抗干扰措施）机械触点的抗干扰措施 开关、按钮、继电器触点等在操作时，经常会发生抖开关、按钮、继电器触点等在操作时，经常会发生抖 动，如不采取措施，则会造成误动作。这类器件可采用如动，如不采取措施，则会造成误动作。这类器件可采用如 图图911所示的办法，以获得没有振荡的逻辑信号。所示的办法，以获得没有振

19、荡的逻辑信号。 （a）滤波消抖电路 （b）单稳态电路 （c）触发器消抖电路 （d）施密特电路 图911 机械触点的抗干扰措施 （2）抑制反电动势的抗干扰措施）抑制反电动势的抗干扰措施 电机、变压器、继电器、电磁阀等工业电气设备多为电机、变压器、继电器、电磁阀等工业电气设备多为 感性负载，投切时会产生很高的反电势，这不仅可能损坏感性负载，投切时会产生很高的反电势，这不仅可能损坏 元件，而且会产生高频的电磁波干扰其它电路，通过电源元件，而且会产生高频的电磁波干扰其它电路，通过电源 直接侵入到单片机装置中。因此，在输入直接侵入到单片机装置中。因此，在输入/输出通道中使用输出通道中使用 这类器件时，必

20、须在继电器线圈或开关触头两端并接抗干这类器件时，必须在继电器线圈或开关触头两端并接抗干 扰电路，如图扰电路，如图912所示。其中，（所示。其中，（a）（）（b）用于直流电）用于直流电 流的干扰抑制；（流的干扰抑制；（c）图电路对交、直流干扰均适用；（）图电路对交、直流干扰均适用；（d） （e）用于接触器和继电器触头的两端。）用于接触器和继电器触头的两端。 （a）二极管稳压管抑制电路 （b）电阻二极管抑制电路（c） R-C阻容抑制电路 （d）（e）开关触头两端的反电势抑制电路 图912 反电势抑制电路 9.3 印制电路板及电路的抗干扰印制电路板及电路的抗干扰设计设计 在单片机系统中，印制电路板的

21、设计好坏对抗干扰能在单片机系统中，印制电路板的设计好坏对抗干扰能 力影响很大。印制电路板是用来支撑电路元件，并提供电力影响很大。印制电路板是用来支撑电路元件，并提供电 路元件和器件之间电气连接的重要组件。为了减少干扰，路元件和器件之间电气连接的重要组件。为了减少干扰， 在印制电路板设计过程中必须遵循以下三大原则：在印制电路板设计过程中必须遵循以下三大原则： 尽量控制噪声源；尽量控制噪声源； 尽量减小噪声的传播与耦合；尽量减小噪声的传播与耦合； 尽量增加噪声的吸收。尽量增加噪声的吸收。 9.3.1印制电路板的尺寸及元件的选择印制电路板的尺寸及元件的选择 1印制电路板大小要适中印制电路板大小要适中

22、 如果印制电路板太大，会增加线路的阻抗及成本，降低抗如果印制电路板太大，会增加线路的阻抗及成本，降低抗 干扰能力；太小，则散热不好，而且线路间干扰也会大大增加。干扰能力；太小，则散热不好，而且线路间干扰也会大大增加。 2合理配置去耦电容合理配置去耦电容 （1）直流电源输入端应跨接）直流电源输入端应跨接10100F以上的电解电容器。以上的电解电容器。 （2）原则上每个集成电路芯片的）原则上每个集成电路芯片的Vcc引脚都应安置引脚都应安置个个0.01F 的陶瓷电容器。也可每的陶瓷电容器。也可每410个芯片安置一个个芯片安置一个110F的钽电容的钽电容 器。器。 （3）对于抗噪声能力弱、关断时电流变

23、化大的器件和）对于抗噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和 ROM、RAM等存储器件，应在芯片的电源线等存储器件，应在芯片的电源线 （Vcc）和地线（）和地线（GND）间直接接入去耦电容。）间直接接入去耦电容。 （4）电容引线不能太长，特别是高频旁路电容不能带引线。）电容引线不能太长，特别是高频旁路电容不能带引线。 （5）在选用作为电路充电的储能电容时，尽量采用大容量）在选用作为电路充电的储能电容时，尽量采用大容量 的钽电容或聚脂电容，而不用电解电容。若使用电解电容的钽电容或聚脂电容，而不用电解电容。若使用电解电容 则要与高频特性好的去耦电容成对使用。如图则要与高频特性好的去耦电容成对使用。如图

24、813所示为所示为 去耦电容的安装位置图。去耦电容的安装位置图。 图913 去耦电容的安装位置图 3选择时钟频率低的单片机及外部时钟部件。选择时钟频率低的单片机及外部时钟部件。 4元件的选择尽量采用低速器件。元件的选择尽量采用低速器件。 5对进入电路板的信号源及从高噪声区来的信号要加滤对进入电路板的信号源及从高噪声区来的信号要加滤 波，继电器线圈处要加续流二极管。波，继电器线圈处要加续流二极管。 6尽量不使用尽量不使用IC插座，而把插座，而把IC直接焊在印制板上，这样直接焊在印制板上，这样 可减少可减少IC插座间较大的分布电容。插座间较大的分布电容。 7电源插接件与信号插接件要尽量远离，主要信

25、号的插电源插接件与信号插接件要尽量远离，主要信号的插 接件外面最好带有屏蔽。接件外面最好带有屏蔽。 在安排插针信号时，用一部分插针为接地针，均匀分在安排插针信号时，用一部分插针为接地针，均匀分 布于各信号针之间，起到隔离干扰的作用。信号针与接地布于各信号针之间，起到隔离干扰的作用。信号针与接地 针理想的比例为针理想的比例为1：1。 1元件布置要合理分区。元件布置要合理分区。 单片机应用系统通常可分三区，即模拟电路区（怕干扰）、单片机应用系统通常可分三区，即模拟电路区（怕干扰）、 数字电路区（既怕干扰、又产生干扰）、功率驱动区（干数字电路区（既怕干扰、又产生干扰）、功率驱动区（干 扰源）。应将这

26、三个区合理分开，使它们相互间的信号耦扰源）。应将这三个区合理分开，使它们相互间的信号耦 合最小。合最小。 2印制电路板要按单点接电源、单点接地的原则送电。印制电路板要按单点接电源、单点接地的原则送电。 三个区的电源线、地线由该点分三路引出。三个区的电源线、地线由该点分三路引出。 3噪声元件与非噪声元件要离得远一些。噪声元件与非噪声元件要离得远一些。 易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路等应尽量远易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路等应尽量远 离计算机逻辑电路，如有可能，应另做电路板。离计算机逻辑电路，如有可能，应另做电路板。 4时钟发生器、晶振和时钟发生器、晶振和CPU的时钟输入端要尽

27、量靠近，的时钟输入端要尽量靠近， 并远离并远离I/O线及接插件。线及接插件。 8.3.2印制电路板的合理布局印制电路板的合理布局 5I/O驱动器件、功率放大驱动器件、功率放大 器件尽量靠近印制电路板的器件尽量靠近印制电路板的 边缘、靠近引出接插件。边缘、靠近引出接插件。 6器件的布置上也应考虑器件的布置上也应考虑 到散热。到散热。 最好把最好把ROM、RAM、时钟、时钟 发生器等发热较多的器件布发生器等发热较多的器件布 置在印制板的偏上方部位置在印制板的偏上方部位 （当印制板竖直安装时）或（当印制板竖直安装时）或 易通风散热的地方。单片机易通风散热的地方。单片机 组件的参考布局如图组件的参考布

28、局如图914 所示。所示。 图914 单片机组件位置分配示意图 1正确处理电源线正确处理电源线 根据印制线路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，根据印制线路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度， 减少环路电阻。同时，使电源线、地线的走向和数据传递减少环路电阻。同时，使电源线、地线的走向和数据传递 的方向一致。电源线和地线最好分别设计在不同的版面上，的方向一致。电源线和地线最好分别设计在不同的版面上， 以防杂物引起短路。以防杂物引起短路。 (发热与效率发热与效率) 9.3.3印制电路板的合理布线印制电路板的合理布线 一般铜线安全计算方法是：一般铜线安全计算方法是： 2.52.5平方毫米铜电源线的安全载

29、流量平方毫米铜电源线的安全载流量28A28A。 4 4平方毫米铜电源线的安全载流量平方毫米铜电源线的安全载流量35A 35A 。 6 6平方毫米铜电源线的安全载流量平方毫米铜电源线的安全载流量48A 48A 。 1010平方毫米铜电源线的安全载流量平方毫米铜电源线的安全载流量65A65A。 1616平方毫米铜电源线的安全载流量平方毫米铜电源线的安全载流量91A 91A 。 2525平方毫米铜电源线的安全载流量平方毫米铜电源线的安全载流量120A120A。 如果是铝线，线径要取铜线的如果是铝线，线径要取铜线的1.5-21.5-2倍。倍。 100mil=2.54mm 图915 接地的3种方式 （1

30、）正确选择单点接地与多点接地。当信号频率小于）正确选择单点接地与多点接地。当信号频率小于1MHz时，时， 应尽量采用并联单点接地，实际布线有困难时，可部分串联后应尽量采用并联单点接地，实际布线有困难时，可部分串联后 再并联接地；当频率大于再并联接地；当频率大于10MHz时，宜采用多点串联接地；当时，宜采用多点串联接地；当 信号频率在信号频率在110MHz之间时，如地线长度不超过波长的之间时，如地线长度不超过波长的1/20， 可用单点接地可用单点接地,否则多点接地。否则多点接地。3种接地方式如图种接地方式如图915所示。所示。 2正确处理地线正确处理地线 （2）将数字地、模拟地、电源地等分开走线

31、，在一点上可）将数字地、模拟地、电源地等分开走线，在一点上可 靠连接。如图靠连接。如图916所示。所示。 图916 数字地与模拟地的正确连接 （3）接地线应尽量加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电）接地线应尽量加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电 流。一般接地线宽度应在流。一般接地线宽度应在23mm以上。地线、电源线与信号线以上。地线、电源线与信号线 的关系是：地线电源线信号线。的关系是：地线电源线信号线。 （4）使数字电路的接地线形成闭环路。）使数字电路的接地线形成闭环路。 （5）高频部分尽量采用大面积包围式地线。）高频部分尽量采用大面积包围式地线。 （1）用地线将时钟振荡电路圈起来，让

32、周围电场趋近于零。）用地线将时钟振荡电路圈起来，让周围电场趋近于零。 （2）石英晶体振荡器外壳要接地，时钟线尽量短，且在石英晶）石英晶体振荡器外壳要接地，时钟线尽量短，且在石英晶 体振荡器下面要加大接地的面积，不要走其它信号线。体振荡器下面要加大接地的面积，不要走其它信号线。 （3）时钟线垂直于）时钟线垂直于I/O线，必要时要远离线，必要时要远离I/O线。线。 3时钟振荡电路的处理时钟振荡电路的处理 数字电路中，闲置不用的门电路输入端不能悬空。运数字电路中，闲置不用的门电路输入端不能悬空。运 算放大器中，闲置不用的正输入端接地，闲置的负输入端算放大器中，闲置不用的正输入端接地，闲置的负输入端

33、与输出端连接。单片机中不用的与输出端连接。单片机中不用的I/O口定义成输出。单片机口定义成输出。单片机 上有一个以上电源、接地端的，每一端都要接上，不要悬上有一个以上电源、接地端的，每一端都要接上，不要悬 空。如图空。如图917所示。所示。 图917 不用空闲端的处理方法 4闲置不用的引脚要做好处理闲置不用的引脚要做好处理 （1）尽量使用多层板，过）尽量使用多层板，过 孔要尽量少。孔要尽量少。 （2）电路板铜膜线的布线）电路板铜膜线的布线 尽量使用尽量使用45的折线，不的折线，不 要使用要使用90折线，以减小折线，以减小 高频信号的发射。其布线高频信号的发射。其布线 方式如图方式如图918所示

34、。所示。 图918 铜膜线的布线方式 5信号线的布线信号线的布线 （3）重要的信号线应尽量短且要尽量粗，并在两侧加上）重要的信号线应尽量短且要尽量粗，并在两侧加上 保护地。将信号通过扁平电缆引出时，要使用地线保护地。将信号通过扁平电缆引出时，要使用地线信信 号号地线地线的结构。的结构。 （4）任何信号线都不要形成环路，如不可避免，环路应）任何信号线都不要形成环路，如不可避免，环路应 尽量小。尽量小。 （5）对于）对于A/D类器件，数字部分与模拟部分信号线不能交类器件，数字部分与模拟部分信号线不能交 叉。对噪声敏感的信号线不要与高速线、大电流线平行。叉。对噪声敏感的信号线不要与高速线、大电流线平

35、行。 9.4软件的抗干扰设计软件的抗干扰设计 单片机应用系统的抗干扰不可能完全依靠硬件解决，软单片机应用系统的抗干扰不可能完全依靠硬件解决，软 件抗干扰设计也是防止和消除应用系统故障的重要途径。件抗干扰设计也是防止和消除应用系统故障的重要途径。 9.4.1单片机的数字滤波算法单片机的数字滤波算法 限幅滤波法（又称程序判断滤波法）限幅滤波法（又称程序判断滤波法） ；中位值滤波法；中位值滤波法 ；算术平均滤波；算术平均滤波 法；递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）法；递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法） ；中位值平均滤波法；中位值平均滤波法 （又称防脉冲干扰平均滤波法）；限幅平均滤波法；一阶滞后滤

36、波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）；限幅平均滤波法；一阶滞后滤波法 ； 加权递推平均滤波法加权递推平均滤波法 ；消抖滤波法；消抖滤波法 ；限幅消抖滤波法；限幅消抖滤波法 。 1、限幅滤波法（又称程序判断滤波法） A、方法： 根据经验判断，确定两次采样允许的最大偏差值（设为A） 每次检测到新值时判断： 如果本次值与上次值之差A,则本次值无效,放弃本次值,用上 次值代替本次值 B、优点： 能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰 C、缺点 无法抑制那种周期性的干扰 平滑度差 温度 2、中位值滤波法 A、方法： 连续采样N次（N取奇数） 把N次采样值按大小排列 取中间值为本次有效值 B、优点： 能有效克服因

37、偶然因素引起的波动干扰 对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果 C、缺点： 对流量、速度等快速变化的参数不宜 3、算术平均滤波法 A、方法： 连续取N个采样值进行算术平均运算 N值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低 N值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高 N值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4 B、优点： 适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波 这样信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值范围附近上下 波动 C、缺点： 对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用 比较浪费RAM 工频干扰 4、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法） A、方法： 把连续取N个采样值看

38、成一个队列；队列的长度固定为N 每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据.(先进先出 原则)，把队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果 N值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=412；温度，N=14 B、优点： 对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高 适用于高频振荡的系统 C、缺点： 灵敏度低 对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差 不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差 不适用于脉冲干扰比较严重的场合 比较浪费RAM 7、一阶滞后滤波法 A、方法： 取a=01 本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果 B、优点： 对周期性干扰具有良好的抑

39、制作用 适用于波动频率较高的场合 C、缺点： 相位滞后，灵敏度低 滞后程度取决于a值大小 踏板滤波 9.4.2程序运行失常的软件对策程序运行失常的软件对策 一旦单片机因干扰而使得程序计数器一旦单片机因干扰而使得程序计数器PC偏离了原定的偏离了原定的 值，程序便脱离正常运行轨道，出现操作数数值改变或将值，程序便脱离正常运行轨道，出现操作数数值改变或将 操作数当作操作码的操作数当作操作码的“跑飞跑飞”现象。此时，可采用软件陷现象。此时，可采用软件陷 阱和阱和“看门狗看门狗”技术使程序恢复到正常状态。技术使程序恢复到正常状态。 1、设置软件陷阱、设置软件陷阱 所谓软件陷阱，是指一些可以使混乱的程序恢

40、复正常所谓软件陷阱，是指一些可以使混乱的程序恢复正常 运行或使运行或使“跑飞跑飞“的程序恢复到初始状态的的程序恢复到初始状态的系列指令。系列指令。 其主要形式见表其主要形式见表92。 表表92 软件陷阱的两种指令形式及适用范围软件陷阱的两种指令形式及适用范围 形式形式软件陷阱形式软件陷阱形式对应入口形式对应入口形式适适 用用 范范 围围 1 NOP NOP LJMP 0000H 0000H：LJMP MAIN；运行程序 双字节指令和3字节指令之后 0003H0030H地址未使用的中断区 跳转指令及子程序调用和返回指令之后 程序段之间的未用区域 数据表格及散转表格的最后 每隔一些指令(一般为十几

41、条指令)后 2 LJMP 0202H LJMP 0000H 0000H：LJMP MAIN；运行主程序 ： 0202H：LJMP 0000H ： 注：注：形式一的机器码为0000020000（十六进制） 形式二的机器码为020202020000（十六进制） 当未使用的中断因干扰而开放时，在对应的中断服务程 序中设置软件陷阱，就能及时捕捉到错误的中断。在中断服 务程序中要注意：返回指令用RETI，也可用LJMP。其中断 服务程序形式为以下两种： 形式一：形式一：形式二：形式二： NOP NOP POP direct1 POP direct2 LJMP 0000H NOP NOP POP dire

42、ct1；将原先断点弹出 POP direct2 PUSH 00H；断点地址改为000 0H PUSH 00H RETI （1）未使用的中断区 单片机系统中使用的单片机系统中使用的EPROM很少能够全部用完，很少能够全部用完， 这些非程序区可用这些非程序区可用0000020000或或020202020000数据填数据填 满。需要注意的是，最后一条填入数据应为满。需要注意的是，最后一条填入数据应为020000。当。当 程序程序“跑飞跑飞”进入此区后，便会迅速自动入轨进入此区后，便会迅速自动入轨。 （2）未使用的）未使用的EPROM空间空间 单片机系统寻址空间为单片机系统寻址空间为64K。如果系统仅选用了一片。如果系统仅选用了一片2764， 其地址空间为其地址空间为8K，那么还有，那么还有56K地址空间闲置。当程序地址空间闲置。当程序“跑飞跑飞” 到这些空间时，读入数据将为到这些空间时，读入数据将为FFH，这是，这是“MOV R7，A”指令指令 的机器码，此代码的执行将修改的机器码，此代码