基于80C552單片機(jī)的多芯片同步復(fù)位電路
關(guān)鍵詞：軟件復(fù)位；同步；可靠性
0．引言
復(fù)位是單片機(jī)的重要操作內(nèi)容，復(fù)位功能是系統(tǒng)正常運行的先決條件。在簡單的復(fù)位電路中，只要在微處理芯片的RESET引腳保持高電平達(dá)2個以上的機(jī)器周期，即可完成一次復(fù)位操作[1]?？紤]到電源的穩(wěn)定時間，參數(shù)漂移，晶振穩(wěn)定時間以及復(fù)位的可靠性等因素，一般只要在RESET引腳出現(xiàn)10ms以上的高電平，就能使單片機(jī)有效復(fù)位。但是在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中除單片機(jī)外，往往還有若干個外圍器件，如果外圍器件有復(fù)位要求，便形成了多個芯片的綜合復(fù)位系統(tǒng)，這時，一般的復(fù)位電路就不能滿足使用要求，本文以常用芯片80C552為例，提出了一種多芯片同步復(fù)位電路設(shè)計方法，供讀者參考。
1．MSC-51系列的一般上電復(fù)位電路
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圖1 一般復(fù)位電路 |
一般上電復(fù)位電路是利用RC充電原理實現(xiàn)的，如圖1(a)所示。初始上電，電容兩端等電位，則RESET為高電平，隨著對電容的充電，RESET端電位逐漸降低，直至低電平，復(fù)位過程結(jié)束。RC的選取應(yīng)使RESET端保持10ms的高電平，才能實現(xiàn)可靠復(fù)位。
圖1(a)雖然能實現(xiàn)上電復(fù)位功能，但對干擾沒有抵抗作用，不能保證復(fù)位電路任何時候都能可靠地工作。單片機(jī)復(fù)位端口的干擾主要來自電源的噪聲，盡管不會造成單片機(jī)的錯誤復(fù)位，但會引起某些內(nèi)部寄存器錯誤復(fù)位。因此要采取必要措施，消除干擾低復(fù)位功能的影響。
圖1(b)給出了一個改進(jìn)的電路。電阻R與電容C構(gòu)成一個低通濾波環(huán)節(jié)，然后通過74LS14施密特電路接入單片機(jī)復(fù)位端，可以提高對串入復(fù)位端噪聲的抑制能力。電路中并聯(lián)二極管D的目的是在電源斷電后，電容能迅速放電。如果沒有二極管，那么在斷電窄脈沖的干擾下，由于電容C不能迅速將電荷放掉，待電源恢復(fù)時，由于電容C兩端仍維持較高電壓，單片機(jī)不能上電自動復(fù)位，導(dǎo)致程序運行失控。
2. 基于80C552的多芯片同步復(fù)位的硬件電路
2.1 80C552內(nèi)部特殊的復(fù)位結(jié)構(gòu)
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圖 2 80C552片內(nèi)復(fù)位電路 |
80C552[4]芯片的內(nèi)部復(fù)位電路和MSC-51系列的其他芯片不同，它已經(jīng)將抑制噪聲干擾的史密特電路集成到芯片內(nèi)部，這樣就減少了外部連接的不可靠因素的影響，而且將上電復(fù)位用的充電電阻也集成到芯片內(nèi)部，簡化了外部復(fù)位電路的硬件設(shè)計，提高了上電復(fù)位的可靠性。
另外，80C552內(nèi)部有一個定時監(jiān)視器T3，可以產(chǎn)生內(nèi)部復(fù)位。如圖2所示。80C552的內(nèi)部復(fù)位過程是：將定時監(jiān)視器T3置為有效，當(dāng)程序運行出現(xiàn)異常時，定時器T3溢出，并輸出寬度為3個機(jī)器周期的窄脈沖到復(fù)位電路，這樣的脈沖足以完成一次復(fù)位操作，使系統(tǒng)盡快地從故障中恢復(fù)正常。80C552的外部復(fù)位與內(nèi)部復(fù)位是相互獨立的，當(dāng)允許內(nèi)部復(fù)位時，不管RST引腳是否為高電平，都能產(chǎn)生一次復(fù)位操作。
2.2 單獨采用80C552芯片的復(fù)位電路
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圖 3 80C552外部復(fù)位電路
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如果80C552的復(fù)位端不再連到其它芯片上，可以采取圖3（a）的方案，外部元件少，而且外部復(fù)位、內(nèi)部復(fù)位均可實現(xiàn)，系統(tǒng)設(shè)計簡單，可靠性也高。
2.3 多芯片簡單復(fù)位電路
當(dāng)系統(tǒng)中有多個復(fù)位端連在一起時，不能采用圖3(a)的方案。因為電容的放電作用，使得T3輸出的窄脈沖無法在RST引腳出現(xiàn)，這樣，當(dāng)產(chǎn)生內(nèi)部復(fù)位條件時，雖然80C552可以得到復(fù)位，但其它外圍芯片無法得到復(fù)位。這時應(yīng)采用圖3（b）的方案，電容不直接與RST引腳相連，在RST引腳就可以取到T3輸出的窄脈沖了。這樣，當(dāng)產(chǎn)生內(nèi)部復(fù)位條件時，整個系統(tǒng)都可以實現(xiàn)復(fù)位了。
但由于不同廠家生產(chǎn)的芯片結(jié)構(gòu)不同，對復(fù)位的要求也不同[5]，況且多芯片的復(fù)位連接必然使復(fù)位線加長，這極易引起較大的分布電容，從而使外圍電路的復(fù)位過程滯后于單片機(jī)，如果單片機(jī)復(fù)位結(jié)束后立即對外圍電路進(jìn)行初始化操作，往往會導(dǎo)致失敗。解決的方法是在程序的初始處加一些延時軟件，然后再對外圍芯片進(jìn)行初始化設(shè)置，可實現(xiàn)多個芯片的可靠同步。
2.4 基于80C552的多芯片同步復(fù)位電路設(shè)計圖
圖 4 多芯片綜合復(fù)位電路舉例
5 軟件復(fù)位流程圖
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圖4是我們設(shè)計的遙控數(shù)據(jù)采集器的接收和轉(zhuǎn)發(fā)電路，紅外接收器接收發(fā)射器發(fā)過來的現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息，送到89C2051進(jìn)行處理,然后通過I2C總線傳送到80C552,經(jīng)過80C552進(jìn)一步處理后,采用CAN總線傳送到數(shù)據(jù)處理中心.我們這里僅對它的復(fù)位電路進(jìn)行討論.
在這個系統(tǒng)中，除了80C552需要復(fù)位外，還有兩個芯片需要復(fù)位操作，一個是CAN控制器SJA1000,一個是單片機(jī)89C2051。其復(fù)位要求是：既要有上電自動復(fù)位功能，又要能通過定時監(jiān)視器T3實現(xiàn)“看門狗”復(fù)位功能；當(dāng)80C552復(fù)位時，89C2051和SJA1000也同時復(fù)位；當(dāng)89C2051或SJA1000出現(xiàn)問題時，通過80C552能夠分別對其進(jìn)行復(fù)位，而不影響80C552程序的正常運行。而且，89C2051和SJA1000兩個芯片的復(fù)位電平信號不同，前者為高電平復(fù)位，后者為低電平復(fù)位。按照上述功能要求，簡單的采用前面介紹的兩種復(fù)位電路均不可行。于是我們采取了一種軟件與硬件結(jié)合的方法，這種方法是，在硬件結(jié)構(gòu)上，芯片80C552的外部復(fù)位電路仍采用圖3(a)的結(jié)構(gòu)，芯片89C2051和SJA1000的復(fù)位不直接與80C552的復(fù)位端相連，而是連到了80C552的兩根I/O口線P1.1和P1.3；在軟件設(shè)計上，通過在初始化程序中軟件模擬上電復(fù)位過程，就可以滿足系統(tǒng)的要求，其程序流程圖如圖5所示。
系統(tǒng)綜合復(fù)位過程是：系統(tǒng)上電后，80C552首先復(fù)位，開始運行軟件程序，在執(zhí)行初始化部分時，首先通過P1.1和P1.3實現(xiàn)對89C2051和SJA1000的復(fù)位操作，然后再運行其他程序。當(dāng)程序運行出現(xiàn)異常時，“看門狗”起作用，T3溢出產(chǎn)生內(nèi)部復(fù)位操作，程序重新開始，初始化部分也重新運行，89C2051和SJA1000隨之再復(fù)位一次。在程序正常運行過程中，如果與89C2051或SJA1000相關(guān)的模塊出現(xiàn)錯誤時，可以通過軟件判定是否出現(xiàn)異常，之后通過P1.1、P1.3端口分別對89C2051或SJA1000單獨進(jìn)行復(fù)位操作，此時80C552并不需要復(fù)位，程序正常運行。
3 結(jié)論：
本文作者創(chuàng)新點: 對于多芯片結(jié)構(gòu)提出了一種軟件與硬件相結(jié)合的方法建立同步復(fù)位系統(tǒng)。這種方法有利于提高系統(tǒng)設(shè)計的靈活性和可靠性。經(jīng)過長期使用的結(jié)果表明，這種采用軟件、硬件相結(jié)合的復(fù)位方法，具有硬件器件少、靈活、可靠性高的特點，完全能夠保證多個芯片的可靠同步。
參考文獻(xiàn)
[1]孫涵芳 徐愛卿.MCS-51、96系列單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1995，4
[2]王幸之 王雷 翟成 王閃.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)[M]，北京：北京航天大學(xué)出版社，2000，9
[3]張有德.飛利浦80C51系列單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)手冊[M]，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999，1
[4]田景文，性能卓越的單片機(jī)80C552[J].石油儀器[J] 1998,3:32-34
[5]洪一池,袁一萍．微控制器實時系統(tǒng)監(jiān)測復(fù)位電路的軟件設(shè)計[J]．微型計算機(jī)應(yīng)用2003，3：44-45．
[6]喬維德.基于87LPC768微處理器相位計的設(shè)計[J]．微計算機(jī)信息2006，3－2：43-44．
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