基于双CPU在多I/O口系统中的硬件电路设计

1 引言

　　常规的单片机应用系统设计，往往都用一个CPU，再扩展一系列外围辅助电路以达到相应设计目标。这种方法，尤其在输入输出接口较多的系统中，必须进行繁琐的译码、逻辑变换，使得系统硬件复杂，调试困难。而用双CPU设计，可大大减少硬件电路，软件资源分配及设计均相对独立，易于修改程序而适合很多应用系统。

　　下面结合一个实际应用系统介绍双CPU的应用。 

　　2 系统组成 

　　本系统要求8路开关量输入，8路模拟信号采集，8路继电器控制输出，8位数码显示，8路按键输入。其中开关量输入、模拟信号采集、继电器控制输出配置在主板上，数码显示和按键输入在面板上。 

　　基于上述设计要求，考虑用一只97C51设计主板，完成8路开关量、8路模拟信号采集以及8路继电器控制；可用另外一只97C51控制面板上的8位数码显示和8路按键采集；两只97C51通过标准串口连接交换信息，这样主板和面板上只需6根线连接即可。其硬件组成框图分别如图1、图2所示。 

图1 主板硬件原理框图 

图2 面板硬件原理框图 

　　3 主板设计 

　　3.1 主板硬件设计 

　　见图1，8路开关量直接通过P1口输入到CPU，通过P2口的输出经光耦隔离后驱动8路继电器，8路模拟量利用美国德州公司的11通道串行A/D芯片TLC542采集后串行送入P0口。当需要显示数据时，按一定协议将数据通过串口传输到面板上CPU控制显示。 

　　为了保证系统可靠，采用MAX690做为看门狗监控两只CPU的运行。一个看门狗监控两只CPU，其中任意一只CPU死机时均自动复位，实现方法是：由面板上CPU的COM端发出一路连续的周期小于1s的方波信号到主板上CPU的COM端，主板上CPU接收到这一方波信号后，严格将其按相近频率，在主程序中唯一地方发出清除看门狗计时器的信号。 

　　3.2 主板控制软件 

　　主板控制软件流程如图3所示。

图3 主板软件流程图 

　　4 面板设计 

　　4.1 面板硬件设计 

　　见图2，CPU P1口直接采样8路按键状态，并送到主板CPU。同时用串口接收主板上CPU送来的显示数据内容，经转换后，以P0口做段驱动，P2口做位驱动直接显示出来。 

　　为保证系统可靠，该CPU的P3.2脚发出一周期小于1s的标准方波信号供主板上CPU采集，再驱动清除看门狗，以实现 一只看门狗同时监控两只CPU的目的。 

　　4.2 面板CPU的软件流程 

　　面板CPU的流程如图4所示。 

图4 面板CPU软件流程图 

　　4.3 显示方式的改变 

　　当显示数据的方式需要改变时，主板上的程序将不变，而只需改变面板上CPU的程序即可，这样可极其灵活地适合于各种应用场合。

　　5 结论 

　　综上所述，以较简单的硬件电路，较少的连线，独立的程序实现了双CPU系统，达到了所提出的要求，提高了系统的可靠性及工作效率。

　　因为CPU的智能化及丰富的片内资源，其灵活性和兼容性远远胜过逻辑电路组合设计模式，又因CPU的价格现在已很低廉，所以，双CPU系统在一定的应用环境中是非常适合的。