基于32位單片機的高可靠性系統設計
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隨著工業技術的不斷發展，對單片機控制的要求也越來越高，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，單片機系統也會發生掉電、死循環等問題。在工業控制場合，一旦控制發生錯誤，將會造成難以估計的損失。因此，如何提高控制的可靠性是長期以來的一個重要問題。本文介紹了應用32位高性能單片機MC68HC376的一種實際開發方案，同時重點討論了提高系統可靠性的設計和實現方法。 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。通過簡易的專用電纜接口，可以直接對微控制器系統進行仿真開發和燒錄程序。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；同時通過外 部硬件電路以及軟件的抗干擾設計，控制系統可以實現較高的可靠性。
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)；可構造時鐘模塊(CTM4)；時間處理單元(TPU)；3.5K靜態TPURAM；CAN 控制模塊(TOUCAN)。其基本性能如下：
(1) 24位地址總線、16位數據總線結構，支持32位數據操作。
(2) 2個8位雙功能I/O，1個7位雙功能I/O，16~44個模擬量輸入通道。
(3) 具有系統保護邏輯，同時可進行時鐘監視和總線監視。
(4) 速度快，在4.194MHz的晶振下系統時鐘可達20.97MHz。
(5) 功耗低，具備低功率休眠功能。
(6) 支持高級語言和背景調試。 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。基本結構包括外部Flash ROM、RAM、模擬量輸入通道、數字量輸入通道、鍵盤、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，電路外部接線如圖2 所示。該電路具有看門狗定時器、自動和手動復位功能，以及電壓門限監測功能。 由于在系統上電、掉電以及供電電壓不足時， CPU 和總線邏輯狀態不確定，因此應該將微控制器維持在復位的狀態，以避免控制錯誤。對于MAX705，復位門限電壓為4.65V，故當Vcc低于4.65V時，系統保持在復位狀態。同時，將Vcc 與PFI 引腳相連，當Vcc低于1.25V時，由PFO 引腳輸出示警信號，若較長時間處于電源示警狀態，則可能出現電源故障，應該加以處理。當系統正常運行時，由MC68HC376 的CTM4 模塊的CTD4通道以小于1.6s 的間隔定時向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，看門狗定時溢出使得/WDO為低，由于/WDO與手動復位引腳/MR相連，因此/RESET腳向MC68HC376發出低有效的復位信號，使系統恢復到復位狀態。
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，以提高時鐘的穩定性和內部鎖相環的性能。圖3所示為高穩定的濾波電路。
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