单片机控制系统的硬件抗干扰设计

　　1 引言

　　单片机在工业自动化领域有着广泛的应用，但是单片机控制系统工作时往往会受到来自系统内部和外部的干扰，对系统的正常应用将带来不良的影响。为了保证和提高中系统的可靠性和安全性，通过对系统干扰源及干扰的传播途径的研究总结出几种实践中常用且有效的干扰抑制技术。

　　2 干扰的途径和影响

　　单片机控制系统在工业现场工作时都会或多或少的受到周围电磁环境的干扰。干扰可以通过3种途径影响系统的正常工作，即供电系统干扰、空间电磁场干扰和信号传输通道干扰。干扰对单片机控制系统的作用及后果也分为3个部位：一是系统的前向通道，干扰叠加在输入信号上，使数据采集误差增大，在传感器小电压信号输入时，此现象尤为突出;二是系统的后向通道，干扰耦合在输出信号上使输出信号混乱，导致误操作，并有可能引发严重事故;三是控制系统的内核，干扰使微处理器内核三总线上的数字信号出错，程序指针PC发生错误，导致程序“跑飞”，干扰也可能窜改存储器RAM中的数据，导致死机、系统崩溃或误操作等严重后果。

　　3 硬件抗干扰设计

　　3.1 供电系统干扰及其抑制

　　单片机应用于工业控制系统中的电源往往与工业系统共用一个电源，各种大型电气设备的启停和运行都会产生很大的干扰。因此，提高供电系统的质量是非常重要的。通过分析，设计出如图1所示的供电结构图。电源通过给系统各个功能模块分别供电，从而减少了公共电源和公共阻抗的相互耦合，提高了电源的抗干扰性和可靠性。

　　图2为电源EMI滤波器网络结构，是图1中的变压器原边滤波电路的具体实现形式。该滤波器是由参数元件构成的无源低通网络，其中L1 和L2是绕在同一磁环上的两只独立线圈，称为共模电感线圈或共模线圈， L3、L4 是独立的差模抑制电感。如果把该滤波器一端接入干扰源，负载端接被干扰设备，那么L1 和Cy ，L2 和Cy 就分别构成L - E和N- E两对独立端口间的低通滤波器，用来抑制电源线上存在的共模EMI信号，使之受到衰减，被控制到很低的电平上。L1、L2 两个线圈所绕匝数相同、绕向相反，使滤波器接入电路后，两只线圈内电流产生的磁通在磁环内相互抵消，不会使磁环达到磁饱和状态，从而使两只线圈的电感值保持不变。但是，由于种种原因，如磁环的材料不可能做到绝对均匀，两个线圈的绕制也不可能完全对称等，使得L1 和L2 的电感量是不相等的，于是 (L1- L2 )形成差模电感，它和L3 与L4 形成的独立差模抑制电感与Cx 电容器又组成L - N独立端口间的一只低通滤波器，用来抑制电源线上存在的差模EMI信号。