80C196KC-ADMC401雙CPU接口電路設計/其應用

隨著(zhù)微機控制技術(shù)的發(fā)展和廣泛應用以及控制系統復雜性和實(shí)時(shí)性要求的不斷提高，使得很多系統需要用兩個(gè)甚至更多的控制器，實(shí)現被控對象提出的各種要求。尤其是在工業(yè)應用領(lǐng)域中，要完成大量的數據采集和處理、控制信號的接收和發(fā)送等諸多功能，對系統的運算速度、接口資源、穩定性以及成本方面有著(zhù)非常高的要求。設計一個(gè)實(shí)用、合理、經(jīng)濟的高性能控制系統是成功投入現場(chǎng)運行的關(guān)鍵。

在ＳＶＧ（靜止無(wú)功發(fā)生器）裝置中涉及到大量的復雜計算（如濾波計算、瞬時(shí)無(wú)功計算）和先進(jìn)的控制手段（如矢量控制）以及諸多信號的采集和發(fā)送，使得單個(gè)ＣＰＵ很難滿(mǎn)足系統要求。因此采用高集成度的嵌入式處理器與ＤＳＰ芯片組成雙ＣＰＵ系統來(lái)實(shí)現對整個(gè)系統的控制。

１ 系統設計

１．１ 系統的組成及原理

雙ＣＰＵ系統的原理圖框圖如圖１所示。系統采用８０Ｃ１９６ＫＣ和ＡＤＭＣ４０１兩個(gè)芯片作為核心處理器。ＡＤＩ公司的ＡＤＭＣ４０１芯片是基于ＤＳＰ的控制器，非常適于工業(yè)應用領(lǐng)域中的高性能控制。該芯片集成了一個(gè)高速的ＤＳＰ內核，且其內核具有一套完備的外圍控制接口，以便在高度集成的環(huán)境中快速實(shí)現控制。Ｉｎｔｅｌ公司的８０Ｃ１９６80C196（ＫＢ／ＫＣ）是一款高性能且價(jià)格低廉的１６位單片機，同樣適用于高速控制和需要多個(gè)外設的場(chǎng)合。兩個(gè)ＣＰＵ在運行時(shí)獨立執行存放在不同器件中的程序，同時(shí)保持相互之間的協(xié)調工作?？紤]到系統本身的復雜性，如果使用傳統的ＲＡＭ、ＲＯＭ和邏輯譯碼器件分離的系統接線(xiàn)方式，必定會(huì )使得整個(gè)控制電路過(guò)于龐雜，給調試帶來(lái)很大困難，同時(shí)也降低了系統的穩定性。因此，該系統用到了可編程系統外圍接口器件ＰＳＤ產(chǎn)品中的ＰＳＤ４２３５和ＰＳＤ３１１。它們分別作為兩個(gè)ＣＰＵ的外部擴展器件，并和ＣＰＵ組成一個(gè)雙ＣＰＵ-ＰＳＤ系統（簡(jiǎn)稱(chēng)雙ＣＰＵ系統），如圖１所示。兩個(gè)ＣＰＵ間的相互通信采用了雙口ＲＡＭ（ＩＤＴ７１３２IDT7132），通過(guò)它可以順利實(shí)現兩個(gè)ＣＰＵ之間的數據傳輸。鍵盤(pán)管理部分用８２Ｃ７９82C79接口芯片。輸出顯示部分用以ＳＥＤ１５２０SED1520為驅動(dòng)芯片的ＭＧＬＳ－１２０３２Ａ液晶模塊（ＬＣＤ）。系統中專(zhuān)門(mén)增加了額外的串行Ｅ２ＰＲＯＭ，主要用于掉電時(shí)數據的保護以及記錄部分操作參數。此外，組成系統的還有ＷＡＴＣＨＤＯＧ電路、ＵＡＲＴ電路等。它們在系統中的資源分配、功能實(shí)現都是通過(guò)對控制器的軟件編程來(lái)完成。下面將詳細介紹各部分的接口電路設計以及相應的工作原理。

１．２ ８０Ｃ１９６ＫＣ部分設計

１６位的８０Ｃ１９６ＫＣ80C196KC 80C196KB芯片是Ｉｎｔｅｌ公司ＭＣＳ－９６系列單片機中重要的新成員，也是目前該系列單片機中性能最強的產(chǎn)品之一，在各類(lèi)自動(dòng)控制系統、數據采集系統和高級智能儀器中都有廣泛的應用。８０Ｃ１９６ＫＣ芯片的特點(diǎn)如下：振蕩信號頻率達１６ＭＨｚ，指令的運算速度更快，１６位乘法１．７５μｓ，３２位除法３．０μｓ；８個(gè)Ａ／Ｄ通道，可以方便地實(shí)現被控對象多點(diǎn)電壓和電流采樣；通過(guò)ＣＰＵ的串行口可實(shí)現與上位ＰＣ機之間的通信；新增１００Ｈ～１ＦＦＨ內部ＲＡＭ，在垂直窗下具有更靈活的運用；具有三路脈寬調制（ＰＷＭ）輸出；在８０Ｃ１９６ＫＢ的基礎上又增加了５條（ＫＢ已經(jīng)增加了６條），使程序編制更加方便；１６位多路復用地址數據／地址線(xiàn)可以與ＰＳＤ直接接口，同時(shí)通過(guò)鎖存器后，可將地址和數據分別接至雙口ＲＡＭ，實(shí)現多個(gè)ＣＰＵ之間的數據傳輸等。詳細的性能參數和特點(diǎn)請參見(jiàn)文獻[１～２]。在雙ＣＰＵ系統中，８０Ｃ１９６主要完成的功能有鍵盤(pán)控制、顯示輸出、數據保存、信號傳送等。由于涉及的內容復雜，而且還需要與很多外圍接口，所以用到了大容量、多端口的ＰＳＤ４０００PSD4000系列芯片與它配合，圖２所示即為８０Ｃ１９６ＫＣ部分的電路圖。