原创 软件抗干扰技术及其在单片机上的应用

1 引 言

微机测控系统中，对软件有以下几个方面的基本要求：

(1)可维护性：要求尽可能地采用模块化设计，程序流程清晰明了，最大限度地控制使用和调用嵌套次数；

(2)可理解性：软件源代码应注意加注提示内容，一般应不少于整个代码行数的60％，使其易于理解和阅读，便于修改和补充；

(3)实时性：随着集合度和运算速度的提高，实时性已经成为测试系统对软件的普遍要求，在工程应用软件设计中，采用汇编语言要比采用高级语言更具有实时性；

(4)准确性：系统要求在进行大量运算时，要选取合适的算法，以便控制最后结果的精度；

(5)可靠性：可靠性是测控软件最重要的指标之一，他要求两方面的内容：一方面是运行参数环境发生变化时(如电压在规定范围内出现较大波动)，软件都能可靠运行并得出正确的结果，也就是软件的自适应性；另一方面是在工作环境恶劣，干扰环境复杂严重的情况下，软件必须保证可靠运行，这对测控软件尤为重要。为了保证以上两方面的要求，就必须使用多种抗干扰技术。

2软件抗干扰技术及一般方法

2．1 简 介

软件抗干扰技术是当系统受干扰后，使系统恢复正常运行或输入信号受干扰后去伪存真的一种辅助方法。此技术属于一种被动抗干扰措施，但是由于软件抗干扰设计灵活，节省硬件资源，操作起来方便易行，所以软件抗干扰技术越来越受到人们的重视。

软件抗干扰技术主要研究的方面：

(1)采取软件的方法对叠加在模拟输入信号上的噪声进行抑制，以读取真正有用的信息，如数字滤波器；

(2)在程序受到干扰"跑飞"的情况下，采取措施使程序回到正常的轨道上来，常见的抗干扰技术有：软件拦截技术(软件陷阱等)；输人口信号重复检测方法；输出口数据刷新；数字滤波；

(3)程序具有自检功能。

2．2软件拦截技术

2．2．1 NOP指令使用

单片机中最容易受到干扰的是内部程序计数器--PC的值，当受到干扰时，PC值被改变，CPU误将程序从正确位置跳转到无意义区域，导致程序运行出错。

目前常用的方法是在对程序走向有重要作用的指令(RET，LCALL，SJMP，JC，LJMP，ACALL等)之前加人2～3个单字节的NOP指令，当失控的程序遇到该指令后得到调整，使接下来的程序得以正常执行。从实际使用过程中总结可知，应尽量多的使用NOP指令，而且发现NOP指令成对使用时，能起到比较满意的抗干扰效果。

2．2．2 软件陷阱

(1)未使用的中断区

对于未使用的中断源因干扰而开放，从而直接影响软件的正常工作的中断源，采用的方法一般是在对应的中断服务地址入口处设置软件陷阱，使其跳转到程序入口，通常的软件陷阱设置如下面的程序： 0RG 0003H

LJMP 0000H ；主程序入口

而在实际使用中，此种处理方法并不合适，特别是在系统联试中，突然重新执行程序的情况应尽量避免。实际处理应该是让其进入一个信息处理程序，并显示相关信息。这样做既可以使程序捕捉到错误的中断后，及时离开，又可以根据相关信息快速定位便于试验顺利进行。

2．2．4 输出端口数据刷新

开关量输出软件抗干扰技术主要采用的方法是重复输出，这是提高输出端口稳定性的有效措施之一。外场设备的微机系统为51单片机系统，采用了8155，8255可编程I/O扩展芯片，理论上只在上电启动时，进行初始化一次即可。但是在实际使用中发现，由于干扰等原因，可使芯片的工作控制字遭到破坏，从而使系统输入输出状态混乱的情况时有发生，因此，在读取重要信号之前，先对8155，8255进行初始化操作，通过一段时间软件运行，稳定度大大提高，但是状态混乱情况仍有发生，经过分析数据特点和系统要求后，认为8155、8255允许多次设置状态字、控制字等，而且对系统并无不良影响。因此，在实际应用中，用到8255和8155之前均首先进行初始化操作，然后再进行状态的读取和写入。通过长时间试验和联试，不再出现此类问题，软件运行稳定可靠。另外应注意，在重复设置8255，8155芯片时，一定要将其工作方式、控制字一起设置，方可确保软件可靠工作。程序流程如图3所示。

程序自检是提高测控软件可靠性的有效方法之一。在实际应用中，自检程序主要是对单片机系统的主要器件如8031的I/O口、外部扩展的可编程I/O接VI芯片、A/D器件、ROM器件等进行检测，如出现故障能够给出故障部位。因此自检程序不但可以了解与测试相关外设的工作情况，而且可避免因外设原因而使测控系统不能正常工作的干扰。

3 结 语

在采取以上所述的多种软件抗干扰技术，经过外场的沙尘、云雪的考验和干扰复杂、严重的环境下验证，完全可以保证软件可靠运行。但是同时需要说明的是，软件抗干扰技术只是被动的方式，只有在硬件没计合理的情况下，使用适当的抗干扰技术，才能更有效地保证软件可靠地工作。