80C196KC-ADMC401雙CPU接口電路設(shè)計(jì)/其應(yīng)用

隨著微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用以及控制系統(tǒng)復(fù)雜性和實(shí)時(shí)性要求的不斷提高，使得很多系統(tǒng)需要用兩個甚至更多的控制器，實(shí)現(xiàn)被控對象提出的各種要求。尤其是在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，要完成大量的數(shù)據(jù)采集和處理、控制信號的接收和發(fā)送等諸多功能，對系統(tǒng)的運(yùn)算速度、接口資源、穩(wěn)定性以及成本方面有著非常高的要求。設(shè)計(jì)一個實(shí)用、合理、經(jīng)濟(jì)的高性能控制系統(tǒng)是成功投入現(xiàn)場運(yùn)行的關(guān)鍵。

在ＳＶＧ（靜止無功發(fā)生器）裝置中涉及到大量的復(fù)雜計(jì)算（如濾波計(jì)算、瞬時(shí)無功計(jì)算）和先進(jìn)的控制手段（如矢量控制）以及諸多信號的采集和發(fā)送，使得單個ＣＰＵ很難滿足系統(tǒng)要求。因此采用高集成度的嵌入式處理器與ＤＳＰ芯片組成雙ＣＰＵ系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制。

１ 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

１．１ 系統(tǒng)的組成及原理

雙ＣＰＵ系統(tǒng)的原理圖框圖如圖１所示。系統(tǒng)采用８０Ｃ１９６ＫＣ和ＡＤＭＣ４０１兩個芯片作為核心處理器。ＡＤＩ公司的ＡＤＭＣ４０１芯片是基于ＤＳＰ的控制器，非常適于工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中的高性能控制。該芯片集成了一個高速的ＤＳＰ內(nèi)核，且其內(nèi)核具有一套完備的外圍控制接口，以便在高度集成的環(huán)境中快速實(shí)現(xiàn)控制。Ｉｎｔｅｌ公司的８０Ｃ１９６80C196（ＫＢ／ＫＣ）是一款高性能且價(jià)格低廉的１６位單片機(jī)，同樣適用于高速控制和需要多個外設(shè)的場合。兩個ＣＰＵ在運(yùn)行時(shí)獨(dú)立執(zhí)行存放在不同器件中的程序，同時(shí)保持相互之間的協(xié)調(diào)工作?？紤]到系統(tǒng)本身的復(fù)雜性，如果使用傳統(tǒng)的ＲＡＭ、ＲＯＭ和邏輯譯碼器件分離的系統(tǒng)接線方式，必定會使得整個控制電路過于龐雜，給調(diào)試帶來很大困難，同時(shí)也降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，該系統(tǒng)用到了可編程系統(tǒng)外圍接口器件ＰＳＤ產(chǎn)品中的ＰＳＤ４２３５和ＰＳＤ３１１。它們分別作為兩個ＣＰＵ的外部擴(kuò)展器件，并和ＣＰＵ組成一個雙ＣＰＵ-ＰＳＤ系統(tǒng)（簡稱雙ＣＰＵ系統(tǒng)），如圖１所示。兩個ＣＰＵ間的相互通信采用了雙口ＲＡＭ（ＩＤＴ７１３２IDT7132），通過它可以順利實(shí)現(xiàn)兩個ＣＰＵ之間的數(shù)據(jù)傳輸。鍵盤管理部分用８２Ｃ７９82C79接口芯片。輸出顯示部分用以ＳＥＤ１５２０SED1520為驅(qū)動芯片的ＭＧＬＳ－１２０３２Ａ液晶模塊（ＬＣＤ）。系統(tǒng)中專門增加了額外的串行Ｅ２ＰＲＯＭ，主要用于掉電時(shí)數(shù)據(jù)的保護(hù)以及記錄部分操作參數(shù)。此外，組成系統(tǒng)的還有ＷＡＴＣＨＤＯＧ電路、ＵＡＲＴ電路等。它們在系統(tǒng)中的資源分配、功能實(shí)現(xiàn)都是通過對控制器的軟件編程來完成。下面將詳細(xì)介紹各部分的接口電路設(shè)計(jì)以及相應(yīng)的工作原理。

１．２ ８０Ｃ１９６ＫＣ部分設(shè)計(jì)

１６位的８０Ｃ１９６ＫＣ80C196KC 80C196KB芯片是Ｉｎｔｅｌ公司ＭＣＳ－９６系列單片機(jī)中重要的新成員，也是目前該系列單片機(jī)中性能最強(qiáng)的產(chǎn)品之一，在各類自動控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和高級智能儀器中都有廣泛的應(yīng)用。８０Ｃ１９６ＫＣ芯片的特點(diǎn)如下：振蕩信號頻率達(dá)１６ＭＨｚ，指令的運(yùn)算速度更快，１６位乘法１．７５μｓ，３２位除法３．０μｓ；８個Ａ／Ｄ通道，可以方便地實(shí)現(xiàn)被控對象多點(diǎn)電壓和電流采樣；通過ＣＰＵ的串行口可實(shí)現(xiàn)與上位ＰＣ機(jī)之間的通信；新增１００Ｈ～１ＦＦＨ內(nèi)部ＲＡＭ，在垂直窗下具有更靈活的運(yùn)用；具有三路脈寬調(diào)制（ＰＷＭ）輸出；在８０Ｃ１９６ＫＢ的基礎(chǔ)上又增加了５條（ＫＢ已經(jīng)增加了６條），使程序編制更加方便；１６位多路復(fù)用地址數(shù)據(jù)／地址線可以與ＰＳＤ直接接口，同時(shí)通過鎖存器后，可將地址和數(shù)據(jù)分別接至雙口ＲＡＭ，實(shí)現(xiàn)多個ＣＰＵ之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。詳?xì)的性能參數(shù)和特點(diǎn)請參見文獻(xiàn)[１～２]。在雙ＣＰＵ系統(tǒng)中，８０Ｃ１９６主要完成的功能有鍵盤控制、顯示輸出、數(shù)據(jù)保存、信號傳送等。由于涉及的內(nèi)容復(fù)雜，而且還需要與很多外圍接口，所以用到了大容量、多端口的ＰＳＤ４０００PSD4000系列芯片與它配合，圖２所示即為８０Ｃ１９６ＫＣ部分的電路圖。