巧用單片機(jī)軟件抗系統(tǒng)瞬時(shí)干擾

0、引　言

單片機(jī)具有集成度高、體積小、可靠性強(qiáng)、價(jià)格低、面向控制等特點(diǎn)，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、智能化設(shè)備和家用電器等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在各種類型的單片機(jī)中，由于8031系列8位單片機(jī)具有品種多樣、易于開發(fā)、控制靈活、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因而成為目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣的單片機(jī)之一。

由于單片機(jī)是針對(duì)工業(yè)控制以及與控制有關(guān)的數(shù)據(jù)處理而設(shè)計(jì)的，其運(yùn)行可靠性不容置疑，因，在常規(guī)條件下使用時(shí)，只要電源濾波完善，不用特別考慮系統(tǒng)的抗干擾問(wèn)題。若控制對(duì)象為電機(jī)及繼電器等感性負(fù)載時(shí)，可采取光電隔離、直流電源隔離和交流噪聲濾波等抗干擾措施，亦能夠保證單片機(jī)正常運(yùn)行。但是，當(dāng)用電環(huán)境較差，控制對(duì)象為開關(guān)型、大電流的感性負(fù)載時(shí)，負(fù)載開啟或關(guān)閉到穩(wěn)定狀態(tài)期間將產(chǎn)生很強(qiáng)的瞬時(shí)干擾信號(hào)，嚴(yán)重影響單片機(jī)的正常運(yùn)行。此時(shí)，采取以上抗干擾措施仍不能解決系統(tǒng)的干擾問(wèn)題。為此，本人利用8031單片機(jī)（以下所指的單片機(jī)均為8031單片機(jī)）的待機(jī)功能實(shí)現(xiàn)軟件抗瞬時(shí)干擾，取得了滿意的系統(tǒng)抗干擾效果。

1、單片機(jī)待機(jī)方式簡(jiǎn)述［1］

在單片機(jī)中，專用寄存器PCON．0是待機(jī)方式位IDL。一條把IDL（PCON．0）置1的指令執(zhí)行完后，單片機(jī)就進(jìn)入待機(jī)方式。在這種方式下，提供給CPU的內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)被切斷，但時(shí)鐘信號(hào)仍提供給中斷邏輯、定時(shí)器和串行口。CPU的全部狀態(tài)在待機(jī)期間都被保留起來(lái)，它們是：堆棧指針SP、程序計(jì)數(shù)器PC、程序狀態(tài)字PSW、累加器ACC以及所有的工作寄存器。

復(fù)位可終止待機(jī)方式，但單片機(jī)復(fù)位后，其現(xiàn)場(chǎng)將被破壞。終止待機(jī)方式的另一種方法是激活任何一個(gè)被允許的中斷，IDL（PCON．0）將被硬件清除，結(jié)束待機(jī)狀態(tài)。中斷得到響應(yīng)，進(jìn)入服務(wù)程序，緊跟RETI之后，下一條要執(zhí)行的指令將是使單片機(jī)進(jìn)入待機(jī)方式的那條指令的后面一條指令。

2、軟件抗瞬間干擾原理

當(dāng)單片機(jī)控制系統(tǒng)中的大電流感性負(fù)載開啟或關(guān)閉到穩(wěn)定狀態(tài)期間產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾，使得單片機(jī)

不能正常運(yùn)行時(shí)，利用單片機(jī)的定時(shí)和待機(jī)功能，可有效保證單片機(jī)可靠運(yùn)行。

軟件抗瞬時(shí)干擾的工作原理是：當(dāng)單片機(jī)發(fā)出控制負(fù)載開關(guān)動(dòng)作的指令后，立即啟動(dòng)定時(shí)器，打開定時(shí)器中斷（此時(shí)其它中斷應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)），接著執(zhí)行一條把 IDL（PCON．0）置1的指令，單片機(jī)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。此時(shí)，由于提供給CPU的內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)被切斷，時(shí)鐘信號(hào)只提供給中斷邏輯和定時(shí)器，單片機(jī)在定時(shí)期間處于不工作狀態(tài)，負(fù)載開啟或關(guān)閉時(shí)所產(chǎn)生的干擾信號(hào)對(duì)單片機(jī)不起作用。如果定時(shí)時(shí)間足夠長(zhǎng)，等到負(fù)載開關(guān)穩(wěn)定無(wú)干擾信號(hào)時(shí)定時(shí)中斷被激活，則單片機(jī)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。換句話說(shuō)，有干擾時(shí)，單片機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)；無(wú)干擾時(shí)，單片機(jī)恢復(fù)正常工作狀態(tài)，則完全有可能實(shí)現(xiàn)軟件抗瞬間干擾之目的。

3、定時(shí)時(shí)間設(shè)計(jì)

當(dāng)8031單片機(jī)的定時(shí)器工作在16位定時(shí)方式時(shí)，其定時(shí)時(shí)間與定時(shí)初值的計(jì)算公式如下：

式中：T———定時(shí)時(shí)間，單位為s
      f———單片機(jī)震蕩頻率，單位為Hz
　　  X———定時(shí)初值

從以上關(guān)系式中可看出，若要增加定時(shí)時(shí)間，則需要減小單片機(jī)的震蕩頻率或定時(shí)初值。由于定時(shí)初值最小值為0，如果需要較長(zhǎng)的定時(shí)時(shí)間，只有減小單片機(jī)的震蕩頻率。但是，隨著單片機(jī)震蕩頻率的減小，其運(yùn)行速度必然受到影響，必須予以兼顧。

4、應(yīng)用實(shí)例

我們?cè)谘兄骑w機(jī)發(fā)電機(jī)加載控制系統(tǒng)時(shí)，遇到較強(qiáng)的瞬時(shí)干擾，其干擾源主要來(lái)自控制加載功率的多個(gè)交流接觸器。在該系統(tǒng)中，交流接觸器的控制電流最大可達(dá) 1000A，最小的亦有10A，其通／斷動(dòng)作時(shí)所產(chǎn)生的干擾非常強(qiáng)，采取別的抗干擾措施均不能解決根本問(wèn)題，而采用軟件抗干擾方法則取得了滿意的結(jié)果。

交流接觸器從通／斷到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間不大于0．4s，由于系統(tǒng)對(duì)單片機(jī)運(yùn)行速度無(wú)嚴(yán)格要求,為保險(xiǎn)起見,單片機(jī)的震蕩頻率選定為1MHz，若定時(shí)初值為0時(shí),根據(jù)式（1）可算出其定時(shí)時(shí)間接近0．8s,完全可以避開交流接觸器動(dòng)作時(shí)所產(chǎn)生的干擾。

當(dāng)單片機(jī)發(fā)出交流接觸器通／斷指令后，執(zhí)行如下程序，定時(shí)器0開始定時(shí)，開定時(shí)器0中斷，單片機(jī)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)（此前應(yīng)關(guān)閉其它中斷）。
    MOVTMOD，＃01H；定時(shí)器0置工作方式1
    MOVTH0，＃00H；置定時(shí)時(shí)間
    MOVTL0，＃00H；
    SETBTR0；開定時(shí)器0
    SETBET0；開定時(shí)中斷0
    ORL87H，＃01H；單片機(jī)置待機(jī)狀態(tài)

在以上程序中，87H為專用寄存器PCON的地址碼，PCON．0為待機(jī)方式位。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到產(chǎn)生定時(shí)中斷0時(shí)，進(jìn)入定時(shí)器0中斷服務(wù)程序。中斷程序結(jié)束時(shí)的RETI指令使得單片機(jī)程序恢復(fù)到原有狀態(tài)繼續(xù)執(zhí)行。在整個(gè)定時(shí)時(shí)間內(nèi)，單片機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)，外部電路所產(chǎn)生的干擾對(duì)單片機(jī)無(wú)能為力；當(dāng)定時(shí)時(shí)間結(jié)束，單片機(jī)恢復(fù)到正常運(yùn)行時(shí)，外部干擾已不復(fù)存在，從而保證了單片機(jī)控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

5、結(jié)　論

根據(jù)以上分析及實(shí)際運(yùn)用表明，利用單片機(jī)的待機(jī)方式實(shí)現(xiàn)軟件抗瞬時(shí)干擾的作用是非常明顯的，其抗干擾效果亦是令人滿意的。但是，此抗干擾方法運(yùn)用起來(lái)亦受到一定限制，例如：對(duì)連續(xù)或隨機(jī)干擾就無(wú)能為力。因此，當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾時(shí)，要具體分析產(chǎn)生干擾的原因，再?zèng)Q定采取哪些抗干擾措施，方能取得滿意的結(jié)果。如果干擾類型與本文介紹的瞬時(shí)干擾類似，采用軟件抗干擾的方法是切實(shí)可行的。