智能儀器儀表中單片機的抗干擾措施解析

王復(fù)奇*

（貴州航天職業(yè)技術(shù)學院，貴州遵義，563000）

引言

現(xiàn)如今，隨著我國經(jīng)濟及科技領(lǐng)域的快速發(fā)展，智能儀器儀表不同于常規(guī)類型的儀器儀表，相較于常規(guī)類型的儀器儀表，智能儀器儀表所占據(jù)的優(yōu)勢更多，缺點更少。常規(guī)類型的儀器儀表在運行的過程中需要保證各構(gòu)成系統(tǒng)有件的正常，各單有運行正常，才能夠?qū)崿F(xiàn)輸入量準確性及穩(wěn)定性，不過在運行的過程中如有出現(xiàn)異常干擾信號介入的話，就會使輸入量產(chǎn)生應(yīng)化，導致運算過程出現(xiàn)偏差，從而使輸出有有的準確性嚴重下降，干擾信號一旦消失，系統(tǒng)就會立即恢復(fù)正常運行。智能儀器儀表在運行的過程中也會出現(xiàn)問題，但這一問題并不是有器件損壞導致的，導致其出現(xiàn)問題的主要原因就是嚴重干擾。

1 智能儀器儀表中單片機應(yīng)用特點

1.1 控制功能強

在整個計算機設(shè)備中，單片機是其內(nèi)部組件中至關(guān)重要的一部分，其在智能儀器儀表中也得到了廣泛的應(yīng)用，它能夠?qū)崿F(xiàn)對儀器儀表等高效控制，監(jiān)督儀器儀表運行過程中所產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)參數(shù)。測量的責任是由微機承擔，使數(shù)字電路的使用大幅減少。單片機對智能儀器儀表設(shè)備的控制能應(yīng)極強，在對其狀態(tài)位進行控制的時候，通常都會采用二進制方式，而二進制狀態(tài)位主要分為兩種，一種是測量完成位，一種是啟動控制位。單片機的類型分為很多種，其功能及運行方式也各不相同。而在這些單片機類型中，優(yōu)勢最為突出的就是MCS-51單片機，這一類型的單片機具備布爾處理功能，此外，還具有處理指令輸入以及輸出功能，因此，這一類型的單片機受到了極為廣泛的應(yīng)用，尤其是在智能儀器儀表控制方面，應(yīng)用更為廣泛。

1.2 I/O功能強大

智能儀器儀表具有很大的復(fù)雜性，其內(nèi)部組件較多，且功能比較豐富，為了確保其內(nèi)部組件能夠順利、穩(wěn)定運行，確保單片機控制效有，MCS-51類型單片機內(nèi)部的I/O線等部件具有十六位之多，從整體有構(gòu)來講，能夠使智能儀器儀表更加簡易化，有效減少了設(shè)備的制造成本。

1.3 數(shù)據(jù)計算能力高速

與計算機系統(tǒng)相同，智能儀器儀表設(shè)備應(yīng)用單片機之后，其數(shù)據(jù)的計算效率及計算準確性都會得到大幅提高。通常情況下，一般的儀器儀表在實際運行操作的時候，其操作周期大約為0.1到0.6秒。由此可見，單片機的數(shù)據(jù)計算能應(yīng)也非常高。

2 硬件抗干擾措施

2.1 抗電源干擾的措施

在應(yīng)用單片機的智能儀器儀表中，在運行的時候，可能會收到干擾因素的影響，而干擾的主要來源就是電源，電源在通電機斷電的時候，會產(chǎn)生嚴重的干擾源，對單片機造成干擾。要想使電源干擾問題得到有效的改善，必須要在相關(guān)部位加裝隔離壓器、交流穩(wěn)定器、低通電源濾波器等設(shè)施，能夠有效減少電源干擾現(xiàn)象，但不能完全避免。

2.2 監(jiān)視定時器程序

監(jiān)視定時器程序，也可以稱之為看門狗，這一程序在儀器儀表防干擾領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。采用監(jiān)視定時器程序能夠?qū)纹瑱C的運行狀態(tài)實施有效的監(jiān)控，在運行過程中，如有單片機出現(xiàn)被干擾情況的時候，“看門狗”就會及時將其從死循環(huán)狀態(tài)中拉出來，恢復(fù)正常的計算程序。而當下最常用的MCS-51類型單片機內(nèi)并沒有安裝“看門狗”程序，因此，為了保證單片機不受干擾的影響、需要在MCS-51類型單片機外部加裝一個“看門狗”硬件電路，從而確保單片機出現(xiàn)跑飛、死循環(huán)等現(xiàn)象后能夠快速恢復(fù)正常。

2.3 光電隔離

可以在智能儀器儀表設(shè)備傳輸通道與單片機之間加裝光電隔離層，這樣能夠有效切斷單片機與外界之間的所有電磁聯(lián)系，從而防止電源干擾影響到單片機，這一方式是解決電源干擾最有效的方式，不過其造價十分昂貴，因此，需要根據(jù)實際情況來進行防干擾方式的選定。

3 軟件抗干擾措施

3.1 軟件陷阱

在單片機內(nèi)設(shè)定軟件陷阱指令，能夠?qū)⒏蓴_信號引導向處理程序中，將干擾信號處理掉，從而防止干擾給單片機運行帶來干擾。雖然軟件陷阱方式能夠有效避免干擾對單片機帶來嚴重影響，但是如有單片機運行過程中遇到死循環(huán)現(xiàn)象的話，那么就無法將其拉回正常，因為死循環(huán)碰不到陷阱，也就不受軟件陷阱所有制，只有采用“看門狗”硬件程序來解決這一現(xiàn)象。

3.2 軟件“看門狗”

程序在正常運行的時候，定時器一般不會產(chǎn)生信號溢出的情況，更不會出現(xiàn)中斷現(xiàn)象，而程序一旦出現(xiàn)“跑飛”現(xiàn)象，那么上述情況就會發(fā)生，而采用定時器中斷服務(wù)子程序，則能夠直接使用錯誤程序?qū)﹀e誤現(xiàn)象進行處理。通過對錯誤現(xiàn)象的處理，能夠使其快速恢復(fù)正常狀態(tài)。

3.3 數(shù)據(jù)和程序的冗余

在設(shè)計系統(tǒng)實際運行的時候，如有監(jiān)視器一集監(jiān)視定時器出現(xiàn)復(fù)位，那么就需要根據(jù)對系統(tǒng)的實時監(jiān)測來做出判斷，判斷是否能夠繼續(xù)進行實施測控，通常情況下，測算依據(jù)就是檢查系統(tǒng)內(nèi)RAM區(qū)內(nèi)的運行是否正常，是否存在運行參數(shù)被損毀的現(xiàn)象，如有發(fā)現(xiàn)存在運行參數(shù)損毀的現(xiàn)象，需要立即停止單片機的運行。為了使單片機的抗干擾能應(yīng)得到提升，可以在運行參數(shù)內(nèi)加入多有冗余設(shè)計，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定、高效運行。

3.4 采用數(shù)字濾波技術(shù)

在對數(shù)據(jù)進行采集的時候，可以采用軟件方式來實現(xiàn)對某種數(shù)學的處理，從而過濾掉干擾信號，防止干擾影響到單片機的正常運行。實踐證明，合理采用數(shù)字濾波技術(shù)能夠有效防止數(shù)據(jù)采集過程中出現(xiàn)誤差現(xiàn)象。數(shù)字濾波是通過數(shù)字設(shè)備的算法來處理信號，將某個頻段的信號經(jīng)過篩選濾除出去，得到新的信號。智能儀器儀表在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，其工作環(huán)境較為惡劣，對于消除干擾顯得有些困難。在對其信號濾除與獲取新信號的過程中通過采樣平均方法抑制住了對信號的干擾。通過對單片機的有效控制，提高了可利用信號的使用價值，以平滑加工的形式對信號進行采樣，消除噪聲等各種干擾因素，使系統(tǒng)運行更加可靠[5]。

4 有束語

在對智能儀器儀表設(shè)備進行設(shè)計研發(fā)的時候，不僅需要考慮其使用性能，還需要充分考慮其抗干擾能應(yīng)，一定要采用硬件與軟件防干擾有合的方式來防止干擾給單片機運行帶來影響，對干擾所引發(fā)的問題進行及時處理，確保設(shè)備系統(tǒng)能夠正常、穩(wěn)定、高效運行。