这6招助你提高单片机抗干扰能力！

一、解决来自电源端的干扰

单片机系统中的各个单元都需要使用直流电源，而直流电源一般是市电电网的交流电经过变压、整流、滤波、稳压后产生的，因此电网上的各种干扰便会引入系统。除此之外，由于交流电源共用，各电子设备之间通过电源也会产生相互干扰，因此抑制电源干扰尤其重要。电源干扰主要有以下几类。

供电电力线相当于一个接收天线，能把雷电、电弧、广播电台等辐射的高频干扰信号通过电源变压器初级耦合到次级，形成对单片机系统的干扰；解决这种干扰一般通过接口防护，在接口增加滤波器或使用隔离电源模块解决。

② 感性负载产生的瞬变噪声

切断大容量感性负载时，能产生很大的电流和电压变化率，从而形成瞬变噪声干扰，成为电磁干扰的主要形式；解决这种干扰一般通过屏蔽线与双胶线或在电源接口、信号接口进行滤波处理。这两种方法都需要在系统接地良好的情况下进行，滤波器、接口滤波电路都必须良好接地，这样才能有效地将干扰泄放。

二、模拟信号采样抗干扰技术

单片机应用系统中通常要对一个或多个模拟信号进行采样，并将其通过A/D转换成数字信号进行处理。为了提高测量精度和稳定性，不仅要保证传感器本身的转换精度、传感器供电电源的稳定、测量放大器的稳定、A/D转换基准电压的稳定，而且要防止外部电磁感应噪声的影响，如果处理不当，微弱的有用信号可能完全被无用的噪声信号淹没。在实际工作中，可以采用具有差动输入的测量放大器，采用屏蔽双胶线传输测量信号，或将电压信号改变为电流信号，以及采用阻容滤波等技术。

三、数字信号传输通道的抗干扰技术

数字输出信号可作为系统被控设备的驱动信号（如继电器等），数字输入信号可作为设备的响应回答和指令信号（如行程开关、启动按钮等）。数字信号接口部分是外界干扰进入单片机系统的主要通道之一。在工程设计中，对数字信号的输入/输出过程采取的抗干扰措施有传输线的屏蔽技术，如采用屏蔽线、双胶线等；采用信号隔离措施；合理接地，由于数字信号在电平转换过程中形成公共阻抗干扰，选择合适的接地点可以有效地抑制地线噪声。

四、硬件监控电路

在单片机系统中，为了保证系统可靠、稳定地运行，增强抗干扰能力，需要配置硬件监控电路，硬件监控电路从功能上包括以下几方面。

①上电复位：保证系统加电时能正确启动。

②掉电复位：当电源失效或电压降到某一电压值以下时，产生复位信号对系统进行复位。

③电源监测：供电电压出现异常时，给出报警指示信号或中断请求信号。

④硬件看门狗：当处理器遇到干扰或程序运行混乱产生“死锁”时对系统进行复位。

五、PCB电路合理布线

PCB设计的好坏对抗干扰能力影响很大，因此在进行PCB设计时，必须遵守PCB设计的一般原则，并应符合抗干扰设计的要求。下面着重说明两点。

①关键器件放置

在器件布置方面与其他逻辑电路一样，应把相互有关的器件尽量放得靠近些，从而可以获得较好的抗噪声效果。时钟发生器、晶振和CPU的时钟输入端都易产生噪声，要相互靠近些；CPU复位电路、硬件看门狗电路要尽量靠近CPU相应引脚；易产生噪声的器件、大电流电路等应尽量远离逻辑电路。

②D/A、A/D转换电路地线的正确连接

D/A、A/D芯片及采样芯片均提供了数字地和模拟地，分别有相应的引脚。在线路设计中，必须将所有器件的数字地和模拟地分别相连，但数字地与模拟地仅在一点上相连。另外，也可以采用屏蔽保护，屏蔽可用来隔离空间辐射。对噪声特别大的部件（如变频电源、开关电源）可以用金属盒罩起来以减少噪声源对单片机的干扰，对容易受干扰的部分可以增加屏蔽罩并接地，使干扰信号被短路接地。

六、软件抗干扰原理及方法

尽管采取了硬件抗干扰措施，但由于干扰信号产生的原因错综复杂，且具有很大的随机性，很难保证系统完全不受干扰。因此，往往在硬件抗干扰措施的基础上采取软件抗干扰技术加以补充，作为硬件措施的辅助手段。软件抗干扰方法具有简单、灵活方便、耗费低等特点，在系统中被广泛应用。

①数字滤波方法

数字滤波是在对模拟信号多次采样的基础上，通过软件算法提取最逼近真值数据的过程。数字滤波的算法灵活，可选择权限参数，其效果往往是硬件滤波电路无法达到的。

②输入信号的重复检测方法

输入信号的干扰是叠加在有效电平信号上的一系列离散尖脉冲，作用时间很短。当控制系统存在输入干扰，又不能用硬件加以有效抑制时，可用软件重复检测的方法达到“去伪存真”的目的，直到连续两次或连续两次以上的采集结果完全一致时方为有效。若信号总是变化不定，在达到最高次数限额时，则可给出报警信号。对于来自各类开关型传感器的信号，如限位开关、行程开关、操作按钮等，都可采用这种输入方式。如果在连续采集数据之间插入延时，则能够对付较宽的干扰。

③输出端口数据刷新方法

开关量输出软件抗干扰设计主要采取重复输出的方法，这是一种提高输出接口抗干扰性能的有效措施。对于那些用锁存器输出的控制信号，这些措施很有必要。在尽可能短的周期内，将数据重复输出，受干扰影响的设备在还没有来得及响应时正确的信息即到来，这样就可以及时防止误动作的产生。在程序结构的安排上，可为输出数据建立一个数据缓冲区，在程序的周期性循环体内将数据输出。对于增量控制型设备不能这样重复送数，只有通过检测通道从设备的反馈信息中判断数据传输的正确与否。在执行重复输出功能时，对于可编程接口芯片，工作方式控制字与输出状态字一并重复设置，从而使输出模块可靠工作。

④软件拦截技术

当窜入单片机系统的干扰作用在CPU部位时，后果更加严重，会使系统失灵。最典型的故障是破坏程序计数器（PC）的状态，导致程序从一个区域跳转到另一个区域，或者程序在地址空间内“乱飞”，或者陷入“死循环”。使用软件拦截技术可以拦截“乱飞”的程序或者使程序摆脱“死循环”，并将运行程序纳入正轨，转到指定的程序入口。

⑤“软件看门狗”技术

PC受到干扰而失控，引起程序“乱飞”，也可能使程序陷入“死循环”。当软件拦截技术不能使失控的程序摆脱“死循环”的困境时，通常采用程序监视技术WDT TIMER，又称“看门狗”技术，使程序脱离“死循环”。WDT是一种软硬件结合的抗程序跑飞措施，其硬件主体是一个用于产生定时T的计数器或单稳触发器，该计数器或单稳触发器基本独立运行，其定时输出端接至CPU的复位线，而其定时清零则由CPU控制。在正常情况下，程序启动WDT后，CPU周期性地将WDT清零，这样WDT的定时溢出就不会发生，如同睡眠一般不起任何作用。在受到干扰的异常情况下，CPU时序逻辑被破坏，程序执行混乱，不可能周期性地将WDT清零，从而当WDT的定时溢出时，其输出使系统复位，避免CPU因一时干扰而陷入瘫痪状态。

非常好的单片机复位电路

一、概述

影响单片机系统运行稳定性的因素可大体分为外因和内因两部分:

1、外因

射频干扰，它是以空间电磁场的形式传递 在机器内部的导体（引线或零件引脚）感生出相应的干扰，可通过电磁屏蔽和合理的布线/器件布局衰减该类干扰；

电源线或电源内部产生的干扰，它是通过电源线或电源内的部件耦合或直接传导，可通过电源滤波、隔离等措施来衰减该类干扰。

2、内因

振荡源的稳定性，主要由起振时间 频率稳定度和占空比稳定度决定 起振时间可由电路参数整定 稳定度受振荡器类型 温度和电压等参数影响复位电路的可靠性。

二、复位电路的可靠性设计

1、基本复位电路

复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开

关 或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。图1所示的RC复位电路可以实现上述基本功能，图3为其输入-输出特性。但解决不了电源毛刺（A点）和电源 缓慢下降（电池电压不足）等问题 而且调整 RC 常数改变延时会令驱动能力变差。左边的电路为高电平复位有效右边为低电平Sm为手动复位开关Ch可避免高频谐波对电路的干扰

图1 RC复位电路

图2所示的复位电路增加了二极管，在电源电压瞬间下降时使电容迅速放电，一定宽度的电源毛刺也可令系统可靠复位。 图3所示复位电路输入输出特性图的下半部分是其特性，可与上半部比较增加放电回路的效果

图2 增加放电回路的RC复位电路

使 用比较电路，不但可以解决电源毛刺造成系统不稳定，而且电源缓慢下降也能可靠复位。图4 是一个实例 当 VCC x (R1/(R1+R2) ) =0.7V时，Q1截止使系统复位。Q1的放大作用也能改善电路的负载特性，但跳变门槛电压 Vt 受 VCC影响是该电路的突出缺点，使用稳压二极管可使 Vt 基本不受VCC影响。见图5，当VCC低于Vt(Vz+0.7V)时电路令系统复位。

图3 RC复位电路输入-输出特性

图4带电压监控功能的复位电路

图5 稳定门槛电压

图6实用的复位监控电路

在此基础上,增加延时电容和放电二极管构成性能优良的复位电路,如图6所示。调节C1可调整延时时间,调节R1可调整负载特性,如图7所示上半部分是图5电路的特性,下半部分对应图6。

图7 带电压监控功能的复位电路的输入-输出特性

2、电源监控电路

上述的带电压监控的复位电路又叫电源监控电路 监控电路必须具备如下功能：

上 电复位，保障上电时能正确地启动系统；掉电复位，当电源失效或电压降到某一电压值以下时，复位系统；市面上有类似的集成产品，如PHILIPS半导体公司 生产的MAX809、MAX810。此类产品体积小、功耗低，而且可选门槛电压。可保障系统在不同的异常条件下可靠地复位，防止系统失控。图8中的Rm和 Sm实现手动复位 无需该功能时可把Reset端（或/Reset）端直接与单片机的RST端（或/RST端）相连 最大限度地简化外围电路 也可选择PHILIPS半导体公司带手动复位功能的产品MAX708。

图8集成复位监控电路

此外，MAX708还可以监视第二个电源信号，为处理器提供电压跌落的预警功能，利用此功能，系统可在电源跌落时到复位前执行某些安全操作，保存参数，发送 警报信号或切换后备电池等。图9电表的应用实例 利用MAX708 电表可在电源毛刺或停电前把当前电度数保存到E2PROM中再配合保存多个电度数备份算法，可有效解决令工程师头疼E2PROM中的电度数掉失问题使用该 电路必须选择适当的预警电压点，以保证靠电源的储能供电情况下，VCC电压从预警电压跌到复位电压的维持时间（tB）必须足够长 E2PROM的写周期约为10－20ms一般取tB>200ms就可确保数据稳定写入。预警电压调整方法 当VDC等于预警电压时调整R1和R2使PFI的电压为1.25V此时可检测/PFO来确认内部的电压比较器是否动作，调整时必须注意此比较器是窗口比较 器。 图10是该应用的程序流程图

图9 MAX708的典型应用

图10. 电表应用中E2PROM数据保护程序流程图

3.多功能电源监控电路

除上电复位和掉电复位外，很多监控电路集成了系统所需的功能，如：

电源测控，供电电压出现异常时提供预警指示或中断请求信号，方便系统实现异常处理；数据保护，当电源或系统工作异常时，对数据进行必要的保护，如写保护、数 据备份或切换后备电池；看门狗定时器，当系统程序“跑飞”或“死锁”时，复位系统；其它的功能，如温度测控、短路测试等等。

我们把其称作多功能电源监控电路。下面介绍两款特别适合在工控、安防、金融行业中广泛应用多功能的监控电路:

Catalyst 公司的 CAT1161 是一个集成了开门狗、电压监控和复位电路的 16K 位 E2PROM（I2C接口）不但集成度高、功耗低（E2PROM部分静态时真正实现零功耗）而且清看门狗是通过改变SDA的电平实现的，节省系统I/O资 源，其门槛电压可通过编程器修改，该修改范围覆盖绝大多数应用。当电源下降到门槛电压以下时 硬件禁止访问 E2PROM 确保数据安全。

使用时注意的是 RST，/RST 引脚是 I/O 脚，CAT1161 检测到两引脚中任何一个电压异常都会产生复位信号，与 RST /RST引脚相连的下拉电阻 R2 和上拉电阻 R1 必须同时连接，否则CAT1161将不断产生复位！同样不需要手动复位功能时可节省Rm和Sm两个元件。

图11.内置WDT RESET /RESET E PROM监控器件接口电路

PHILIPS 公司的 SA56600-42 被设计用在电源电压降低或断电时作保护微电脑系统中SRAM 的数据。当电源电压下降到通常值4.2V 时，输出 CS 变为逻辑低电平，把 CE 也拉低，从而禁止对 SRAM的操作。同时，产生一个低电平有效的复位信号，供系统使用，如果电源电压继续下降，到达通常值3.3V或更低时，SA56600-42切换系统操 作，从主电源供电切换到后备锂电池供电，当主电源恢复正常（电压上升至3.3V或更高时）将SRAM的供电电源将由后备锂电池切换回主电源，当主电源上升 至大于典型值4.2V 时 输出 CS 变为逻辑高电平，使 CE 变为高电平，使能 SRAM的操作，复位信号一直持续到系统恢复正常操作为止。在系统电源电压不足或突然断电的时候，这个器件能可靠地保护系统在SRAM内的数据。

图12.内置SRAM数据保护电路的监控器件SA56600-42的典型应用

4. ARM 单片机的复位电路设计

无论在移动电话 高端手持仪器还是嵌入式系统，32位 单片机 ARM 占据越来越多的份额，ARM 已成为事实的高端产品工业标准。由于 ARM 高速、低功耗、低工作电压导致其噪声容限低这是对数字电路极限的挑战，对电源的纹波、瞬态响应性能、时钟源的稳定度、电源监控可靠性等诸多方面也提出了更 高的要求。ARM监控技术是复杂并且非常重要的。

分 立元件实现的监控电路，受温度、湿度、压力等外界的影响大而且对不同元件影响不一致较大板面积，过多过长的引脚容易引入射频干扰，功耗大也是很多应用难以 接受，而集成电路能很好的解决此类问题。目前也有不少微处理器中集成监控电路，处于制造成本和工艺技术原因，此类监控电路大多数是用低电压CMOS工艺实 现的，比起用高电压、高线性度的双极工艺制造的专用监控电路 性能还有一段差距。

结论是：使用 ARM而不用专用监控电路，可能导致得不偿失，经验也告诉我们使用专用监控电路可以避免很多离奇古怪的问题。ARM的应用工程师，切记少走弯路！

图13.用PHILIPS MAX708实现的ARM复位电路

图13 是实用可靠的 ARM 复位电路。ARM 内核的工作电压较低。R1 可保证电压低于 MAX708 的工作电源还能可靠复位。其中 TRST信号是给 JTAG 接口用的。使用 HC125 可实现多种复位源对 ARM 复位，如通过PC机串口或JTAG接口复位ARM。

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