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单片机应用系统抗干扰技术探讨
发布时间:2018-10-22 点击次数:
一、单片机系统运行的主要干扰源
1. 系统自身干扰
一般来说,单片机系统具有明显的干扰源,形成原因在于部分系统设计阶段对很多问题考虑不到位,诸如电路使用阶段工作可靠性不足,实际布局或元器件质量存在大量问题;具体系统运行阶段则会出现明显的半导体散粒噪声、过程通道以及接触噪音等干扰情况。上述干扰问题基本由于流动元器件电流大幅度增加,而噪声电流对于系统影响较大,使控制精准度显著降低。
2. 电磁干扰
当前工业生产加工过程中电磁干扰源较多,并且各种类型干扰源对于单片机系统运行影响较为明显,其中动力断路器断弧阶段常发生复燃问题。电磁干扰类型具体包括电容谐振、电磁线圈电感分布、变电场、天体辐射电磁波及磁场干扰等。实际电磁干扰阶段,干扰信号基于回路互感耦合导线对于控制系统产生明显影响,使控制系统运行发生明显误差,严重时导致系统出现一定程度破坏情况,单片机系统难以有效运行,影响工业生产效率。
3. 供电系统干扰
通常工业生产现场处于运行状态设备多且设备功率偏大,特别是部分感性负载较大设备开启过程,实际应用电压大,使电网及电压发生明显下陷及浪涌情况,控制系统处于欠压、过压及尖峰电压情况干扰,其中过压干扰会对于运行设备造成一定损坏。
二、单片机应用系统的抗干扰硬件技术
基于单片机应用系统干扰问题,可选择的抗干扰硬件技术较多,每种技术实际应用效果存在明显差异性,因此重点解析以下两种关键性抗干扰硬件技术。
1.“看门狗”技术
该技术主要由CPU 对于定时器实施有效控制,进而对于相关软件和系统运行状态实施动态监控,具体分级包括I级及II 级。
首先I 级“看门狗”定时器具体定时长度设置为t1,而程序循环周期时间为T,这样便可对及T 进行具体设置,要求T<t1<2T。这样实际程序循环起始前,CPU 便可对于定期器内部数据进行清除,防止出现数据溢出情况,又可有效控制系统自动复位。具体系统运行阶段当系统出现弹飞情况时,定时器已不能获取CPU 清楚信号,基于这种情况下系统运行一定时间后,定时器便会出现明显的溢出情况,进而形成复位信号,促使系统复位。假设系统并未出现明显损坏情况,系统也会复位,这样可有效发挥I 级“看门狗”实际功能。如果单片机不能从头运行时,使用I 级“看门狗”效果不佳。
II 级“看门狗”作为高效处理设备,可促使系统运行始终保持在较为稳定状态。通常II 级“看门狗”定时器B设置时,具体时长为t2,0<t2-t1<T,T <tl<t2、0<tl -T<T。I 级及II 级“看门狗”具体运行过程中,记录系统循环阶段各种数据信息。
当系统运行至INTO 中断程序阶段时便应对“看门狗”相关数据进行清除,防止出现溢出问题,并将预先储存的数据信息及程序赋值发送至指定的数据区及寄存器,从而促使系统可基于程序合理区域进行二次运行。当INTO 终端服务程序不出现各种操作行为时,II 级“看门狗”定时器则会溢出发生阶段便会复位。
2. 远端强制复位技术
通常该技术使用在单片机多机通信方面,主机可帮助从机进行复位,但技术实际应用阶段会使用较多的系统资源,所以程序设计基本去除多余语句。具体电控电路设计阶段,工作人员可使用监控主机对于下属从机发送命令,对于相关工作时序实施有效布设,主机定时向下属从机发送各种指令,当从机接收这些指令后便会给予具体回应。但对于单片机实际运行阶段来说,各个从机易受到各种干扰而导致明显失控,针对这种情况主机则可给予应答命令进行情况分析,对于相关控制操作停止一定时间,机通道监视电路不能接收到信号时,控制复位电路便会产生复位信号,促使单片机系统复位。
一般来说,单片机实际运行过程中常出现各种系统运行干扰源,基于干扰源不同,实际的干扰措施也具有明显的针对性,如基于电磁对于系统运行产生的干扰情况,具体处理时需针对易被干扰设备或电路实施有效屏蔽,或者针对干扰电磁辐射源进行必要屏蔽,进而达到抑制干扰的目的。对于工程通道相关干扰情况来说,常使用双绞线传输及光电耦合隔离等技术进行针对性抗干扰处理。基于供电系统产生的干扰问题,工作人员具体处理时可采用分立式供电、交流稳压器以及低通滤波器过滤高次谐波等诸多措施。
三、单片机应用系统的抗干扰软件技术
基于确保单片机程序稳定、有序运行的目的,首先应确保硬件基础安全可靠,硬件具备良好条件承受系统运行过程中产生的各种压力,同时也应确保相关系统软件稳定性,当前单片机应用中的抗干扰软件技术大体包括四个方面:
1. 指令冗余抗干扰技术
该技术作为单片机应用的主体抗干扰模式,使用范围较广,可在较短时间内有效解决系统调配过程中出现的各种问题,系统可依据处于工作状态的应用程序对于有关流程实施合理规划,然后制定具体操作指令。如果个别特殊要求的设计方案可使用NOP 指令,基于“单字节”方式实施具体操作。系统可将文字指令转化为设备识别编码,再利用改变操作方式进行有效干扰识别。
通常指令冗余抗干扰技术应用过程中操作效率高,运行程序较为完整,能够依据各种性质数据划分出具体单元,重点掌控具体应用性能。实际信道输送空间通过阶段,系统常由于各种干扰致使程序冲散,这样便需服务终端对于这些信号实施有效整合,依据不同部分具体规律显示,确定具体冗余数据后再将这部分数据完全去除。这些完整性操作指令明显增强程序实际执行性,可以防止各种磁体干扰情况发生。但该抗干扰技术缺陷较为明显,导致技术人员难以经常性使用,如果使用频次过高易出现执行效率偏低的情况。
2. 软件陷阱抗干扰技术
该技术在系统软件的基础上设置指令陷阱方式,技术人员对于整体程序软件管理过程实施有效设定,然后在系统中对于这些指令进行有效完善。系统软件根据信息整合前提下强制性获取错误地址,然后依据分析结果确定具体地址复位机构,这样能够有效确保数据安全运行。上述技术实际应用地址分析功能十分强大,相关单片机程序软件均存在错误入口及正确入口,如果系统软件步入陷阱时便会明显出现磁体信号扩展情况,因此要求该抗干扰技术应具备下列两个方面规范要求。
首先,制定一定软件空间,将错误信号以空格方式实施有效输入,确保单片机可主动识别冗余路径,然后利用空格获得有利信号。
其次,相关数据基本以分散方式表现在表格内,然后采用自动编码识别方式实施程序设定,通常单片机区域指令分化阶段,相关内容主要基于有效指令确定。同时,系统程序对于各种执行方案实施科学分析,采用单字节指令格式有效分化区域信息,假设实际执行阶段出现数据间断问题,系统运行则会自动绕过,再采用陷阱形式实施有效填补,达到量性规划目的。一般来说,该技术方式可有效处理信号混乱问题,软件系统可明显定位双线传输实际距离,然后采用传输介质作为基础导向的光纤信号,有效降低相关干扰程度。
3. 接地抗干扰及抗隔干扰
接地抗干扰方式大多采用单片机触电设定方式,能够有效调和于高频电路,传统技术实施阶段触电间距极小,易导致设备构件之间发生明显摩擦,进而产生明显的磁体干扰问题。而接地抗干扰方式主要在服务系统终端安装相应的额屏蔽器,再将两端不同电极实施有效处理,使用三孔转换器对于信号干扰模式实施有效模拟,然后制定具体解决方案。通常屏蔽器外部材质基本为高封闭性金属罩,在数据公共传递区域实施合理的接地形式,选择相应的屏蔽体可有效避免震荡对于单片机造成不良影响。
如果使用抗隔离干扰法,该系统则可依据数据性质进行分类,同性数据分为一类,其他数据归于一类。使用数字信号隔离方法对于光电耦合情况实施有效模拟的同时还可利用放大功能将系统独立电源数字放大,再经过磁耦合信号传递提升微机软件运行稳定性,这样能够有效防止各种不良信号之间存在联系。
4. 监视跟踪定时器
假使软件运行阶段出现死循环状态,采用上述措施很难有效解决该问题。针对这种问题,可以使用监视跟踪定时器方式,该方式主要针对程序软件循环时间实施动态监视。如果时间间隔大于设定时间要求后,便可确定该程序软件已陷入死循环状态,然后跳转指令增加相应的出错处理指令,促使系统保持正常运行状态。
综上所述,抗干扰技术作为单片系统运行过程中不可缺少的应用技术,基于当前复杂的干扰环境,工作人员应结合现场实际合理使用硬件及软件抗干扰技术,针对不同的干扰问题制定具体解决对策,这样才能从根本上确保系统运行的稳定性。
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