在復(fù)雜的電磁環(huán)境下運(yùn)行的單片機(jī)系統(tǒng)，容易受到各種干擾源的影響，導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降、數(shù)據(jù)出錯甚至宕機(jī)。為了提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，需要從電源、信號通道、PCB設(shè)計、硬件防護(hù)、軟件策略等多維度綜合考慮抗干擾設(shè)計方案。英銳恩單片機(jī)工程師介紹，單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾能力的提升需要軟硬件協(xié)同設(shè)計，尤其在工業(yè)自動化、醫(yī)療設(shè)備、無線通信等高可靠性場景中更顯重要。

一、電源干擾的抑制措施

電源是系統(tǒng)的“生命線”，任何來自電網(wǎng)的騷擾都可能通過電源線傳導(dǎo)進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)部，成為EMI的直接來源。因此，需要從源頭有效屏蔽和濾除干擾信號。

1. 電源線中的高頻傳導(dǎo)干擾

供電電網(wǎng)相當(dāng)于一個接收天線，會捕獲來自雷擊、電弧、無線電臺等高頻輻射干擾，經(jīng)由變壓器耦合至單片機(jī)系統(tǒng)。抑制措施：
（1）在電源輸入端加入LC濾波器、共模扼流圈或TVS二極管；
（2）使用隔離型電源模塊（如DC-DC、光耦隔離）；
（3）增加EMI濾波器并保證良好接地。

2. 感性負(fù)載引起的瞬態(tài)干擾（EFT）

切斷或接通感性負(fù)載（如繼電器、電磁閥）時，會產(chǎn)生尖峰電壓、電流，從而形成瞬變騷擾。抑制措施：
（1）在負(fù)載兩端加裝續(xù)流二極管、RC吸收電路或壓敏電阻（MOV）；
（2）采用屏蔽雙絞線傳輸敏感信號；
（3）所有濾波元件必須接至低阻抗地。

二、模擬信號采樣的抗干擾策略

在模擬量采樣系統(tǒng)中，干擾信號極易疊加在微弱的傳感器信號上，造成誤差，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。有效抑制措施：
（1）使用差分放大器（如儀表放大器）抑制共模干擾；
（2）測量線路采用屏蔽雙絞線；
（3）將模擬量從電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號（4–20mA標(biāo)準(zhǔn)），抗干擾性更強(qiáng)；
（4）在模擬輸入端加裝低通RC濾波器（如10kΩ+0.1μF）；
（5）保證A/D轉(zhuǎn)換器參考電壓穩(wěn)定，優(yōu)選帶隙基準(zhǔn)源。

三、數(shù)字信號通道的抗干擾技術(shù)

數(shù)字輸入/輸出通道作為單片機(jī)與外部設(shè)備之間的橋梁，是干擾最易進(jìn)入的路徑之一，尤其在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中更為明顯?？垢蓴_設(shè)計要點：
（1）信號線采用屏蔽線或屏蔽雙絞線布線；
（2）輸入通道加入RC低通濾波器，抑制尖峰；
（3）數(shù)字信號接口加裝光耦隔離器件（如6N137）；
（4）數(shù)字地與模擬地分離，僅一點接地；
（5）所有信號必須在 PCB 上靠近地線走線，避免形成大環(huán)路。

四、硬件監(jiān)控與防護(hù)電路

為確保系統(tǒng)在干擾發(fā)生時自動恢復(fù)正常工作狀態(tài)，需要在電路中嵌入專用硬件監(jiān)控模塊。主要監(jiān)控功能：
（1）上電復(fù)位（Power-On Reset）：確保系統(tǒng)啟動時處于確定狀態(tài)。
（2）掉電檢測與復(fù)位（Brown-Out Reset）：電壓過低自動復(fù)位系統(tǒng)，防止誤操作。
（3）電源監(jiān)測與報警：通過比較器或電壓監(jiān)測芯片檢測VCC異常，觸發(fā)中斷或報警。
（4）硬件看門狗（WDT）：獨立計時器自動溢出復(fù)位；避免程序跑飛或“死循環(huán)”。

五、PCB布局與布線的抗干擾設(shè)計

1. 關(guān)鍵器件的合理布局
（1）晶振、時鐘電路應(yīng)靠近單片機(jī)布局；
（2）復(fù)位、看門狗等關(guān)鍵元件靠近對應(yīng)引腳；
（3）強(qiáng)干擾器件（繼電器、電源開關(guān)）遠(yuǎn)離微處理器核心；
（4）模擬與數(shù)字模塊物理分區(qū)布局。

2. A/D、D/A轉(zhuǎn)換器接地設(shè)計
（1）分別接入模擬地（AGND）與數(shù)字地（DGND）；
（2）數(shù)模地僅在電源入口或地平面一點連接；
（3）高速信號路徑周圍必須保持地完整，避免斷裂或縫隙；
（4）對高噪聲模塊（如開關(guān)電源）使用金屬屏蔽罩接地處理。

六、軟件抗干擾技術(shù)

軟件抗干擾是對硬件措施的有效補(bǔ)充，成本低，靈活性強(qiáng)，可根據(jù)應(yīng)用場景定制。

1. 數(shù)字濾波算法
（1）滑動平均法、中值濾波法、限幅濾波法；
（2）抑制A/D轉(zhuǎn)換過程中的瞬時突變值；
（3）與硬件濾波器聯(lián)合使用可進(jìn)一步增強(qiáng)抗干擾性能。

2. 輸入信號去抖與重復(fù)檢測
（1）連續(xù)檢測輸入信號數(shù)值兩次或多次一致才確認(rèn)有效；
（2）加入采樣間隔延時，防止干擾誤觸發(fā)；
（3）應(yīng)用于開關(guān)按鈕、限位開關(guān)等開關(guān)量輸入場合。

3. 輸出信號重復(fù)刷新
（1）周期性重復(fù)寫入輸出口數(shù)據(jù)，避免中途干擾導(dǎo)致誤動作；
（2）對鎖存型輸出口特別有效；
（3）在主循環(huán)中加入數(shù)據(jù)刷新代碼塊。

4. 軟件攔截與程序異常防護(hù)
（1）通過定時中斷檢查程序執(zhí)行狀態(tài)；
（2）利用特定入口跳轉(zhuǎn)機(jī)制攔截“程序飛跑”；
（3）定期檢查關(guān)鍵變量、堆棧指針等是否異常。

5. 軟件“看門狗”機(jī)制
（1）軟件定時器+硬件WDT聯(lián)合使用；
（2）程序每執(zhí)行一段邏輯即清零WDT；
（3）避免程序長時間阻塞或死鎖導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。

以上就是英銳恩單片機(jī)開發(fā)工程師分享的如何提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾能力。英銳恩專注單片機(jī)應(yīng)用方案設(shè)計與開發(fā)，提供8位單片機(jī)、32位單片機(jī)。