导言
跟着工业技能的不断开展，对单片机操控的要求也越来越高，需求单片机具有更高的反应速度和更强的数据处理才能，各种高功用的新式单片机得到了迅猛的开展和运用。单片机上主要是高速的数字信号，弱信号很简单遭到外界的电磁搅扰，一同，单片机体系也会产生掉电、死循环等问题。在工业操控场合，一旦操控产生过错，将会形成难以估计的丢失。因此，怎么进步操控的可靠性是长期以来的一个重要问题。本文介绍了运用32位高功用单片机MC68HC376的一种实践开发计划，一同要点评论了进步体系可靠性的规划和完结办法。
MC68HC376是Motorola公司推出的一种新式的32位高功用单片机，具有极强的数据处理、逻辑运算和信息存储才能，且支撑BDM(Background Debug Mode)方法。经过简易的专用电缆接口，能够直接对微操控器体系进行仿真开发和烧录程序。此外，因为MC68HC376内部
集成度高，外部扩展作业少，因此自身具有较强的抗搅扰才能；一同经过外部硬件电路以及软件的抗搅扰规划，操控体系能够完结较高的可靠性。
1 操控体系的根本结构规划
MC68HC376的集成度高，其主要功用模块包含32位CPU；体系集成模块(SIM)；4K备用RAM；8K片内ROM；10位队列式的模数转换器(QADC)；队列式串行通讯模块(QSM)；可结构时钟模块(CTM4)；时刻处理单元(TPU)；
3.5K静态TPURAM；CAN操控模块(TOUCAN)。其根本功用如下：
(1) 24位地址总线、16位数据总线结构，支撑32位数据操作。
(2) 2个8位双功用I/O，1个7位双功用I/O，16~44个模拟量输入通道。
(3) 具有体系维护逻辑，一同可进行时钟监督和总线监督。
(4) 速度快，在4.194MHz的晶振下体系时钟可达20.97MHz。
(5) 功耗低，具有低功率休眠功用。
(6) 支撑高档语言和布景调试。
体系扩展的根本结构 MC68HC376 内部集成度较高，因此其所需的外围扩展作业较少。根本结构包含外部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操控器CAN250等，其结构框图如图1所示。本文要点评论体系的可靠性规划。
2 体系的可靠性规划
2.1 微处理器硬件监控电路
本文选用监控器MAX705芯片构成外部监控电路，电路外部接线如图2所示。该电路具有看门狗守时器、主动和手动复位功用，以及电压门限监测功用。
因为在体系上电、掉电以及供电电压缺乏时， CPU 和总线逻辑状况不确认，因此应该将微操控器保持在复位的状况，以避免操控过错。关于MAX705，复位门限电压为4.65V，故当Vcc低于4.65V时，体系坚持在复位状况。一同，将Vcc与PFI引脚相连，当Vcc低于1.25V时，由PFO引脚输出示警信号，若较长时刻处于电源示警状况，则或许呈现电源毛病，应该加以处理。
当体系正常运转时，由MC68HC376的CTM4模块的CTD4通道以小于1.6s的距离守时向MAX705的WDI引脚供给脉冲；一旦体系不能正常运转而导致MAX705的WDI引脚失掉脉冲时，看门狗守时溢出使得/WDO为低，因为/WDO与手动复位引脚/MR相连，因此/RESET脚向MC68HC376宣布低有用的复位信号，使体系康复到复位状况。
2.2 外部滤波电路
因为体系选用外部参阅频率源，为了进步体系频率的安稳性和可靠性，所以需求在MC68HC376的XFC脚上接入滤波电路。该电路应尽或许下降XFC脚的走漏电流，以进步时钟的安稳性和内部锁相环的功用。图3所示为高安稳的滤波电路。
2.3输出驱动电路可靠性规划
操控设备经过对体系状况进行监测和剖析后，向操控和调理的动作单元供给操控信号。假如输出信号遭到搅扰或许因为设备毛病而宣布过错的操控信号，那么会因产生过错的调理操控动作而使体系遭到损害。因此，关于输出驱动电路应该加以相应的闭锁操控和抗搅扰规划，以进步操控的可靠性。
(1) 闭锁操控电路
这儿选用可再触发双/单稳态多谐振荡器74LS123 来构成输出闭锁电路，电路接线如图4 所示。 将74LS123的A脚与MC68HC376的CTM4模块的CTD4通道相连，因为在正常状况下CTD4守时供给脉冲，使得振荡电路不能产生翻转，此刻，/Q坚持为1；假如设备毛病，使得CTD4失掉脉冲，则振荡电路使得/Q翻转变为0，因此闭锁信号变为0对输出操控信号闭锁。
一同，与门4081的另一脚接至MC68HC376的TPU模块的TCH15脚，直接由MC68HC376操控。在正常运转中，当需求输出操控信号时，置TCH15为1；当不需求输出操控信号时，置TCH15为0，则使闭锁信号为0，闭锁输出部分，这样就避免了因为搅扰或其他原因形成的误动作。
(2) 操控信号输出部分的抗搅扰规划
当闭锁信号注册时，输出操控信号或许因为扰动而呈现误差，因此应规划相应的输出电路方法来减小扰动的影响。输出电路的方法如图5所示（这儿只画出一路输出信号）。
选用单线操控时，一旦遭到搅扰就会使操控信号的电平产生变化，然后形成误动。这儿选用“0,1”操控方法，用两根接近的操控线，一根直接接至与门4081，另一根经过非门4069接至4081，即当两根操控线为“0,1”时输出有用的电平信号1。这样，当存在高扰动或低扰动使得操控线一同变为1或0时，输出无效的电平信号0。本体系中，以CTM4模块的CPWM7引脚和闭锁信号一同操控敞开信号；敞开信号与MC68HC376的操控信号一同操控动作输出信号。这样就充沛进步了输出操控的可靠性。留意，单片机的I/O操控信号应运用上拉电阻。
2.4 掉电报警电路
当体系的某一级作业电源掉电时，操控设备将不能正常运作，或许操控信号得不到正确履行。这时应该宣布报警信号，掉电报警电路如图6所示。将各等级的作业电源经过关隔MOC8050串接起来，一旦产生掉电的状况，掉电报警处的电平由高变为低，发动报警设备。软件可靠性规划
2.5 软件看门狗
在MC68HC376的SIM模块中，有一个软件看门狗，在监控程序中，能够敞开软件看门狗，合作进步体系的可靠性。该软件看门狗由MC68HC376的体系维护操控寄存器(SYPCR)中的SWE位操控敞开。当SWE位为1时，看门狗发动，开端计时。在设备正常作业时，程序应该在软件看门狗溢出之前对软件服务寄存器(SWSR)先后写入55H和AAH，当写入完结之后，软件看门狗就会铲除当时计时值，重新开端计时。
假如计时值溢出，则会使MC68HC376的/RESET引脚有用，体系复位。这样，就能够在程序死循环或许因为其它原因此导致程序跳飞时主动回复到复位状况。
看门狗的溢出时刻由体系频率以及SYPCR寄存器的看门狗分频位(SWP)和看门狗守时区(SWT[1:0])决议，如表1所示。挑选看门狗溢出时刻时应该留意巨细适中，若取值过大，则程序或许会较长时刻处于死循环或跳飞状况，然后导致操控过错或失效；若取值过小，则会添加程序担负，下降设备运转功率。
2.6 程序的区域区分和操作等级操控
CPU32可进行两种优先等级的操作：监控等级和用户等级。在监控等级下，CPU能够对一切的内部集成资源和一切的指令进行操作，而在用户等级下，它对一些寄存器和指令的拜访会遭到限制。在程序中有用地运用这种优先等级会使内部资源和一些体系指令得到有操控的拜访，然后进步体系运转的可靠性。CPU32的状况寄存器SR中的S位决议CPU的作业等级，当S=1时CPU处于监控等级；S=0时CPU处于用户等级。
一般状况下，单片机的程序区和数据区在同一个物理地址空间。关于MC68HC376，能够经过功用码FC[2:0]来扩展和区分外部物理空间，对FC[2:0]完结外部解码，能够使监控级程序、监控级数据、用户级程序、用户级数据别离运用各自独立的地址空间。关于MC68HC376内部的各个模块，能够经过其相应的结构寄存器中的SUPV位来确认该部分的通用寄存器所在的地址空间，当SUPV=1时，将相关的寄存器放置于监控级数据地址空间，CPU只要在监控等级时才可对其拜访和操作；当SUPV=0时，将相关的寄存器放置于数据级数据地址空间，CPU可任意对其进行拜访和操作。这样，整个程序结构性强，按等级操控拜访，增强了运转的可靠性。
2.7 总线监督器
MC68HC376进行内部总线操作时，数据选通应对引脚(/DSACK)和主动向量引脚(/AVEC)应该有相应的应对信号。SIM模块中的总线监督器能对/DSACK和/AVEC信号进行监督，当呼应时刻超越守时值就使总线过错(/BERR)引脚有用。程序应对/BERR的状况进行监督，以便及时对总线过错做出相应的处理。
总线监督器的守时值由体系维护操控寄存器(SYPCR)中的总线监督时刻区(BMT[1:0])决议。BMT[1:0]=00时，守时值为64个体系时钟；BMT[1:0]=01时，守时值为32个体系时钟；BMT[1:0]=10时，守时值为16个体系时钟；BMT[1:0]=11时，守时值为8个体系时钟。程序员应根据实践的运转状况进行挑选。
其它 其它一些进步可靠性的办法还包含有装备去耦%&&&&&%；体系时钟电路选用独立电源VDDSYN供电，削减对MCU的搅扰，并且MCU 停电时体系时钟仍可保持运转。布线时，时钟电路设置在电路板的中心；Standby RAM选用两个电源VDD和VSTBY供电，正常运转时VDD供电，产生掉电时，使其主动切换到VSTBY供电。一同，在软件中，将仓库及一些重要数据存放在Standby RAM 有利于重要运转参数的保存。
3结语
该计划选用高功用、集成度高、可靠性强的32位新式微操控器MC68HC376为中心，一同在硬件、软件以及制板布线等方面选用多种进步体系可靠性的规划办法。运用该计划的数字式低频低压操控设备RSA800，已经过电力工业部电力设备及外表质量检验测试中心的产品型式实验。
作者：武汉大学电气工程学院，齐晓曼，何胜，刘涤尘
参阅文献
1 MC68336/376 user’s manual. Motorola.Inc.1996
2 CPU32 reference manual. Motorola.Inc.1996
3 CTM configurable timer module reference manual. Motorola.Inc.1996
4 QADC queued analog-to-digital converter reference manual. Motorola.Inc.1996
5 SIM system integration module reference manual. Motorola.Inc.1996
6 QSM queued serial module reference manual. Motorola.Inc.1996
7 王幸之等. 单片机运用体系抗搅扰技能. 北京航空航天大学出版社. 1999
8 王福瑞等. 单片微机测控体系规划大全[M]. 北京航空航天大学出版社. 1999
9 李华等. MCS-51系列单片机有用接口技能. 北京航空航天大学出版社. 1993
