基于雙CPU在多I/O口系統中的硬件電路設計

　　常規的單片機應用系統設計，往往都用一個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。

　　下面結合一個實際應用系統介紹雙CPU的應用。

　　2 系統組成

　　本系統要求8路開關量輸入，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。其中開關量輸入、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路開關量、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通過標準串口連接交換信息，這樣主板和面板上只需6根線連接即可。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

　　見圖1，8路開關量直接通過P1口輸入到CPU，通過P2口的輸出經光耦隔離后驅動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，按一定協議將數據通過串口傳輸到面板上CPU控制顯示。

　　為了保證系統可靠，采用MAX690做為看門狗監控兩只CPU的運行。一個看門狗監控兩只CPU，其中任意一只CPU死機時均自動復位，實現方法是：由面板上CPU的COM端發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出清除看門狗計時器的信號。

　　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

　　見圖2，CPU P1口直接采樣8路按鍵狀態，并送到主板CPU。同時用串口接收主板上CPU送來的顯示數據內容，經轉換后，以P0口做段驅動，P2口做位驅動直接顯示出來。

　　為保證系統可靠，該CPU的P3.2腳發出一周期小于1s的標準方波信號供主板上CPU采集，再驅動清除看門狗，以實現 一只看門狗同時監控兩只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，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合。

　　5 結論

　　綜上所述，以較簡單的硬件電路，較少的連線，獨立的程序實現了雙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邏輯電路組合設計模式，又因CPU的價格現在已很低廉，所以，雙CPU系統在一定的應用環境中是非常適合的。