雙CPU在多I/O口系統中的硬件設計

1 引言

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

　　下面結合一個(gè)實(shí)際應用系統介紹雙CPU的應用。

　　2 系統組成

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

　　基于上述設計要求，考慮用一只97C51設計主板，完成8路開(kāi)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位數碼顯示和8路按鍵采集；兩只97C51通過(guò)標準串口連接交換信息，這樣主板和面板上只需6根線(xiàn)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 主板設計

　　3.1 主板硬件設計

　　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)光耦隔離后驅動(dòng)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。當需要顯示數據時(shí)，按一定協(xié)議將數據通過(guò)串口傳輸到面板上CPU控制顯示。

　　為了保證系統可靠，采用MAX690做為看門(mén)狗監控兩只CPU的運行。一個(gè)看門(mén)狗監控兩只CPU，其中任意一只CPU死機時(shí)均自動(dòng)復位，實(shí)現方法是：由面板上CPU的COM端發(fā)出一路連續的周期小于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(mén)狗計時(shí)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 面板設計

　　4.1 面板硬件設計

　　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)的顯示數據內容，經(jīng)轉換后，以P0口做段驅動(dòng)，P2口做位驅動(dòng)直接顯示出來(lái)。

　　為保證系統可靠，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，再驅動(dòng)清除看門(mén)狗，以實(shí)現 一只看門(mén)狗同時(shí)監控兩只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

　　當顯示數據的方式需要改變時(shí)，主板上的程序將不變，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用場(chǎng)合。

　　5 結論

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

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