雙CPU在多I/O口系統(tǒng)中的硬件設(shè)計(jì)

1 引言

　　常規(guī)的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，往往都用一個(gè)CPU，再擴(kuò)展一系列外圍輔助電路以達(dá)到相應(yīng)設(shè)計(jì)目標(biāo)。這種方法，尤其在輸入輸出接口較多的系統(tǒng)中，必須進(jìn)行繁瑣的譯碼、邏輯變換，使得系統(tǒng)硬件復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy。而用雙CPU設(shè)計(jì)，可大大減少硬件電路，軟件資源分配及設(shè)計(jì)均相對(duì)獨(dú)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(gè)實(shí)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(kāi)關(guān)量輸入，8路模擬信號(hào)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(kāi)關(guān)量輸入、模擬信號(hào)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(jì)要求，考慮用一只97C51設(shè)計(jì)主板，完成8路開(kāi)關(guān)量、8路模擬信號(hào)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(guò)標(biāo)準(zhǔn)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(jì) 

　　3.1 主板硬件設(shè)計(jì) 

　　見(jiàn)圖1，8路開(kāi)關(guān)量直接通過(guò)P1口輸入到CPU，通過(guò)P2口的輸出經(jīng)光耦隔離后驅(qū)動(dòng)8路繼電器，8路模擬量利用美國(guó)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(dāng)需要顯示數(shù)據(jù)時(shí)，按一定協(xié)議將數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳輸到面板上CPU控制顯示。 

　　為了保證系統(tǒng)可靠，采用MAX690做為看門(mén)狗監(jiān)控兩只CPU的運(yùn)行。一個(gè)看門(mén)狗監(jiān)控兩只CPU，其中任意一只CPU死機(jī)時(shí)均自動(dòng)復(fù)位，實(shí)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(hào)到主板上CPU的COM端，主板上CPU接收到這一方波信號(hào)后，嚴(yán)格將其按相近頻率，在主程序中唯一地方發(fā)出清除看門(mén)狗計(jì)時(shí)器的信號(hào)。 

　　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(jì) 

　　4.1 面板硬件設(shè)計(jì) 

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

　　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(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)供主板上CPU采集，再驅(qū)動(dòng)清除看門(mén)狗，以實(shí)現(xiàn) 一只看門(mén)狗同時(shí)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(dāng)顯示數(shù)據(jù)的方式需要改變時(shí)，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(chǎng)合。

　　5 結(jié)論 

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

　　因?yàn)镃PU的智能化及豐富的片內(nèi)資源，其靈活性和兼容性遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過(guò)邏輯電路組合設(shè)計(jì)模式，又因CPU的價(jià)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。