基于32位單片機的高可靠性系統設計
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隨著(zhù)工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，對單片機控制的要求也越來(lái)越高，需要單片機具備更高的反應速度和更強的數據處理能力，各種高性能的新型單片機得到了迅猛的發(fā)展和應用。單片機上主要是高速的數字信號，弱信號很容易受到外界的電磁干擾，同時(shí)，單片機系統也會(huì )發(fā)生掉電、死循環(huán)等問(wèn)題。在工業(yè)控制場(chǎng)合，一旦控制發(fā)生錯誤，將會(huì )造成難以估計的損失。因此，如何提高控制的可靠性是長(cháng)期以來(lái)的一個(gè)重要問(wèn)題。本文介紹了應用32位高性能單片機MC68HC376的一種實(shí)際開(kāi)發(fā)方案，同時(shí)重點(diǎn)討論了提高系統可靠性的設計和實(shí)現方法。 MC68HC376 是Motorola 公司推出的一種新型的32 位高性能單片機，具有極強的數據處理、邏輯運算和信息存儲能力，且支持BDM(Background Debug Mode)模式。通過(guò)簡(jiǎn)易的專(zhuān)用電纜接口，可以直接對微控制器系統進(jìn)行仿真開(kāi)發(fā)和燒錄程序。此外，由于MC68HC376 內部集成度高，外部擴展工作少，因此本身具有較強的抗干擾能力；同時(shí)通過(guò)外 部硬件電路以及軟件的抗干擾設計，控制系統可以實(shí)現較高的可靠性。
1 控制系統的基本結構設計
MC68HC376 的集成度高，其主要功能模塊包括32位CPU；系統集成模塊(SIM)；4K備用RAM；8K 片內ROM；10位隊列式的模數轉換器(QADC)；隊列式串行通信模塊(QSM)；可構造時(shí)鐘模塊(CTM4)；時(shí)間處理單元(TPU)；3.5K靜態(tài)TPURAM；CAN 控制模塊(TOUCAN)。其基本性能如下：
(1) 24位地址總線(xiàn)、16位數據總線(xiàn)結構，支持32位數據操作。
(2) 2個(gè)8位雙功能I/O，1個(gè)7位雙功能I/O，16~44個(gè)模擬量輸入通道。
(3) 具有系統保護邏輯，同時(shí)可進(jìn)行時(shí)鐘監視和總線(xiàn)監視。
(4) 速度快，在4.194MHz的晶振下系統時(shí)鐘可達20.97MHz。
(5) 功耗低，具備低功率休眠功能。
(6) 支持高級語(yǔ)言和背景調試。 系統擴展的基本結構 MC68HC376 內部集成度較高，因而其所需的外圍擴展工作較少?；窘Y構包括外部Flash ROM、RAM、模擬量輸入通道、數字量輸入通道、鍵盤(pán)、液晶顯示、RS-232電平轉換器MAX232和CAN 控制器CAN250等，其結構框圖如圖1 所示。本文重點(diǎn)討論系統的可靠性設計。
2 系統的可靠性設計
微處理器硬件監控電路
本文采用監控器MAX705 芯片構成外部監控電路，電路外部接線(xiàn)如圖2 所示。該電路具有看門(mén)狗定時(shí)器、自動(dòng)和手動(dòng)復位功能，以及電壓門(mén)限監測功能。 由于在系統上電、掉電以及供電電壓不足時(shí)， CPU 和總線(xiàn)邏輯狀態(tài)不確定，因此應該將微控制器維持在復位的狀態(tài)，以避免控制錯誤。對于MAX705，復位門(mén)限電壓為4.65V，故當Vcc低于4.65V時(shí)，系統保持在復位狀態(tài)。同時(shí)，將Vcc 與PFI 引腳相連，當Vcc低于1.25V時(shí)，由PFO 引腳輸出示警信號，若較長(cháng)時(shí)間處于電源示警狀態(tài)，則可能出現電源故障，應該加以處理。當系統正常運行時(shí)，由MC68HC376 的CTM4 模塊的CTD4通道以小于1.6s 的間隔定時(shí)向MAX705的WDI 引腳提供脈沖；一旦系統不能正常運行而導致MAX705的WDI 引腳失去脈沖時(shí)，看門(mén)狗定時(shí)溢出使得/WDO為低，由于/WDO與手動(dòng)復位引腳/MR相連，因此/RESET腳向MC68HC376發(fā)出低有效的復位信號，使系統恢復到復位狀態(tài)。
外部濾波電路 由于系統采用外部參考頻率源，為了提高系統頻率的穩定性和可靠性，所以需要在MC68HC376 的XFC 腳上接入濾波電路。該電路應盡可能降低XFC 腳的泄露電流，以提高時(shí)鐘的穩定性和內部鎖相環(huán)的性能。圖3所示為高穩定的濾波電路。
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