摘 要:单片机已经普遍应用到各个领域,对其可靠性也提出了更高的要求。影响单片机可靠性的因素很多,但是抗干扰性能是最重要的一个因素之一。本文对PIC单片机抗干扰设计主要从硬件干扰抑制技术和软件干扰抑制技术两个大方面来进行分析。
关键词:PIC单片机 抗干扰 硬件 软件
中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1672-3791(2011)12(a)-0056-01
1 硬件干扰抑制技术
1.1 采用合理的隔离技术
采用合理的隔离技术对单片机抗干扰起着非常重要的作用。隔离不仅能够将外来干扰信号的通道阻断,而且还可以通过控制系统与现场隔离实现抗干扰目的,使得彼此之间的串扰最大限度地降低。常用的隔离技术主要包括变压器隔离方式、布线隔离方式、光电隔离方式和继电器隔离方式等。
1.2 合理选择系统时钟
PIC单片机系统时钟频率为0～20MHz,时基震荡方式主要有四种,每一种时基震荡方式由不同的时基频率相对应:外接电阻电容元件的阻容振荡方式RC,频率为0.03MHz～5MHz;低频晶体振荡器/陶瓷谐振器振荡方式LP,频率为32.768kHz或200kHz;标准晶体振荡器/陶瓷谐振器振荡方式XT,频率为0.2MHz～4MHz;高频晶体振荡器/陶瓷谐振器振荡方式HS,频率为4MHz～20MHz。外接方式主要有三种:外接晶体振荡器/陶瓷谐振器、外接时钟电路、外接RC。用户在选择基振荡方式和外接方式时可根据PIC单片机应用系统的性能、应用场合、价格等因素来进行。外接时钟属于高频噪声源,从可靠性方面来讲,不仅会干扰本应用系统,而且还能够干扰外界。频率越高越容易成为噪声源,因此应采用低频率的系统时钟,但是必须把与系统性能要求相符作为前提条件。
1.3 合理设计电路板
在电路板设计时,不要只是采用单一的PCB板进行,而应尽可能多的采用多层PCB板来进行,其中一层用作接地,而另外一层用作电源布线,这样就使得退耦电路形成,同时,这样的电路其屏蔽效果也比较好。如果对空间没有任何的硬性规定,同时要成本因素进行考虑,此时在设计电路板时就可以采用单层或者双层的PCB板进行布线,这样需要从电源单独引电源线进行布线,并将其逐个分配到每个功能电路中,另外,还要将所有的地线汇集到靠近电源地的一个点上。
2 软件干扰抑制技术
2.1 指令冗余技术
在对程序流向起决定作用的指令前面和对系统工作状态有重要作用的指令后面,重复插入一些单字节指令NOP,以增大信号电平的稳定时间,确保指令的正确执行。所谓指令冗余就是:当CPU收到干扰后,往往将一些操作数当作指令码来执行,引起程序混乱。这是需要将程序纳入正轨。当程序弹飞到某一条单字节指令上时,便自动纳入正轨。当弹飞到某一双字节或三字书指令上时,有可能落到其操作数上,从而继续出错。因此,我国应多采用单字节指令,并在关键的地方人为地插入一些单字节指令。
2.2 复位抗干扰技术
复位抗干扰技术在一定程度上决定了应用系统的可靠性。如果当CPU正在执行读写操作时出现过压或者欠压的情况,电路稳定性太差,另外,数据总线和地址总线也处于不确定状态,容易破坏数据存储器中的数据。对欠压和过压给寄存器带来的干扰进行抑制可以采取有效的复位功能,这也是很有效的方法。PIC单片机的复位方式主要有以下几种:（1）上电复位。每次PIC单片机家电时,上电复位电路都要检测电源电压VDD的上升过程,当上升到1.6V～1.8V时,就会有一个有效的复位信号产生,要想使单片机复位就必须经72ms+1024个时钟周期的延时。如果PIC单片机的内部上电复位功能对其要求不能满足,此时可以通过外接阻容来延时电路。（2）人工复位。单片机在执行程序期间要想复位,只需在/MCLR复位端加入一个低电平信号。人工复位开关的设置,可以确保在单片机死机的情况下强行让单片机复位,从而使得程序重新运行。（3）掉电检测复位。单片机执行程序会受到电压波动和电源干扰而发生混乱甚至死机现象。采用掉电检测复位可以为PIC单片机提供电源跌落的预警信号。
2.3 自带看门狗
PIC单片机在应用的过程中如果程序被干扰,那么程序就会与正常的运行路线越来越远。对于程序失控问题,监视定时器WDT(看门狗)能够很多的解决这个问题。在PIC单片机执行程序期间,如果看门狗超时溢出,单片机就会发生复位操作;如果在单片机的休息时间,看门狗超时溢出,那么将单片机唤醒,进行正常运用。
2.4 定时刷新技术
在强干扰环境中,对重要的控制寄存器和I/O口应定期刷新,并在程序中定时对系统进行初始化刷新,但对于定时器、计数器和工作状态寄存器则要慎重刷新。
2.5 I/O口映像技术
在强干扰环境中,若直接使用位操作指令对I/O口操作时,干扰侵入会影响到该口其它位的状态,造成意外错误。编程时尽量少用位操作指令直接对I/O口进行读写操作,而采用寄存器传送命令直接读写I/O口。具体方法是在内存中开设I/O口映像寄存器,如:IOTMPX（X可以是A口、B口或C口等）,当需要改变I/O口的某些位的电平时,不必置/复位相应的I/O口,而是直接去置/复位映像寄存器中的相应位,然后采用寄存器传送命令读写I/O口。其实现方法是在程序中加上:MOVF IOTMPX,W,可以映像寄存器的内容读到W;而在程序中加上:MOVWF PORTX,则可以将W的内容送进相应的I/O寄存器。这样处理既可避免位操作读写误操作的弊端,又可以方便刷新I/O口。这种间接动态刷新方式,在多路继电器输出端口中经常应用。
3 结语
PIC单片机抗干扰技术较多,主要从硬件和软件两个方面来划分,因此,也只有将硬件干扰抑制技术和软件干扰抑制技术相结合,才能更好的发挥出PIC单片机的干扰性能。
参考文献
[1] 姜兰兰.浅谈PLC控制系统抗干扰措施[J].中国科技信息,2008(4).
[2] 卢晋丰.PLC控制系统的抗干扰及措施[J].数字技术与应用,2010(1).
[3] 刘莲,于伟伟,李萍,等.计算机控制系统干扰原因分析及应对措施[J].科技信息,2010(25).
[4] 衡永革.可编程控制的抗干扰及预防措施[C].中国通信学会2009年光缆电缆学术年会论文集,2009.