1、單片機系統中的 EMC電磁兼容性設計EMC電磁兼容性包括 EMI(inteferenee)和EMS(susceptibility),也就是電磁干擾和電磁抗干擾。隨著智能化技術的發展，單片機的應用也日益廣泛。雖然單片機本身有一定的抗干 擾能力，但是用單片機為核心組成的控制系統在應用中，仍存在著電磁干擾的問題。為防止外界對系統的 EMI,并確保單片機控制系統安 全可靠地運行，必須采取相應的 EMS昔施。1 EMI的產生原因分析在單片機系統的工作環境中，往往有許多強電設備，特別是電 機啟動和繼電器的吸合將對單片機產生強烈的干擾， 使用示波器的話 可以看到電源電壓波形上有明顯的毛刺干擾。 此外受到條件

2、限制有時 單片機控制系統的各部分之間要有較遠的距離，數據和控制線使用較 長的導線且沒有良好的屏蔽措施，這會使得電磁干擾就更容易混入系 統之中。總之對單片機系統的 EMI總是以輻射、電源回路等方式進入 的，其途徑主要有三種，第一是輸入途徑，它使得模擬信號出現失真， 數字信號產生錯誤，系統如根據有問題的信號進行運算處理結果將必 然是錯誤的。第二是輸出途徑，干擾會和各輸出信號疊加，造成輸出 信號混亂，不能將系統真實的處理結果進行表達。 第三是單片機內部 總線干擾，干擾使得控制、地址、數據總線上的內部數字信號錯亂， 使MCI出錯，程序跑飛，甚至當機。2 EMS技術的主要研究方向針對單片機系統中干擾產生

3、的原因和途徑， EMS技術主要研究 方向集中于硬件的屏蔽、隔離、濾波、接地以及軟件編程等方面。屏蔽主要適用于切斷通過靜電耦合、感應耦合或交變電磁場耦 合形成的電磁噪聲傳播途徑。分別對應于此三種耦合可以采取靜電屏 蔽、磁場屏蔽與電磁屏蔽。屏蔽技術的研究方向主要是如金屬、 磁性、 復合材料等各種材料的屏蔽效能，如多層、單層、孔隙等各種結構的 屏蔽效能，各種形狀的屏蔽體的屏蔽效能以及屏蔽體的設計以及屏蔽 與接地的關系等。隔離是用于切斷傳導形式的電磁噪聲的傳播途徑。 隔離技術的 研究方向主要采用直交流繼電器、隔離變壓器或光電隔離器件等進行 隔離。其特點是可將兩部分電路的地線系統分割開來，切斷通過地線

4、系統進行耦合的可能性。濾波是用于在頻域上切斷噪聲傳播的一種技術。 濾波技術的研 究方向是采用電容電感等濾波器件將不需要的一部分頻譜信號濾掉， 只保留需要的信號。例如對電源濾波器，只保留工頻 50Hz的電源頻 率，濾除所有其它高低頻電磁噪聲。接地是提供有用信號和電磁噪聲的公共通路。 接地技術的研究 方向是安全地、信號地、電源中線以及系統內的各種地線的接地方法。 主要考慮是如何正確地布置數字地模擬地、接地體的設計、地線在各 種不同頻率時的阻抗等等。硬件抗干擾措施是給單片機系統創造了一個基本潔凈的工作環境，但并不能保證絕對沒有雜波，因此要將編程軟件抗干擾措施加 入進去。軟件抗干擾技術是當系統受干擾后

5、， 在單片機系統內部特定 的程序發揮作用，使得系統復位正常運行如看門狗或者是在輸入信號 受干擾時通過特定的編程技巧進行篩選后去偽存真的一種編程輔助 方法如數字濾波器。此技術編程設計多樣靈活，能夠大量的節省硬件 成本，調試操作起來更加方便。3 EMS技術的具體應用3.1硬件EM戰術應用(1)良好的接地的方式單片機控制系統的工作頻率較低，對其起作用的干擾頻率也大 多在1MHz以下，故宜采用一點獨立接地，但是要注意其地線長度不 得超過波長的1/20。一點接地方式有串聯一點接地和并聯一點接地 兩種方式，使用串聯一點接地的時候為了防止干擾每一個支路之間地 線應盡可能縮短，并且線徑應足夠粗，特別的電平較低

6、的優先安排在 距電源最近的地方。相對的并聯一點接地會讓各支路電流在導線上所 產生的壓降互不影響，不會形成干擾，效果更好。(2)光電隔離在輸入和輸出通道上采用光電隔離器件來進行信息傳輸，可將單片機系統與各種傳感器、開關、繼電器等機構從電氣上隔離開來， 就像是pic 樣，將絕大多數的外部設備干擾都將被阻擋在外。而有 用的各類數字信號利用光電耦合的方式傳輸無問題，模擬信號則可以 使用線性光耦傳輸保證質量。(3)硬件濾波在需要對單片機系統進行低頻信號傳送時接入一些 RC低通濾 波器，可大大削弱各類高頻干擾信號的作用。 在單片機系統對電源環 境要求較高時，可以使用電源濾波器，只保留工頻50Hz的電源頻率

7、， 濾除所有其它高低頻電磁噪聲。(4)屏蔽屏蔽對于各種電磁感應引起的干擾能起到很好的作用，用金屬 殼將單片機核心系統包圍起來，再將金屬外殼或金屬閘接地就能將電 磁干擾導入大地，從而去除干擾。屏蔽外殼的接地點要與系統信號參 考地線點相接，如有從被金屬屏蔽包圍的單片機系統中引出信號線， 應采用屏蔽線，其屏蔽層和外殼應在同一點接系統參考點。 特別的參 考接地點不同的系統應分別屏蔽，不可將其共處一金屬屏蔽殼中。3.2軟件EM戰術應用(1)數字濾波器。采取軟件的方法對疊加在模擬輸入信號上的 噪聲進行抑制，以讀取真正有用的信息。以下為幾種常用濾波方式 a.程序判斷濾波b.中值濾波c.算術平均濾波d.去極值

8、平均濾波e. 加權平均濾波f.滑動平均濾波(2)軟件攔截技術。在程序受到干擾”跑飛”的情況下，采取 措施使程序回到正常的軌道上來， 常見的抗干擾技術有：軟件攔截技 術(軟件陷阱等)常采用a.NOP指令使用b.未使用的中斷區陷阱c.未 使用的EPRO空間陷阱d.程序區陷阱(3)程序運行監控系統(watchdog)當程序彈飛進入一個死循環 時，冗余指令和軟件陷阱都無能為力，系統將完全癱瘓。為此程序中 應設一個運行監視系統(watchdog)，應具有以下特征：a.本身能獨立 工作，基本上不依賴 MCU b.MCU在一段固定的時間內和該系統打一 次交道，表明目前正常。c.當MCU進入死循環時，能及時發覺并使系 統復位。3.3其他EMS術應用(1) 在單片機系統的長線傳輸中，采用雙絞屏蔽線做傳輸線能 有效的抑制共模噪場及電磁場干擾。但應注意必需對傳輸線進行阻抗 匹配，以免產生反射，使信號失真。(2) 單片機系統外圍電路