文档介绍：单片机控制系统的抗干扰优化设计
【摘要】:在单片机控制系统的设计开发过程中,不单要突出设备的自动化程度及智能性,另一方面也要重视控制系统的工作稳定性。文章从系统受到干扰的主要原因和现象;系统可靠性设计的任务及方法等方面展开了说明及论述。 
【关键词】:单片机; 抗干扰; 控制状态; 冗余技术 
随着电子技术和微型计算机的迅速发展,促进了微型计算机控制技术的迅速发展和广泛应用。中小规模的单片机控制系统在工业生产及日常生活中的智能机电一体化产品得到了广泛的应用。在单片机控制系统的设计开发过程中,我们不单要突出设备的自动化程度及智能性,另一方面也要重视控制系统的工作稳定性,否则就无法体现控制系统的优越性。 
 
1. 系统受到干扰的主要原因和现象 
由于单片机控制系统应用系统的工作环境往往是比较恶劣和复杂的,其应用的可靠性、安全性就成为一个非常突出的问题。单片机控制系统应用必须长期稳定、可靠地运行,否则将导致控制误差加大,严重时会使系统失灵,甚至造成巨大的损失。 
影响单片机控制系统应用的可靠、安全运行的主要因素是来自系统内部和外部的各种电气干扰,以及系统结果设计、元器件选择、安装、制造工艺和外部环境条件等。这些因素对控制系统造成的干扰后果主要表现在下述几个方面。 
(1) 数据采集误差加大。干扰侵入单片机控制系统测量单元模拟信号的输入通道,叠加在有用信号之上,会使数据采集误差加大,特别是当传感器输出弱信号时干扰更加严重。 
(2) 控制状态失灵。微机输出的控制信号常依赖某些条件的状态输入信号和这些信号的逻辑处理结果。若这些输入的状态信号受到干扰,引入虚假状态信号,将导致输出控制误差加大,甚至控制失常。 
(3) 数据受干扰发生变化。单片机控制系统中,由于RAM存储器是可以读/写的,故在干扰的侵害下,RAM中的数据有可能被窜改。在单片微机系统中,程序及表格、常数存于程序存储器中,避免了这些数据受到干扰破坏,但对于内RAM、外扩RAM中的数据都有可能受到外界干扰而变化。根据干扰窜入的途径、受干扰数据的性质不同,,有的改变程序状态,有的改变某些部件(如定时器/计数器,串行口等)的工作状态等。 
(4) 程序运行失常。单片机控制系统中程序计数器的正常工作,是系统维持程序正常运行的关键所在。如果外界干扰导致计数器的值改变,破坏了程序的正常运行。由于受到干扰后计数器的值是随机的,因而导致程序混乱。通常的情况是程序将执行一系列毫无意义的指令,最后进入"死循环",这将使输出严重混乱或系统失灵。 
 
    2. 系统可靠性设计的分析和方法 
单片机控制系统应用的可靠性技术涉及到生产过程的方方面面,不仅与设计、制造、检验、安装、维护有关,还与生产管理、质量监控体系、使用人员的专业水平与素质有关。这里主要是从技术角度分析提高系统可靠性的最常用方法。
导致系统运行不稳定的内部因素主要有以下三点: 
(1) 元器件本身的性能与可靠性。元器件是组成系统的基本单元,其特性好坏与稳定性直接影响整系统性能与可靠性。因此,在可靠性设计当中,首要的工作是精选元器件,使其在长期稳定性、精度等级方面满足要求。随着微电子技术的发展,电子元器件的可靠性不