引言 随着工业技术的不断发展，对单片机控制的要求也越来越高，需要单片机具备更高的反应速度和更强的数据处理能力，各种高性能的新型单片机得到了迅猛的发展和应用。单片机上主要是高速的数字信号，弱信号很容易受到的电磁干扰，同时，单片机系统也会发生掉电、死循环等问题。在工业控制场合，一旦控制发生错误，将会造成难以估计的损失。因此，如何提高控制的可靠性是长期以来的一个重要问题。本文介绍了应用32位高性能单片机MC68HC376的一种实际开发方案，同时重点讨论了提高系统可靠性的设计和实现方法。 MC68HC376是Motorola公司推出的一种新型的32位高性能单片机，具有极强的数据处理、逻辑运算和信息存储能力，且支持BDM(Background Debug Mode)模式。通过简易的专用电缆接口，可以直接对微控制器系统进行仿真开发和烧录程序。此外，由于MC68HC376内部 集成度高，外部扩展工作少，因此本身具有较强的抗干扰能力；同时通过外部硬件电以及软件的抗干扰设计，控制系统可以实现较高的可靠性。 1 控制系统的基本结构设计 MC68HC376的集成度高，其主要功能模块包括32位CPU；系统集成模块(SIM)；4K备用RAM；8K片内ROM；10位队列式的模数转换器(QADC)；队列式串行通信模块(QSM)；可构造时钟模块(CTM4)；时间处理单元(TPU)； 3.5K静态TPURAM；CAN控制模块(TOUCAN)。其基本性能如下： (1) 24位地址总线、16位数据总线结构，支持32位数据操作。 (2) 2个8位双功能I/O，1个7位双功能I/O，16~44个模拟量输入通道。 (3) 具有系统逻辑，同时可进行时钟和总线。 (4) 速度快，在4.194MHz的晶振下系统时钟可达20.97MHz。 (5) 功耗低，具备低功率休眠功能。 (6) 支持高级语言和背景调试。 系统扩展的基本结构 MC68HC376 内部集成度较高，因而其所需的外围扩展工作较少。基本结构包括外部Flash ROM、RAM、模拟量输入通道、数字量输入通道、键盘、液晶显示、RS-232电平转换器MAX232和CAN控制器CAN250等，其结构框图如图1所示。本文重点讨论系统的可靠性设计。 2 系统的可靠性设计 2.1 微处理器硬件电 本文采用器MAX705芯片构成外部电，电外部接线如图2所示。该电具有看门狗定时器、自动和手动复位功能，以及电压门限监测功能。 由于在系统上电、掉电以及供电电压不足时， CPU 和总线逻辑状态不确定，因此应该将微控制器维持在复位的状态，以避免控制错误。对于MAX705，复位门限电压为4.65V，故当Vcc低于4.65V时，系统保持在复位状态。同时，将Vcc与PFI引脚相连，当Vcc低于1.25V时，由PFO引脚输出信号，若较长时间处于电源状态，则可能出现电源故障，应该加以处理。 当系统正常运行时，由MC68HC376的CTM4模块的CTD4通道以小于1.6s的间隔定时向MAX705的WDI引脚提供脉冲；一旦系统不能正常运行而导致MAX705的WDI引脚失去脉冲时，看门狗定时溢出使得/WDO为低，由于/WDO与手动复位引脚/MR相连，因此/RESET脚向MC68HC376发出低有效的复位信号，使系统恢复到复位状态。 2.2 外部滤波电 由于系统采用外部参考频率源，为了提高系统频率的稳定性和可靠性，所以需要在MC68HC376的XFC脚上接入滤波电。该电应尽可能降低XFC脚的泄露电流，以提高时钟的稳定性和内部锁相环的性能。图3所示为高稳定的滤波电。 2.3输出驱动电可靠性设计 控制装置通过对系统状况进行监测和分析后，向控制和调节的动作单元提供控制信号。如果输出信号受到干扰或者由于装置故障而发出错误的控制信号，那么会因产生错误的调节控制动作而使系统受到危害。因此，对于输出驱动电应该加以相应的闭锁控制和抗干扰设计，以提高控制的可靠性。 延伸内容： |