摘要：基于微機主要部件的抗擾性能試驗，提出了幾種在單片微機上行之有效的軟件抗干擾對策，探索了抗干擾程序的原理及設(shè)計方法。

    關(guān)鍵詞：工業(yè)控制 單片計算機 軟件抗干擾

對于研制微機工控系統(tǒng)的科技人員而言，系統(tǒng)自身及應(yīng)用環(huán)境產(chǎn)生的各種電磁噪聲信是普遍的困擾因素。許多應(yīng)用系統(tǒng)在進行仿真調(diào)試和實驗室內(nèi)的聯(lián)機試運行時都是成功的，然而一旦進入現(xiàn)場使用，系統(tǒng)則會產(chǎn)生預(yù)料以外的誤動作或誤顯示，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致前期研制成果基本失效，浪費了寶貴的時間和人力物力。因此，如何在系統(tǒng)研制的過程中對干擾源進行正確的分析，如何提高系統(tǒng)各部分及整體抗電磁干擾的能力，已經(jīng)日益引起人們的高度重視。以往對于電磁干擾的抑制主要側(cè)重于采取硬件措施，例如電磁隔離、去耦濾波、噪聲補償、CPU“看門狗”等。

筆者在研制數(shù)控設(shè)備的過程中對單片機受到的常見干擾進行了試驗分析，采用了相應(yīng)的軟件抑制及補償措施，室內(nèi)模擬噪聲測試和現(xiàn)場使用均證明了這些方法的有效性。

1 單片機的各部分對干擾信號的反應(yīng)

單片機屬于數(shù)字系統(tǒng)，各邏輯元件都有相應(yīng)的閾電平和噪聲容限，外來噪聲只要不超過邏輯元件的容限值，整個系統(tǒng)就能維持正常。然而一旦侵入系統(tǒng)的噪聲超過了某種容限，此干擾信號就會被邏輯器件放大、整形，成為產(chǎn)生誤動作的重要原因。倘若干擾改變了觸發(fā)器或存儲器的信息，則在噪聲消失后系統(tǒng)也不能恢復(fù)正常運行。因此，在分析計算機系統(tǒng)受干擾的原因時，應(yīng)當(dāng)注意其對噪聲信號的存儲或滯留特性。

我們借鑒美國電器制造商協(xié)會（NEMA）提出的工控微機抗擾度試驗標(biāo)準(zhǔn)，將放電干擾電壓提高到2kV,檢測常用的MCS-51系列芯片各部分的超�？箶_受擾結(jié)果，以分析確定相應(yīng)的軟件對策。試驗原理及觸點的放電波形、電纜感應(yīng)的干擾電流波形分別如圖1～圖3所示，試驗時將圖1中剩余的電纜芯線分別接到集成電路的受試引腳上，每次干擾試驗持續(xù)6min。

1.1 中央處理器CPU

CPU屬于高速數(shù)字器件，易受干擾有運算器、控制器和控制寄存器。當(dāng)電磁干擾信號竄入時，CPU將錯誤地執(zhí)行指令，引起誤動作或者錯誤的結(jié)果；而控制寄存器中的信息如果被噪聲修改，將導(dǎo)致初始化錯誤、尋址失敗乃至系統(tǒng)癱瘓。試驗表明，干擾信號大多數(shù)由總線導(dǎo)入CPU內(nèi)；其中與外界聯(lián)系最頻繁、因而最容易受干擾的是程序指針PC，這種干擾往往引發(fā)致命錯誤，屬于重點防范和重點糾錯的對象。

1.2 特殊功能寄存器SFR

SFR包括各種I/O端口的寄存器、各種片內(nèi)部件的工作方式寄存器，以及堆棧指針、數(shù)據(jù)指針等等，其特點是傳遞數(shù)據(jù)的速度高，能夠與CPU的運行密切配合。如果某個SFR被干擾信號改寫，則意味意程序運行的結(jié)果異常，輕者改變單睡機內(nèi)各部件的操作控制，得則導(dǎo)致整個系統(tǒng) 的輸出紊亂，引發(fā)故障或安全事故。因此，對于與程序有關(guān)的SFR內(nèi)容必須提供及時有效的保護。

1.3 存儲器MEM

微處理機的存儲器包括片內(nèi)存儲器及片外擴展的存儲器。為了增強抑制噪聲的能力，工控計算機數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器一般分屬兩個器件。噪聲試驗表明：程序存儲器（EEPROM或者EPROM）的抗擾度最高，經(jīng)過引腳噪聲超常耦合試驗后芯片內(nèi)容毫無變化；單片機內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲器（片仙RAM）抗擾度也較為滿意，經(jīng)過9次試驗后僅有兩個字節(jié)的內(nèi)容發(fā)生了改變，累積變化率不到1%；片外RAM（6264）的抗擾性能相對較差，在6次試驗后，其內(nèi)容的累計變化率已達8.05%。因此，在干擾信號較強的環(huán)境中運行的工控微機，其較持久的和重要的數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)保存在片內(nèi)RAM之中，在擴展的RAM中只宜保存臨時數(shù)據(jù)（中間變量）