单片机体系硬件抗搅扰的常用办法：
影响单片机体系牢靠安全运转的首要要素首要来自体系内部和外部的各种电气搅扰,并受体系结构规划、元器材挑选、装置、制作工艺影响。这些都构成单片机体系的搅扰要素,常会导致单片机体系运转异常,轻则影响产品质量和产值,重则会导致事端,构成严峻经济损失。
构成搅扰的基本要素有三个：
（1）搅扰源。指发生搅扰的元件、设备或信号, 用数学言语描绘如下：du/dt, di/dt大的当地便是搅扰源。如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都或许成为搅扰源。
（2）传达途径。指搅扰从搅扰源传达到灵敏器材的通路或前言。典型的搅扰传达途径是经过导线的传导和空间的辐射。
（3）灵敏器材。指简单被搅扰的目标。如：A/D、 D/A变换器,单片机,数字IC,弱信号扩大器等。
1 搅扰的分类
1.1 搅扰的分类
搅扰的分类有好多种,一般能够依照噪声发生的原因、传导办法、波形特性等等进行不同的分类。按发生的原因分：
可分为放电噪声响、高频振动噪声、浪涌噪声。
按传导办法分：可分为共模噪声和串模噪声。
按波形分：可分为持续正弦波、脉冲电压、脉冲序列等等。
1.2 搅扰的耦合办法
搅扰源发生的搅扰信号是经过必定的耦合通道才对测控体系发生效果的。因而,咱们有必要看看搅扰源和被搅扰目标之间的传递办法。搅扰的耦合办法,无非是经过导线、空间、公共线等等,细分下来,首要有以下几种：
（1）直接耦合：
这是最直接的办法,也是体系中存在最遍及的一种办法。比方搅扰信号经过电源线侵入体系。关于这种办法,最有用的办法便是参加去耦电路。
（2）公共阻抗耦合：
这也是常见的耦合办法,这种办法常常发生在两个电路电流有一起通路的状况。为了避免这种耦合,一般在电路规划上就要考虑。使搅扰源和被搅扰目标间没有公共阻抗。
（3）电容耦合：
又称电场耦合或静电耦合。是由于散布电容的存在而发生的耦合。
（4）电磁感应耦合：
又称磁场耦合。是由于散布电磁感应而发生的耦合。
（5）漏电耦合：
这种耦合是纯电阻性的,在绝缘欠好时就会发生。
2 常用硬件抗搅扰技能
针对构成搅扰的三要素,采纳的抗搅扰首要有以下手法。
2.1 按捺搅扰源
按捺搅扰源便是尽或许的减小搅扰源的du/dt, di/dt。这是抗搅扰规划中最优先考虑和最重要的准则,常常会起到事半功倍的效果。 减小搅扰源的du/dt首要是经过在搅扰源两头并联电容来完成。减小搅扰源的di/dt则是在搅扰源回路串联电感或电阻以及添加续流二极管来完成。
按捺搅扰源的常用办法如下：
（1）继电器线圈添加续流二极管,消除断开线圈时发生的反电动势搅扰。仅加续流二极管会使继电器的断开时刻滞后,添加稳压二极管后继电器在单位时刻内可动作更多的次数。
（2）在继电器接点两头并接火花按捺电路（一般是RC串联电路,电阻一般选几K到几十K,电容选0.01uF）,减小电火花影响。
（3）给电机加滤波电路,留意电容、电感引线要尽量短。
（4）电路板上每个IC要并接一个0.01μF～0.1 μF高频电容,以减小IC对电源的影响。留意高频电容的布线,连线应接近电源端并尽量粗短,不然,等于增大了电容的等效串联电阻,会影响滤波效果。
（5）布线时避免90度折线,削减高频噪声发射。
（6）可控硅两头并接RC按捺电路,减小可控硅发生的噪声（这个噪声严峻时或许会把可控硅击穿的）。
单片机自身的抗搅扰办法
作者：不知道
为进步单片机自身的牢靠性。近年来单片机的制作商在单片机规划上采纳了一系列办法以期进步牢靠性。这些技能首要体现在以下几方面。
1.下降外时钟频率
外时钟是高频的噪声源，除能引起对本运用体系的搅扰之外，还或许发生对外界的搅扰，使电磁兼容检测不能合格。在对体系牢靠性要求很高的运用体系中，选用频率低的单片机是下降体系噪声的准则之一。以8051单片机为例，最短指令周期1μs时，外时钟是12mhz。而相同速度的motorola
单片机体系时钟只需4mhz，更适合用于工控体系。近年来，一些出产8051兼容单片机的厂商也选用了一些新技能，在不献身运算速度的前提下将对外时钟的需求降至本来的1/3。而motorola
单片机在新推出的68hc08系列以及其16/32位单片机中遍及选用了内部琐相环技能，将外部时钟频率降至32khz，而内部总线速度却进步到8mhz甚至更高。
2.低噪声系列单片机
传统的集成电路规划中，在电源、地的引出上一般将其组织在对称的两头。如左下角是地，右下角是电源。这使得电源噪声穿过整个硅片。改善的技能将电源、地组织在两个相邻的引脚上，这样一方面下降了穿过整个硅片的电流，一方面使外部去耦电容在pcb规划上更简单组织，以下降体系噪声。另一个在集成电路规划上下降噪声的比方是驱动电路的规划。一些单片机供给若干个大电流的输出引脚，从几十毫安到数百毫安。这些大功率的驱动电路集成到单片机内部无疑添加了噪声源。而跳变沿的软化技能可消除这方面的影响，办法是将一个大功率管做成若干个小管子的并联，再为每个管子输出端串上不同等效阻值的电阻。以下降di/dt。
3.时钟监测电路、看门狗技能与低电压复位
监测体系时钟，当发现体系时钟停振时发生体系复位信号以康复体系时钟，是单片机进步体系牢靠性的办法之一。而时钟监控有用与省电指令stop是一对对立。只能运用其中之一。
看门狗技能是监测运用程序中的一段守时中止服务程序的运转状况，当这段程序不作业时判别为体系毛病，然后发生体系复位。
低电压复位技能是监测单片机电源电压，当电压低于某一值时发生复位信号。由于单片机技能的开展，单片机自身对电源电压规模的要求越来越宽。电源电压从最初的5v降至3.3v并持续下降到2.7v、2.2v、1.8v。在是否运用低电压复位功用时应依据详细运用状况权衡一下。
4. eft技能
新近推出的motorola m68hc08 系列单片机选用eft(electrical fast
transient)技能进一步进步了单片机的抗搅扰才能。当振动电路的正弦波信号遭到外界搅扰时，其波形上会叠加一些毛刺。以施密特电路对其整形时，这种毛刺会成为触发信号搅扰正常的时钟信号。替换运用施密特电路和rc滤波能够使这类毛刺不起效果，这便是eft技能。跟着vlsi技能的不断开展，电路内部的抗搅扰技能也在不断开展之中。
5.软件方面的办法
单片机自身在指令规划上也有一些抗搅扰的考虑。不合法指令复位或不合法指令中止是当运转程序时遇到不合法指令或不合法寻址空间能发生复位或中止。单片机运用体系程序是事前写好的，不或许有不合法指令或寻址。必定是体系遭到搅扰，cpu读指令时出错了。
以上说到的是当时广泛运用的单片机应该具有的内部抗搅扰办法。在选用单片机时，要检查一下这些功能是否都有，以求规划出牢靠性高的体系。
在运用软件规划方面，规划者都有各自的经历。这儿要提示的是最终对不必的rom要做处理。准则是假如程序落到这儿能够自康复。
用于单片机体系的搅扰按捺元件
1.去耦电容
每个集成电路的电源、地之间应装备一个去耦电容，它能够滤掉来自电源的高频噪声。作为储能元件，它吸收或供给该集成电路内部三极管导通、截止引起的电流改动(di/dt)，然后下降体系噪声。要选高频特性好的独石电容或瓷片电容作去耦电容。每块印制电路板电源引进的当地要安放一只大容量的储能电容。由于电解电容的环绕式结构，其散布电感较大，对滤除高频搅扰信号几乎不起效果。运用时要与去耦电容成对运用。钽电容则比电解电容效果更好。
2.按捺高频的电感
用粗漆包线穿入轴向有几个孔的铁氧体芯，就构成了高频扼制器材。将其串入电源线或地线中可阻挠高频信号从电源/地线引进。这种元件特别适用于离隔一块印制电路板上的模仿电路区、数字电路区、以及大功率驱动区的供电。应该留意的是它有必要放在该区储能电容与电源之间而不能放在储能电容与用电器材之间。
3.自康复保险丝
这是用一种新式高分子聚合资料制成的器材，当电流低于其额定值时，它的直流电阻只要零点几欧。而电流大到必定程度，它的阻值敏捷升高，引起发热，而越热电阻越大，然后阻断电源电流。当温度降下来今后能主动康复正常。这种器材可避免cmos器材在遇到强冲击型搅扰时引起所谓“可控硅触发”现象。这种现象指集成电路硅片的基体变得导通，然后引起电流增大，导致cmos集成电路发热甚至焚毁。
4.防雷击器材
室外运用的单片机体系或电源线、信号线从室外架空引进室内的，要考虑体系的防雷击问题。常用的防雷击器材有：气体放电管，tvs(transient
voltage
supervention)等，气体放电管是当电源电压大于某一值时，一般为数十伏或数百伏，气体击穿放电，将电源线上强冲击脉冲导入大地，tvs能够当作两个并联且方向相反的齐纳二极管，当电两头电压高于某一额定值时导通。其特点是能够瞬态经过数百甚至上千安培的电流。这类元器材要和抗共模和抗差模搅扰的电感合作运用以进步抗搅扰效果。
进步单片机体系抗搅扰才能的首要手法
1.接地
这儿的接地指接大地，也称作维护地。为单片机体系供给杰出的地线，对进步体系的抗搅扰才能极为有利。特别是对有防雷击要求的体系，杰出的接地至关重要。上面说到的一系列抗搅扰元件，意在将雷击、浪涌式搅扰以及快脉冲群搅扰去除，而去除的办法都是将搅扰引进大地，假如体系不接地，或虽有地线但接地电阻过大，则这些元件都不能发挥效果。为单片机供电的电源的地俗称逻辑地，它们和大地的地的联系能够相通、浮空、或接一电阻，要视运用场合而定。不能把地线随意接在暖气管子上。绝对不能把接地线与动力线的前方、零线中的零线混杂。
2.阻隔与屏蔽
典型的信号阻隔是光电阻隔。运用光电阻隔器材将单片机的输入输出阻隔开，一方面使搅扰信号不得进入单片机体系，另一方面单片机体系自身的噪声也不会以传导的办法传达出去。屏蔽则是用来阻隔空间辐射的，对噪声特别大的部件，如开关电源，用金属盒罩起来，可削减噪声源对单片机体系的搅扰。对特别怕搅扰的模仿电路，如高灵敏度的弱信号扩大电路可屏蔽起来。而重要的是金属屏蔽自身有必要接真实的地。
3.滤波
滤波指各类信号按频率特性分类并操控它们的方向。常用的有各种低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器。低通滤波器用在接入的沟通电源线上，旨在让50周的沟通电顺畅经过，将其它高频噪声导入大地。低通滤波器的装备目标是插入损耗，挑选的低通滤波器插入损耗过低起不到按捺噪声的效果，而过高的插入损耗会导致“漏电”，影响体系的人身安全性。高通、带通滤波器则应依据体系中对信号的处理要求挑选运用。
印制电路板的布线与工艺
印制电路板的规划对单片机体系能否抗搅扰非常重要。要本着尽量操控噪声源、尽量减小噪声的传达与耦合，尽量减小噪声的吸收这三大准则规划印制电路板和布线。当你规划单片机用印制电路板时，不仿对照下面的条条检查一下。
·印制电路板要合理区别，单片机体系一般可分三区，即模仿电路区(怕搅扰)，数字电路区(即怕搅扰、又发生搅扰)，功率驱动区（搅扰源）。
·印刷板按单点接电源、单点接地准则送电。三个区域的电源线、地线由该点分三路引出。噪声元件与非噪声元件要离得远一些。
·时钟振动电路、特别高速逻辑电路部分用地线圈起来。让周围电场趋近于零。
·i/o驱动器材、功率扩大器材尽量接近印刷板的边，接近引出接插件。
·能用低速的就不必高速的,高速器材只用在要害的当地。
·运用满意体系要求的最低频率的时钟，时钟发生器要尽量接近用到该时钟的器材。
·石英晶体振动器外壳要接地，时钟线要尽量短，且不要引得处处都是。
·运用450的折线布线，不要运用900折线,以减小高频信号的发射。
·单面板、双面板，电源线、地线要尽量的粗。信号线的过孔要尽量少。
·4 层板比双面板噪声低20db。6层板比4层板噪声低10db。经济条件答应时尽量用多层板。
·要害的线尽量短并要尽量粗，并在两头加上维护地。将灵敏信号和噪声场带信号经过一条扁带电缆引出的话，要用地线-信号-地线……的办法引出。
·石英振动器下面、噪声灵敏器材下面要加大地的面积而不应该走其它信号线。
·任何信号线都不要构成环路，如不行避免，环路应尽量小。
·时钟线垂直于i/o线比平行于i/o线搅扰小，时钟线要远离i/o线。
·对a/d类器材，数字部分与模仿部分宁可绕一下也不要穿插。噪声灵敏线不要与高速线、大电流线平行。
·单片机及其它ic电路，如有多个电源、地端的话，每端都要加一个去耦电容。
·单片机不必的i/o端口要界说成输出。
·每个集成电路要加一个去耦电容，要选高频信号好的独石电容式瓷片电容作去耦电容。去耦电容焊在印制电路板上时，引脚要尽量短。
·从高噪声区来的信号要加滤波。继电器线圈处要加放电二极管。能够用串一个电阻的办法来软化i/o线的跳变沿或供给必定的阻尼。
·用大容量的钽电容或聚脂电容而不必电解电容作电路充电的储能电容。由于电解电容散布电感较大，对高频无效。运用电解电容时要与高特性好的去耦电容成对运用。
·需求时，电源线、地线上可加用铜线绕制铁氧体而成的高频扼流器材阻断高频噪声的传导。
·弱信号引出线、高频、大功率引出电缆要加屏蔽。引出线与地线要绞起来。
·印刷板过大、或信号线频率过高，使得线上的延迟时刻大于等于信号上升时刻时，该线要按传输线处理，要加终端匹配电阻。
·尽量不要运用ic 插座，把ic直接焊在印刷板上，ic座有较大的散布电容。
2.2 堵截搅扰传达途径
按搅扰的传达途径可分为传导搅扰和辐射搅扰两类。
所谓传导搅扰是指经过导线传达到灵敏器材的搅扰。高频搅扰噪声和有用信号的频带不同,能够经过在导线上添加滤波器的办法堵截高频搅扰噪声的传达,有时也可加阻隔光耦来处理。电源噪声的损害最大,要特别留意处理。
所谓辐射搅扰是指经过空间辐射传达到灵敏器材的搅扰。一般的处理办法是添加搅扰源与灵敏器材的间隔,用地线把它们阻隔和在灵敏器材上加屏蔽罩。
堵截搅扰传达途径的常用办法如下：
（1）充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好,整个电路的抗搅扰就处理了一大半。许多单片机对电源噪声很灵敏,要给单片机电源加滤波电路或稳压器,以减小电源噪声对单片机的搅扰。比方,能够运用磁珠和电容组成π形滤波电路,当然条件要求不高时也可用100Ω电阻替代磁珠。
（2）假如单片机的I/O口用来操控电机等噪声器材,在I/O口与噪声源之间应加阻隔（添加π形滤波电路）。
（3）留意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量接近,用地线把时钟区阻隔起来,晶振外壳接地并固定。
（4）电路板合理分区,如强、弱信号,数字、模仿信号。尽或许把搅扰源（如电机、继电器）与灵敏元件（如单片机）远离。
（5）用地线把数字区与模仿区阻隔。数字地与模仿地要别离,最终在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为准则。
（6）单片机和大功率器材的地线要独自接地,以减小彼此搅扰。大功率器材尽或许放在电路板边际。
（7）在单片机I/O口、电源线、电路板连接线等要害当地运用抗搅扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器、屏蔽罩,可明显进步电路的抗搅扰功能。
2.3 进步灵敏器材的抗搅扰功能
进步灵敏器材的抗搅扰功能是指从灵敏器材这边考虑尽量削减对搅扰噪声的拾取,以及从不正常状况赶快康复的办法。
进步灵敏器材抗搅扰功能的常用办法如下：
（1）布线时尽量削减回路环的面积,以下降感应噪声。
（2）布线时,电源线和地线要尽量粗。除减小压降外,更重要的是下降耦合噪声。
（3）关于单片机搁置的I/O口,不要悬空,要接地或接电源。其它IC的搁置端在不改动体系逻辑的状况下接地或接电源。
（4）对单片机运用电源监控及看门狗电路,如： IMP809,IMP706,IMP813, X5043,X5045等,可大起伏进步整个电路的抗搅扰功能。
（5）在速度能满意要求的前提下,尽量下降单片机的晶振和选用低速数字电路。
2.4 其它常用抗搅扰办法
（1）沟通端用电感电容滤波:去掉高频低频搅扰脉冲。
（2）变压器双阻隔办法:变压器初级输入端串接电容,初、次级线圈间屏蔽层与初级间电容中心接点接大地,次级外屏蔽层接印制板地,这是硬件抗搅扰的要害手法。次级加低通滤波器:吸收变压器发生的浪涌电压。
（3）选用集成式直流稳压电源: 有过流、过压、过热等维护效果。
（4）I/O口选用光电、磁电、继电器阻隔,一起去掉公共地。
（5）通讯线用双绞线:扫除平行互感。
（6）防雷电用光纤阻隔最为有用。
（7）A/D转化用阻隔扩大器或选用现场转化:削减差错。
（8）外壳接大地:处理人身安全及防外界电磁场搅扰。
（9）加复位电压检测电路。避免复位不充分, CPU就作业,特别有EEPROM的器材,复位不充份会改动EEPROM的内容。
（10）印制板工艺抗搅扰：
① 电源线加粗,合理走线、接地,三总线分隔以削减互感振动。
② CPU、RAM、ROM等主芯片,VCC和GND之间接电解电容及瓷片电容,去掉高、低频搅扰信号。
③ 独立体系结构,削减接插件与连线,进步牢靠性,削减毛病率。
④ 集成块与插座触摸牢靠,用双簧插座,最好集成块直接焊在印制板上,避免器材触摸不良毛病。
⑤ 有条件的选用四层以上印制板,中心两层为电源及地。
