（安徽南瑞继远电网技术有限公司安徽合肥230088）
摘要：随着科学技术的发展，各个领域中都有了单片机的广泛应用。而嵌入式系统中的一个可靠性指标就是其抗干扰性能，这是单片机系统研制不可忽视的内容，有利于提高其在系统应用中的可靠性，需要根据现场具体情况进行设计。因此，必须要认识到嵌入式系统中硬件抗干扰技术的重要作用，并结合嵌入式系统的特点，运用更多有效的措施提高抗干扰技术的作用。
关键字：嵌入式系统；硬件；抗干扰；技术
在单片机的日常运程中，外界会产生一定的干扰作用，影响系统的可靠性和稳定性，而电磁波是其最大的外力干扰因素。因此，在嵌入式系统运行工作中，必须要保证单片机运行状态的稳定性。根据单片机嵌入式系统的抗干扰形式，把握单片机嵌入式系统硬件抗干扰技术的有效对策。
一、嵌入式系统
嵌入式系统硬件抗干扰运用的都是看门狗电路，比如计数器和控制电路。在嵌入式系统正常运行时，隔一定时间嵌入式系统的CPU就会清零看门狗电路的计数器，即喂狗。一般嵌入式系统喂狗的时间间隔不超过计数器的溢出时间，看门狗芯片不会进行嵌入式系统复位。如果嵌入式系统正常工作，在系统发生异常后，其CPU正常喂狗操作就会受到影响。一旦超过设定的喂狗时间，计数器就会发生溢出，并对嵌入式系统强制复位，将其重新启动运行，实现系统硬件的正常运行。通常嵌入式系统需要运用SOC和看门狗芯片，通过I/0(输入/输出)管脚CPU进行喂狗，这样可以增加系统的灵活性，复位信号是看门狗芯片复位输出RESET送出SOC芯片或CPU芯片，当然也可以添加控制逻辑在看门狗芯片和SOC芯片或CPU芯片间[1]。如果发生系统异常，规定时间内CPU喂狗就会输出复位信号，整个系统就会复位。在SOC芯片上增加看门狗芯片方案，不仅可以降低系统的集成度，而且系统成本和单板面积开销增加。CPU喂狗可以运用更高的效率，提高喂狗任务的优先级，防止CPU被其他任务长时间占据，喂狗被停止，此时系统就会出现非正常复位，CPU效率大大降低。
二、嵌入式系统硬件抗干扰技术
（一）抑制干扰源
在抗干扰设计中，抑制干扰源坚持最优先考虑和最重要原则，效果非常好，而抑制干扰源就是要尽可能的减小干扰源的du/dt和di/dt。在干扰源两端进行电容并联可以减小干扰源du/dt，而di/dt减小干扰源的需要增加干扰源回路串联电感或电阻和续流二极管。因此，需要将二极管续流增加在继电器线圈中，此时断开线圈时产生的反电动势干扰就会被消除[2]。但是如果只加续流二极管，继电器的断开时间就会发生滞后，所以必须增加稳压二极管，提高其动作次数。在继电器接点两端并接火花抑制电路，可以减小电火花带来的影响。在电机中加滤波电路时，电容和电感引线不能太长，要降低IC对电源的影响，电路板上将IC与0.01μF-0.1μF的高频电容并接。而且在高频电容布线时，需要靠近电源端连接，并注意其滤波效果，减少高频噪声发射，保证布线不会出现90度折线。
（二）切断传播路径
干扰的传播路径主要有两种：传导干扰和辐射干扰，其中传导干扰对敏感器件的干扰是通过导线进行传播的，因为高频干扰噪声和有用信号频带不同，在导线上增加滤波器就可以切断传播高频干扰噪声，也可以增加隔离光耦。而辐射干扰的干扰方式是通过空间辐射传播的，通常需要将干扰源和敏感器件的距离延长，在隔离敏感器件时需要运用地线。一般切断干扰传播路径充分考虑电源对单片机带来的影响，这与电源有关，因为电源噪声会严重影响单片机，要减少其对单片机的干扰，可以在单片机电源上增加滤波电路或稳压器[3]。比如可以运用100Ω电阻和电容组成π形滤波电路，如果条件允许最好用磁珠来替代100Ω电阻。电机等噪声器件的控制需要运用单片机的I/O口进行，所以要隔离I/O口与噪声源，增加π形滤波电路。同时也要注意晶振布线，尽量将晶振与单片机引脚靠近，隔离时钟区时可以运用地线，通过晶振外壳接地固定。而要合理分区电路板，尽可能隔离干扰源和敏感元件，比如增加电机、继电器和单片机的距离。隔离数字区和模拟区需要运用地线，通过分离数字地和模拟地，在一点接于电源地。在电路板边缘可以设置大功率器件，并将单片机和大功率器件的地线单独接地，降低它们相互之间的干扰。对于单片机I/O口、电源线、电路板连接线等关键地方，要提高电路的抗干扰性能，可以加强磁珠、磁环、电源滤波器、屏蔽罩等抗干扰元件的应用。
（三）提高器件抗干扰性
敏感器件的抗干扰性能与敏感器件对干扰噪声的拾取有关，对于这种不正常状态必须要尽快恢复。因此，在实际布线时回路环的面积要尽可能减少，感应噪声才可能降低。而且电源线和地线不能太细，要减小压降，降低耦合噪声。单片机闲置的I/O口要接地或接电源，不能悬空，在不改变系统逻辑的情况下，其它IC的闲置端要接地或接电源[4]。要提高电路的抗干扰性能，在单片机中可以使用电源监控和看门狗电路，比如IMP809、IMP706、IMP813，X5043或X5045等。要尽可能降低单片机晶振，并选用低速数字电路，保证其速度可以满足要求，少用IC座，在电路板上直接焊接IC器件。
（四）其它抗干扰对策
变压器需要运用双隔离，在变压器初级输入端与电容串接，硬件抗干扰的关键手段就是初、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。在次级加低通滤波器中，可以对变压器产生的浪涌电压进行吸收。而交流端用电感电容滤波可以去掉高频低频干扰脉冲，过流、过压、过热等可以运用集成式直流来稳压电源，起到一定的保护作用。光电、磁电、继电器可以隔离I/O口，同时去掉公共地，而通讯线排除平行互感可以运用双绞线。隔离放大器或现场转换可以减少误差，这可以运用A/D转换完成。在加复位电压电路检测中，如果CPU尤其是EEPROM器件不工作，复位不充分就会使得EEPROM内容改变。在印制板工艺抗干扰时，必须要加粗电源线，通过合理走线、接地，将三总线分开来减少互感振荡。去掉VCC和GND之间的高、低频干扰信号，在CPU、RAM、ROM等主芯片接电解电容及瓷片电容[4]。要减少故障率，提高可靠性，必须要建立独立系统结构，减少接插件与连线，运用双簧插座，避免出现器件接触不良等问题，所以可以在印制板上直接焊接集成块，如果有条件中间两层为电源接地，四层以上为印制板。
结语：
嵌入式系统的硬件是提高其抗干扰能力的重要部分，是系统可靠性的重要保障，而其抗干扰影响的主要因素包括系统结构设计、元器件选择、安装、制造工艺等等。如果不进行单片机系统的干扰控制，单片机系统就会出现失常运行，对产品质量和产量都产生重要影响，更有甚者可能发生事故，使得企业经济损失重大。因此，必须要认识到嵌入式系统硬件抗干扰性能的重要性，并很对印制电路、光电隔离、电源、去耦等内容进行抗干扰设计，保证系统的连续稳定运行，为被控系统长期稳定工作提供条件。
参考文献：
[1]杨晓红.单片机嵌入式系统的抗干扰技术[J].硅谷，2014（6）：54.
[2]谭庆龙.单片机嵌入式系统的抗干扰技术研究[J].中国新通信，2016，18（11）：38.
[3]谢银昆.单片机嵌入式系统的抗干扰技术研究[J].工业，2016，18（9）：118.
[4]姜凤茹.单片机嵌入式系统的抗干扰技术[J].中小企业管理与科技旬刊，2015（32）：275.
[5]胡晓鹏.对嵌入式系统硬件抗干扰技术的研究[J].信息通信，2017（3）：18-19.
作者简介：
叶伟（1984-），男，汉族，安徽合肥人，本科，工程师，主要研究方向：电力系统及其自动化
袁堃（1986-），男，汉族，安徽安庆人，本科，工程师，主要研究方向：电力系统及其自动化
葛绍妹（1988-），女，汉族，安徽亳州人，研究生，工程师，主要研究方向：电力系统及其自动化