雙CPU在多I/O口系統(tǒng)中的硬件設(shè)計

1 引言

　　常規(guī)的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，往往都用一個CPU，再擴展一系列外圍輔助電路以達到相應(yīng)設(shè)計目標。這種方法，尤其在輸入輸出接口較多的系統(tǒng)中，必須進行繁瑣的譯碼、邏輯變換，使得系統(tǒng)硬件復(fù)雜，調(diào)試困難。而用雙CPU設(shè)計，可大大減少硬件電路，軟件資源分配及設(shè)計均相對獨立，易于修改程序而適合很多應(yīng)用系統(tǒng)。

　　下面結(jié)合一個實際應(yīng)用系統(tǒng)介紹雙CPU的應(yīng)用。

　　2 系統(tǒng)組成

　　本系統(tǒng)要求8路開關(guān)量輸入，8路模擬信號采集，8路繼電器控制輸出，8位數(shù)碼顯示，8路按鍵輸入。其中開關(guān)量輸入、模擬信號采集、繼電器控制輸出配置在主板上，數(shù)碼顯示和按鍵輸入在面板上。

　　基于上述設(shè)計要求，考慮用一只97C51設(shè)計主板，完成8路開關(guān)量、8路模擬信號采集以及8路繼電器控制；可用另外一只97C51控制面板上的8位數(shù)碼顯示和8路按鍵采集；兩只97C51通過標準串口連接交換信息，這樣主板和面板上只需6根線連接即可。其硬件組成框圖分別如圖1、圖2所示。

圖1 主板硬件原理框圖

圖2 面板硬件原理框圖

　　3 主板設(shè)計

　　3.1 主板硬件設(shè)計

　　見圖1，8路開關(guān)量直接通過P1口輸入到CPU，通過P2口的輸出經(jīng)光耦隔離后驅(qū)動8路繼電器，8路模擬量利用美國德州公司的11通道串行A/D芯片TLC542采集后串行送入P0口。當需要顯示數(shù)據(jù)時，按一定協(xié)議將數(shù)據(jù)通過串口傳輸?shù)矫姘迳螩PU控制顯示。

　　為了保證系統(tǒng)可靠，采用MAX690做為看門狗監(jiān)控兩只CPU的運行。一個看門狗監(jiān)控兩只CPU，其中任意一只CPU死機時均自動復(fù)位，實現(xiàn)方法是：由面板上CPU的COM端發(fā)出一路連續(xù)的周期小于1s的方波信號到主板上CPU的COM端，主板上CPU接收到這一方波信號后，嚴格將其按相近頻率，在主程序中唯一地方發(fā)出清除看門狗計時器的信號。

　　3.2 主板控制軟件

　　主板控制軟件流程如圖3所示。

圖3 主板軟件流程圖

　　4 面板設(shè)計

　　4.1 面板硬件設(shè)計

　　見圖2，CPU P1口直接采樣8路按鍵狀態(tài)，并送到主板CPU。同時用串口接收主板上CPU送來的顯示數(shù)據(jù)內(nèi)容，經(jīng)轉(zhuǎn)換后，以P0口做段驅(qū)動，P2口做位驅(qū)動直接顯示出來。

　　為保證系統(tǒng)可靠，該CPU的P3.2腳發(fā)出一周期小于1s的標準方波信號供主板上CPU采集，再驅(qū)動清除看門狗，以實現(xiàn) 一只看門狗同時監(jiān)控兩只CPU的目的。

　　4.2 面板CPU的軟件流程

　　面板CPU的流程如圖4所示。

圖4 面板CPU軟件流程圖

　　4.3 顯示方式的改變

　　當顯示數(shù)據(jù)的方式需要改變時，主板上的程序?qū)⒉蛔?，而只需改變面板上CPU的程序即可，這樣可極其靈活地適合于各種應(yīng)用場合。

　　5 結(jié)論

　　綜上所述，以較簡單的硬件電路，較少的連線，獨立的程序?qū)崿F(xiàn)了雙CPU系統(tǒng)，達到了所提出的要求，提高了系統(tǒng)的可靠性及工作效率。

　　因為CPU的智能化及豐富的片內(nèi)資源，其靈活性和兼容性遠遠勝過邏輯電路組合設(shè)計模式，又因CPU的價格現(xiàn)在已很低廉，所以，雙CPU系統(tǒng)在一定的應(yīng)用環(huán)境中是非常適合的。