摘要：單片機系統(tǒng)在星載儀器中往往擔負著非常重要的任務，由于單片機對干擾屬于敏感器件，容易受到干擾影響，導致整個系統(tǒng)癱瘓，因此在系統(tǒng)設計上應充分考慮抗干擾問題，以提高系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)干擾產生的原因，結合實踐，從硬件和軟件兩方面介紹了星載儀器中單片機系統(tǒng)抗干擾措施。

關鍵詞：單片機，抗干擾，硬件，軟件

1引言

　　目前，單片機系統(tǒng)在星載儀器中擔負著非常重要的任務，星載儀器往往處于復雜的空間環(huán)境之中，存在著大量的干擾源，如高能帶電粒子主要通過單粒子效應對單片機系統(tǒng)構成影響，使其發(fā)生單粒子翻轉事件，將導致程序走向混亂，使系統(tǒng)無法正常工作。因此，在系統(tǒng)設計上充分考慮抗干擾設計，提高系統(tǒng)的可靠性尤為重要。對于單片機系統(tǒng)而言，干擾有兩種，一是來源于系統(tǒng)外部環(huán)境和其它電氣設備產生的干擾，通過傳導和輻射等途徑影響單片機系統(tǒng)正常工作；二是來源于系統(tǒng)內部，由系統(tǒng)結構、制造工藝等決定以及內部元器件在工作時產生干擾，通過地址、電源線、信號線、分布電容等傳輸，影響系統(tǒng)工作狀態(tài)。單片機系統(tǒng)抗干擾措施主要從硬件、軟件兩個方面展開避錯、容錯設計，以提高系統(tǒng)的可靠性。

2干擾產生的原因

2.1干擾源

　　干擾源是指產生干擾的元件、設備或信號。產生的干擾包括：

　�。�1）電磁干擾，如繼電器開關啟動、靜電放電、電網(wǎng)電壓波動等都可能引起不同程度的瞬變浪涌電壓，會造成IC和半導體器件PN結燒毀、氧化層擊穿等。

　�。�2）人為干擾，如機械振動、繼電器觸點抖動、元器件安裝和電路板布線引起的電磁耦合、接插件接觸不良、虛焊、放大器自激、電源紋波等。

　�。�3）環(huán)境因素干擾，如噪聲和環(huán)境溫濕度、以及太陽黑子的變化，空間粒子輻射等。

2.2干擾傳輸途徑

　　干擾對單片機系統(tǒng)的影響主要通過三種途徑傳輸，包括：

　�。�1）輸入系統(tǒng)。一般情況下，星載儀器的檢測對象往往是微弱物理信號，通過放大的運放電路和高精度A/D轉換電路組成。如串入干擾，會使輸入的模擬信號失真，數(shù)字信號出錯，從而導致采集的數(shù)據(jù)誤差增大。

　　（2）輸出系統(tǒng)。一旦受到干擾，將使各輸出信號混亂，不能正常反應單片機系統(tǒng)的真實輸出。但一般單片機輸出電路都具有較高的電平，不易受到干擾，需要注意的是其對其他電路的干擾影響。

　�。�3）CPU系統(tǒng)。該干擾主要是由CPU內部時鐘和噪聲引起的，它可使單片機系統(tǒng)總線上的數(shù)字信號錯亂，CPU得到錯誤的地址信號，使程序跑飛或死循環(huán)，導致輸出錯誤，并將這個錯誤一直傳遞，造成系統(tǒng)失敗。

2.3敏感器件

　　在星載儀器單片機系統(tǒng)中，通常會用到一些如A/D、D/A變換器、弱信號放大器等容易被干擾的器件，也是產生干擾的重要原因。

3單片機常用抗干擾技術

　　抗干擾就是針對干擾產生的性質、傳播途徑、侵入位置和侵入形式等，采取相應的方法來消除干擾源，抑制傳播途徑，減弱電路或元器件對噪聲干擾的敏感性，使單片機系統(tǒng)能正常穩(wěn)定地運行。

3.1抑制干擾源的干擾作用

　　針對不同的干擾源采取相應的措施，抑制干擾作用。

　�。�1） 繼電器線圈增加續(xù)流二極管，消除斷開線圈時產生的反電動勢干擾。

　�。�2） 在繼電器接點兩端并接火花抑制電路，一般是RC串聯(lián)電路，電阻一般選幾K到幾十K，電容選0.01uF，減少電火花影響。

　�。�3） 盡可能將干擾源（與電機、繼電器）與敏感器件（單片機）遠離。

3.2硬件干擾抑制技術

　　硬件抗干擾具有效率高的特點，只要合理布置與選擇有關參數(shù)，適當?shù)挠布�抗干擾措施就能抑制系統(tǒng)的絕大部分干擾。

3.2.1電源抗干擾設計

　　單片機系統(tǒng)對電源噪聲很敏感，電源的通斷、瞬時短路及電網(wǎng)串進來的干擾脈沖都會造成單片機誤動作。主要措施為給電源加濾波電路和穩(wěn)壓器，以減少干擾。

3.2.2屏蔽干擾技術

　　在空間環(huán)境中，由于受空間帶電粒子輻射，會造成抗輻射能力較低的器件發(fā)生翻轉或鎖定，嚴重時會使器件失效�？刹捎娩X皮或鉭皮遮擋，進行屏蔽加固。

　　星載儀器中，高靈敏的弱信號探測探頭引線應用屏蔽線，避免外界信號的干擾。將可能產生電磁脈沖的部件如高壓電源，以及靈敏度較高的部件如前置放大器等用金屬罩屏蔽，以減少干擾。

3.2.3隔離抗干擾技術

　　隔離一方面可把外來的干擾通道切斷，從而達到隔離現(xiàn)場干擾的目的。另一方面可將兩條信號線隔開，使彼此的串擾盡可能小，常用的隔離方式有光電隔離、變壓器隔離、繼電器隔離等。

　　a.光電隔離使用光電耦合器來完成，光電耦合器其輸入端和輸出端的電信號是以光為媒介進行間接耦合的，因而具有較高的電氣隔離和干擾抑制能力，除此之外它還能起到很好的安全保障作用，因為在輸入輸出回路間有很高的耐壓值。

　　b.脈沖變壓器可實現(xiàn)數(shù)字信號隔離，脈沖變壓器匝數(shù)少，且一次和二次繞組分別纏繞在鐵氧體磁心的兩側，分布電容僅有幾pF，所以可作為脈沖信號的隔離器件。

　　c.繼電器的線圈和觸點之間沒有電氣上的聯(lián)系，故可利用繼電器的線圈接受電氣信號，利用觸點發(fā)送和輸出信號，避免弱電和強電信號間的直接接觸，實現(xiàn)干擾隔離。

3.2.4印制板PCB抗干擾設計

　　隨著技術的飛速發(fā)展，PCB密度越來越高，PCB設計好壞對單片機系統(tǒng)影響很大。

　　a.設計時盡量選擇多層PCB板，其中一層為地層，一層為電源層，這種選擇能形成良好的退耦電路，并加入地線的屏蔽，可防止產生低電位差和元件之間的耦合。

　　b.晶振與單片機引腳盡量靠近，引線越短越好，用地線把時鐘區(qū)隔離起來，晶振外殼接地并固定。

　　c.電源線，地線應盡量加粗，除減小壓降外，還能降低耦合噪聲。

　　d.TTL，CMOS器件的地線要呈輻射網(wǎng)狀，避免環(huán)形。兩種器件接口應考慮電平匹配。

　　e.印制板布線時，將微弱信號電路與易產生噪聲污染的電路分開布線，信號線與強電控制線路、電源線路分開走線，且相互間保持一定的距離。配線時應區(qū)分交流線、直流穩(wěn)壓電源線、數(shù)字信號線、模擬信號線、數(shù)字地、模擬地等。配線間隔越大，配線越短，則噪聲越小。信號線應盡量遠離高壓線路，如受條件限制，信號線不能與高壓線離得足夠遠，就要采用信號線接電容等各種抑制電磁感應噪聲的措施。