摘要：隨著自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展，MCU控制系統(tǒng)受到越來越多的關(guān)注。通過對單片機(jī)控制系統(tǒng)的研究，分析單片機(jī)軟件、硬件的設(shè)計(jì)原則，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)抗干擾的能力，提高系統(tǒng)的可靠性。

　　關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制系統(tǒng);單片機(jī);可靠性

　　1引言

　　作為一個(gè)微型計(jì)算機(jī)，單片機(jī)MCU就是通過集成電路技術(shù)把很多種電路系統(tǒng)綜合在一起，集成一個(gè)電路芯片，與家用計(jì)算機(jī)相比，在數(shù)據(jù)處理方面旗鼓相當(dāng)。單片機(jī)的體積較小，結(jié)構(gòu)相對簡單，實(shí)用性方面比較強(qiáng)，現(xiàn)在大部分的工廠企業(yè)都在使用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字化操控工作。運(yùn)算器和寄存器還有控制器這三部分組成了單片機(jī)。運(yùn)算器在工作的時(shí)候利用邏輯運(yùn)算程序能夠快速完成很多數(shù)據(jù)之間的運(yùn)算，控制器在單片機(jī)中就是相當(dāng)于最高控制中心的存在，單片機(jī)的運(yùn)行就是控制器在相關(guān)的軟件之間做出協(xié)調(diào)運(yùn)行才能夠?qū)崿F(xiàn)的。寄存器主要存儲(chǔ)各種信息，MCU的內(nèi)部軟件配置是互連和協(xié)調(diào)的有機(jī)統(tǒng)一。在控制器指示后，操作系統(tǒng)執(zhí)行操作并將結(jié)果登記在寄存器中。

　　2規(guī)范合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和容錯(cuò)設(shè)計(jì)

　　與一般的控制系統(tǒng)比較，在電機(jī)運(yùn)動(dòng)精度的控制部分，單片機(jī)的優(yōu)勢有很多。采用步進(jìn)電機(jī)是經(jīng)過深思熟慮以后進(jìn)行篩選的結(jié)果，接地和濾波這些都是為了增加單片機(jī)的可靠性、容錯(cuò)性方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。雖然涉及的材料都相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，可故障安全設(shè)計(jì)在整個(gè)單片機(jī)設(shè)計(jì)當(dāng)中占著非常重要的地位。在單片機(jī)的使用過程當(dāng)中，使用的時(shí)間越長，單片機(jī)噪音和卡頓現(xiàn)象就會(huì)相繼出現(xiàn)，想要解決非常的困難。因?yàn)檫@是一種必然現(xiàn)象，所有的計(jì)算機(jī)，在使用時(shí)間長了以后都會(huì)出現(xiàn)卡頓和噪音的現(xiàn)象。而智能模塊決定了單片機(jī)系統(tǒng)，是否穩(wěn)定工作。

　　3單片機(jī)控制系統(tǒng)的干擾問題

　　單片機(jī)的干擾問題一直是老大難問題[1-4]，對單片機(jī)的工作影響非常的大，解決起來也非常不容易，需要工作很多年的老技術(shù)員，通過對類型和來源等等方面，進(jìn)行深入的比對了解才能夠找到干擾單片機(jī)工作的干擾源在什么地方，然后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。

　　通常我們把影響單片機(jī)工作的干擾源分為兩個(gè)方面，分別是內(nèi)部干擾、外部干擾，詳細(xì)說起來干擾原因可分為以下幾類：(1)空間引起的干擾�？臻g電磁場的波動(dòng)會(huì)對單片機(jī)的工作產(chǎn)生一定的影響。(2)過程通道抗干擾。過程通道是MCU控制系統(tǒng)的輸入和輸出以及MCU與其他智能設(shè)備之間的信息傳輸路徑。(3)地電位波動(dòng)。由于整個(gè)MCU控制系統(tǒng)的接地線不同，因此它們之間存在一些潛在的差異。(4)能源系統(tǒng)中斷。計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)通常由交流電網(wǎng)供電，電網(wǎng)的各種影響和RF的波動(dòng)引起系統(tǒng)供電電壓的波動(dòng)，從而引起微控制器控制系統(tǒng)的干擾。(5)遠(yuǎn)距離傳輸干擾。MCU控制系統(tǒng)的受控對象與MCU之間通常存在長距離或短距離。當(dāng)信號傳輸過程中信號與傳輸線的終端阻抗不匹配或信號傳輸延遲時(shí)，會(huì)對系統(tǒng)造成干擾。

　　4硬件的抗干擾技術(shù)

　　(1)屏蔽技術(shù)�，F(xiàn)在的抗干擾技術(shù)相對比較發(fā)達(dá)，能很好地對電磁干擾進(jìn)行有效的屏蔽，使單片機(jī)能夠正常地完成工作，是現(xiàn)在常用的一種抗干擾技術(shù)手段。(2)接地技術(shù)。利用接地技術(shù)可以在單片機(jī)工作的過程當(dāng)中防護(hù)工作人員的安全，防止單片機(jī)發(fā)生損壞。利用接地技術(shù)以后能夠讓噪音電壓在底下形成地環(huán)路，能夠非常有效地控制住干擾。在單片機(jī)系統(tǒng)控制方面有著非常大的好處。

　　(3)電源配置在完整的MCU控制系統(tǒng)中，電源模塊的穩(wěn)定性和可靠性是系統(tǒng)穩(wěn)定件。常見的電源故障包括電源線的高頻干擾，感應(yīng)負(fù)載引起的瞬態(tài)噪聲，晶閘管開啟/關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生的干擾等。(4)硬件過濾技術(shù)。在收集和輸入數(shù)據(jù)的過程中，MCU控制系統(tǒng)經(jīng)常受到外部內(nèi)部干擾，如果發(fā)生過多干擾，系統(tǒng)甚至無法正常工作。因此，濾波器是必需的。最終的濾波器電路包括無源濾波器，有源濾波器，信號濾波器和開發(fā)計(jì)算機(jī)時(shí)出現(xiàn)的數(shù)字濾波器(即軟件濾波器)。

　　(5)隔離技術(shù)隔離的本質(zhì)是通過阻塞引入的干擾信道來實(shí)現(xiàn)隔離現(xiàn)場干擾的目標(biāo)，這種方法可用于抑制尖峰干擾和共模干擾。一般工業(yè)應(yīng)用的單片機(jī)控制系統(tǒng)采用的隔離措施有：光電隔離、繼電器隔離和變壓器隔離等。(6)接線抗干擾技術(shù)。MCU控制系統(tǒng)的PCB選擇必須適中，接線必須合理，并且還必須滿足抗干擾技術(shù)的要求。將弱信號電路與容易產(chǎn)生噪聲的電路分開，盡量確保傳輸信號損耗小且波形不失真。系統(tǒng)電路間的耦合降低到最小。

　　5軟件的抗干擾技術(shù)

　　(1)冗余技術(shù)說明。當(dāng)處理器受到干擾并陷入無限循環(huán)時(shí)，程序可能會(huì)混淆。此時(shí)，系統(tǒng)必須處于正確的軌道上，即使用指令的冗余技術(shù)。通常，該技術(shù)解決了確定性干擾。當(dāng)程序?qū)�彈變�(yōu)閱巫止?jié)指令時(shí)，不會(huì)發(fā)生使用操作數(shù)作為指令的錯(cuò)誤，而取而代之的是自動(dòng)納入正軌。

　　(2)技術(shù)軟件陷阱。所謂的軟件陷阱是一種下載指令，它強(qiáng)制捕獲的程序到指定的地址，去運(yùn)行一段程序出處理程序，使程序運(yùn)行處于正�；�。如果該程序的地址被稱為ERROR，如果程序無法正常工作，然后PC指針將落在這些位置。可以有效地捕獲它以使其恢復(fù)正常的程序操作，并且如果電可編程序只讀存儲(chǔ)器容量允許，軟件陷阱會(huì)好得多。

　　(3)程序運(yùn)行監(jiān)視器。程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)又稱看門狗技術(shù)，當(dāng)程序失控或進(jìn)入無限循環(huán)時(shí)，當(dāng)定時(shí)器超時(shí)，但系統(tǒng)無法更新時(shí)，定時(shí)器將被中斷，返回原始程序，或重啟微控制器。

　　(4)輸入輸出數(shù)字量的軟件抗干擾。系統(tǒng)中不同類型的干擾主要分布在核心的輸入，輸出和系統(tǒng)部分。因此，有必要校正數(shù)字量輸入以及輸出的噪聲。程序方法靈活，經(jīng)濟(jì)，是最合適的方法。輸入數(shù)字值中的干擾信號基本上類似于毛刺，并且動(dòng)作時(shí)間短�？梢酝ㄟ^重組來過濾由隨機(jī)干擾引起的錯(cuò)誤輸入狀態(tài)信號。還可以設(shè)置反饋檢測通道以確定輸出是否正確。

　　(5)數(shù)字濾波技術(shù)。數(shù)字濾波技術(shù)可分為遞歸濾波器和非遞歸濾波器。常用的數(shù)字濾波方法有：程序判斷濾波方法，中值濾波方法，平均算術(shù)濾波方法，平均遞歸濾波方法，抗脈沖平均濾波方法和方法第一順序的后期過濾。它的技術(shù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的基礎(chǔ)上開發(fā)的軟件濾波器，它過濾與數(shù)字信號混合的干擾信號。

　　6結(jié)語

　　在單片機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)可靠性能和抗干擾技術(shù)方面，想要更好地掌握相應(yīng)的技術(shù)，就需要經(jīng)過刻苦的學(xué)習(xí)，多了解相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，實(shí)踐與理論相結(jié)合。只有掌握了相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)并且學(xué)會(huì)怎樣應(yīng)用，才能在單片機(jī)自動(dòng)控制領(lǐng)域有所作為，對單片機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。保證自動(dòng)控制系統(tǒng)在使用的過程當(dāng)中安全、可靠，更好地為我國的工業(yè)做出貢獻(xiàn)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]孫殿紅,碩力更.單片機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性及電磁兼容性[J].安全與電磁兼容，1999(02):34-38.

　　[2]林大元,梁平.單片機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性探討[J].內(nèi)江科技,2013,34(03):166-167.

　　[3]孫殿紅,碩力更.單片機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性及電磁兼容[J].電子制作,2000(11):30-32.

　　[4]王承.制藥行業(yè)空調(diào)自控系統(tǒng)的構(gòu)建與優(yōu)化[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2011,10(07):101-102.

　　相關(guān)刊物推薦：《產(chǎn)業(yè)與科技論壇》雜志創(chuàng)刊于1975年，經(jīng)中華人民共和國新聞總署批準(zhǔn)，由河北省社會(huì)科學(xué)院主管，河北省社會(huì)科學(xué)院財(cái)貿(mào)經(jīng)濟(jì)研究所主辦的省級綜合性大型理論與實(shí)踐月刊。