二、系统的优化设计
（一）系统的可靠性设计
针对形成干扰的三要素，硬件抗干扰经常采取的措施主要有以下几点．
1．抑制干扰源．
抑制干扰源是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，抑制干扰源的常用措施如下：
（1）继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰．仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数．
（2）在继电器接点两端并接火花抑制电路（一般是RC串联电路，电阻一般选几K到几十K，电容选0．01μF），减小电火花影响．
（4）电路板上每个IC要并接一个0．01μF—0．1μF高频电容，以减小IC对电源的影响．注意高频电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果．
（5）布线时避免90度折线，减少高频噪声发射．
（6）可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声（这个噪声严重时可能会把可控硅击穿）．
2．切断干扰传播路径．
按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类．所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰．高频干扰噪声和有用信号的频带不同，可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播，有时也可加隔离光耦来解决．电源噪声的危害最大，要特别注意处理．所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰．一般的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离，用地线把它们隔离和在敏感器件上加屏蔽罩．切断干扰传播路径的常用措施如下．
（1）充分考虑电源对单片机的影响．电源做得好，整个电路的抗干扰就解决了一大半．许多单片机对电源噪声很敏感，要给单片机电源加滤波电路或稳压器，以减小电源噪声对单片机的干扰．比如，可以利用磁珠和电容组成π形滤波电路，当然条件要求不高时也可用100Ω电阻代替磁珠．
（2）如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离（增加π形滤波电路）．
（3）注意晶振布线．晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定．
（4）电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号．尽可能把干扰源（如电机、继电器）与敏感元件（如单片机）远离．
（5）用地线把数字区与模拟区隔离．数字地与模拟地要分离，最后在一点接于电源地．A/D、D/A芯片布线也以此为原则．
（6）单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰．大功率器件尽可能放在电路板边缘．
（7）在单片机I/O口、电源线、电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器、屏蔽罩，可显著提高电路的抗干扰性能．
3．提高敏感器件的抗干扰性能．
提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声的拾取，以及从不正常状态尽快恢复的方法．提高敏感器件抗干扰性能的常用措施如下．
（1）布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声．
（2）布线时，电源线和地线要尽量粗．除减小压降外，更重要的是降低耦合噪声．
（3）对于单片机闲置的I/O口，不要悬空，要接地或接电源．其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源．
（4）对单片机使用电源监控及看门狗电路，如：IMP809，IMP706，IMP813，X5043，X5045等，可大幅度提高整个电路的抗干扰性能．
（5）在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路．
（6）IC器件尽量直接焊在电路板上，少用IC座．
4．其它常用抗干扰措施．
（1）交流端用电感电容滤波：去掉高频低频干扰脉冲．
（2）变压器双隔离措施：变压器初级输入端串接电容，初、次级线圈间屏蔽层与初级间电容中心接点接大地，次级外屏蔽层接印制板地，这是硬件抗干扰的关键手段．次级加低通滤波器：吸收变压器产生的浪涌电压．
（3）采用集成式直流稳压电源：因为有过流、过压、过热等保护．
（4）I/O口采用光电、磁电、继电器隔离，同时去掉公共地．
（5）通讯线用双绞线以排除平行互感．
（6）防雷电用光纤隔离最为有效．
（7）A/D转换用隔离放大器或采用现场转换以减少误差．
（8）外壳接大地以解决人身安全及防外界电磁场干扰．
（9）加复位电压检测电路以防止复位不充分CPU就工作．
（10）有条件采用四层以上印制板，中间两层为电源及地．
（二）软件可靠性设计
常用的软件抗干扰方法主要有以下几种．
1．指令冗余．
CPU取指令过程是先取操作码，再取操作数．当PC受干扰出现错误，程序便脱离正常轨道“乱飞”，当乱飞到某双字节指令，若取指令时刻落在操作数上，误将操作数当作操作码，程序将出错．若“飞”到了三字节指令，出错机率更大．在关键地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重写称为指令冗余．通常是在双字节指令和三字节指岭后插入两个字节以上的NOP．这样即使乱飞程序飞到操作数上，由于空操作指令NOP的存在，避免了后面的指令被当作操作数执行，程序自动纳入正轨．此外，对系统流向起重要作用的指令如RET、RETI、LCALL、LJMP、JC等指令之前插入两条NOP，也可将乱飞程序纳入正轨，确保这些重要指令的执行．
2．拦截技术．
当乱飞程序进入非程序区，冗余指令便无法起作用，这时可以用拦截技术，将程序引向指定位置，再进行出错处理．通常用软件陷阱来拦截乱飞的程序．软件陷阱是指用来将捕获的乱飞程序引向复位入口地址0000H的指令．通常在EPROM中非程序区填入以下指令作为软件陷阱：
当乱飞程序落到此区，即可自动入轨．在用户程序区各模块之间的空余单元也可填入陷阱指令．当使用的中断因干扰而开放时，在对应的中断服务程序中设置软件陷阱，能及时捕获错误的中断．如某应用系统虽未用到外部中断1，外部中断1的中断服务程序可为如下形式：
返回指令可用“RETI”，也可用“LJMP 0000H”．
3．软件“看门狗”技术．
若失控的程序进入“死循环”，通常采用“看门狗”技术使程序脱离“死循环”．通过不断检测程序循环运行时间，若发现程序循环时间超过最大循环运行时间，则认为系统陷入“死循环”，需进行出错处理．
“看门狗”技术可由硬件实现，也可由软件实现．在工业应用中，严重的干扰有时会破坏中断方式控制字，关闭中断．则系统无法定时“喂狗”，硬件看门狗电路失效．而软件看门狗可有效地解决这类问题．
（三）系统自诊断
1．CPU的自检．
CPU的自检包括指令系统的诊断、片内RAM诊断、定时器和中断的诊断等．单片机执行完一个包含有传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、位传送指令、位逻辑操作指令的程序以后，累加器A中的数据应该为预定值，否则出错．对于片内RAM的诊断可采用如下过程对每一个单元进行测试：读出→备份→写入→再读出→与备份比较，若相同则重新写入原单元，否则应设置不正确标志位标明片内RAM有问题．对于定时器及中断的诊断，一般采用以下方法：用软件延时来检测定时器的准确性，即让定时器工作在定时方式，如果能按时溢出，则置溢出标志位为“1”，否则表明定时器有问题．利用定时中断来检测中断系统是否有问题，即若允许定时中断，并在中断服务程序中作一件事通知自检程序，则可以根据这件事是否发生来判断中断是否正常．
2．ROM的诊断．
ROM的诊断通常采用静态测试法．在将系统程序和自检程序固化到ROM之前，先要计算其机器代码的累加和，并去其结果的低16位，将这个累加和结果一起固化到ROM特定的单元中．在对ROM进行检查时，只需对固化在ROM的程序代码计算累加并将结果和事先计算好的那个累加和进行比较，若相等则说明ROM完好．
3．外部RAM的诊断．
对于外部RAM的诊断可以采用与ROM诊断类似的方法进行．另外，由于RAM的故障太多是以大片存储区域被破坏的形式出现，因此可以采用RAM分段放置标志位的方法来判断RAM是否被破坏．
4．A/D、D/A转换通道的诊断．
一般的单片机系统都带有模拟量的采样电路．在模拟量不多的情况下，一般用一个转换芯片就可以完成采样．若A/D转换芯片自身不带多路转换开关，则还要采用多路模拟开关来切换各路输入信号，实现分时采样转换．A/D转换通道的诊断方法是在某一路模拟量的输入端加上一个已知的模拟电压，启动A/D转换读出转换结果，如果结果在预定值允许的误差范围内，则说明转换芯片工作正常．当转换结果和预定值有较大误差时，应该检查电路A/D芯片的工作电压以及其他元器件的参数是否匹配，同时还可通过软件手段进行校正．
D/A通道诊断需要借助A/D的一个输入通道，在已经进行过A/D诊断并确定该通道正常以后，将预定值送给D/A转换，转换以后的模拟电压通过分压电阻接到A/D转换的某个输入端，启动A/D转换得到变化以后的数字量．将D/A送出的数字量和读入的数字量进行比较，若在允许的误差范围内则说明D/A转换通道工作正常．
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