51單片機(jī)在微機(jī)自動交換系統(tǒng)中穩(wěn)定運(yùn)行的設(shè)計(jì)方法

　　在電力線載波通信中，微機(jī)自動盤的功能多，邏輯性強(qiáng)，MCS—51單片機(jī)在該系統(tǒng)中處理任務(wù)時的實(shí)時性尤為突出。由于該系統(tǒng)整機(jī)配置的主要服務(wù)對象是電力調(diào)度，且它的使用環(huán)境將來多為無人值守站，所以系統(tǒng)工作是否穩(wěn)定直接影響到電力線載波機(jī)的整機(jī)性能。針對電力通信特點(diǎn)，在考慮穩(wěn)定運(yùn)行方面我們采取了以下幾項(xiàng)措施。

　　1　設(shè)置上電延時復(fù)位電路

　　1．1　為什么要進(jìn)行上電復(fù)位

　　計(jì)算機(jī)在啟動運(yùn)行時都要進(jìn)行復(fù)位。作為在控制領(lǐng)域中應(yīng)用較廣泛的單片機(jī)，復(fù)位處理更是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵。單片機(jī)內(nèi)部的各個功能部件均受特殊功能寄存器控制，程序運(yùn)行直接受程序計(jì)數(shù)器指揮，寄存器的復(fù)位狀態(tài)決定了單片機(jī)內(nèi)有關(guān)功能部件工作用的初始狀態(tài)，而程序的正常運(yùn)行就是從這個狀態(tài)開始的。如果上電時沒有做到正確復(fù)位，就可能使CPU從不定地址開始執(zhí)行指令，系統(tǒng)就得不到正確的初始化，也就不能正常工作。

　　1．2　復(fù)位條件

　　單片機(jī)是靠外部電路復(fù)位的。上電復(fù)位步驟：

　�。�1）必須首先建立電源Vcc；

　�。�2）Vcc穩(wěn)定后（達(dá)到允許值）時鐘振蕩器起振；

　�。�3）復(fù)位腳必須在振蕩器起振后至少保持兩個機(jī)器周期復(fù)位電平。也就是說，復(fù)位腳（RST）復(fù)位電平維持時間應(yīng)包括Vcc的建立時間、振蕩器起振時間和至少兩個機(jī)器周期時間。

　　1．3　一般上電復(fù)位電路

　　在上電時，電源Vcc的建立時間應(yīng)小于幾十ms，振蕩器的起振時間取決于振蕩器頻率，對于10MHz晶體，起振時間為1ms，對于1MHz晶體，起振時間一般為10ms。此時可采用一般上電復(fù)位電路（圖1）。

　　如果對電源Vcc建立運(yùn)行速度相當(dāng)緩慢的系統(tǒng)，RC上電復(fù)位電路將不能保證系統(tǒng)可靠復(fù)位。假如，建立時間為1s，則RC充電曲線如圖2所示，此時很難使RC電路輸出正常的復(fù)位電平（隨著RC的充電，RST腳的電位ΔVc越來越低，在電源穩(wěn)定后，ΔVc的幅度不滿足兩個機(jī)器內(nèi)復(fù)位電平的要求，RST腳就可能退出復(fù)位狀態(tài)）。而且，RST腳因易受電源干擾而產(chǎn)生誤復(fù)位。

　　1．4　上電延時復(fù)位電路

　　雖然電力線載波機(jī)電源現(xiàn)都采用開關(guān)工作方式，建立速度比以往的串聯(lián)式或并聯(lián)式調(diào)整電源快，但由于機(jī)器本身使用的電壓等級多，功率要求大，開機(jī)后各種電源的建立至少還需要500ms時間才能穩(wěn)定（＋5V電源也不例外），所以在自動交換系統(tǒng)中采用一般上電復(fù)位在時間上幾乎不可能滿足復(fù)位要求，這是因?yàn)?MCS—51采用一般上電復(fù)位電路就要求電源至少在20ms內(nèi)建立才能保證復(fù)位。這屬于硬件特性，對于克服這一時延性困難來說，我們不可能做到使所有電力電源都迅速建立（該產(chǎn)品要利用與之配套的設(shè)備電源），只有針對MCS—51自身特性在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采取相應(yīng)措施。

　　MCS—51硬件復(fù)位要保證在Vcc穩(wěn)定、振蕩器起振后至少有兩個機(jī)器周期（24個振蕩器周期）的高電平出現(xiàn)在RST端，即執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位。為此我們設(shè)計(jì)了一個上電延時電路，該電路能針對不同電源建立時間的長短，改變R、C參數(shù)，可調(diào)整延時時間。由于采用了該電路，在無人值守站，系統(tǒng)不會因停電、再上電而出現(xiàn)“死機(jī)”造成通信中斷現(xiàn)象，如圖3所示。R1、R2提供比較電位（2／3Vcc），RC充電時間由R、C參數(shù)決定，R4為復(fù)原信號邊緣校正，V1二級管為頻繁上電時電容C的泄放電路，V2與Watchdog電路在邏輯上成或關(guān)系。開機(jī)時同相端電位大于反相端電位，輸出為上升的電位（在電源建立期間），RC充電時間足夠延遲到電源穩(wěn)定，當(dāng)RC充電電壓大于2／3Vcc時，該電路輸出“0”，至此上電復(fù)位正常完成。

　　在電力線載波通信中，微機(jī)自動盤的功能多，邏輯性強(qiáng)，MCS—51單片機(jī)在該系統(tǒng)中處理任務(wù)時的實(shí)時性尤為突出。由于該系統(tǒng)整機(jī)配置的主要服務(wù)對象是電力調(diào)度，且它的使用環(huán)境將來多為無人值守站，所以系統(tǒng)工作是否穩(wěn)定直接影響到電力線載波機(jī)的整機(jī)性能。針對電力通信特點(diǎn)，在考慮穩(wěn)定運(yùn)行方面我們采取了以下幾項(xiàng)措施。

　　1　設(shè)置上電延時復(fù)位電路

　　1．1　為什么要進(jìn)行上電復(fù)位

　　計(jì)算機(jī)在啟動運(yùn)行時都要進(jìn)行復(fù)位。作為在控制領(lǐng)域中應(yīng)用較廣泛的單片機(jī)，復(fù)位處理更是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵。單片機(jī)內(nèi)部的各個功能部件均受特殊功能寄存器控制，程序運(yùn)行直接受程序計(jì)數(shù)器指揮，寄存器的復(fù)位狀態(tài)決定了單片機(jī)內(nèi)有關(guān)功能部件工作用的初始狀態(tài)，而程序的正常運(yùn)行就是從這個狀態(tài)開始的。如果上電時沒有做到正確復(fù)位，就可能使CPU從不定地址開始執(zhí)行指令，系統(tǒng)就得不到正確的初始化，也就不能正常工作。

　　1．2　復(fù)位條件

　　單片機(jī)是靠外部電路復(fù)位的。上電復(fù)位步驟：

　�。�1）必須首先建立電源Vcc；

　　（2）Vcc穩(wěn)定后（達(dá)到允許值）時鐘振蕩器起振；

　　（3）復(fù)位腳必須在振蕩器起振后至少保持兩個機(jī)器周期復(fù)位電平。也就是說，復(fù)位腳（RST）復(fù)位電平維持時間應(yīng)包括Vcc的建立時間、振蕩器起振時間和至少兩個機(jī)器周期時間。

　　1．3　一般上電復(fù)位電路

　　在上電時，電源Vcc的建立時間應(yīng)小于幾十ms，振蕩器的起振時間取決于振蕩器頻率，對于10MHz晶體，起振時間為1ms，對于1MHz晶體，起振時間一般為10ms。此時可采用一般上電復(fù)位電路（圖1）。

　　如果對電源Vcc建立運(yùn)行速度相當(dāng)緩慢的系統(tǒng)，RC上電復(fù)位電路將不能保證系統(tǒng)可靠復(fù)位。假如，建立時間為1s，則RC充電曲線如圖2所示，此時很難使RC電路輸出正常的復(fù)位電平（隨著RC的充電，RST腳的電位ΔVc越來越低，在電源穩(wěn)定后，ΔVc的幅度不滿足兩個機(jī)器內(nèi)復(fù)位電平的要求，RST腳就可能退出復(fù)位狀態(tài)）。而且，RST腳因易受電源干擾而產(chǎn)生誤復(fù)位。

　　1．4　上電延時復(fù)位電路

　　雖然電力線載波機(jī)電源現(xiàn)都采用開關(guān)工作方式，建立速度比以往的串聯(lián)式或并聯(lián)式調(diào)整電源快，但由于機(jī)器本身使用的電壓等級多，功率要求大，開機(jī)后各種電源的建立至少還需要500ms時間才能穩(wěn)定（＋5V電源也不例外），所以在自動交換系統(tǒng)中采用一般上電復(fù)位在時間上幾乎不可能滿足復(fù)位要求，這是因?yàn)?MCS—51采用一般上電復(fù)位電路就要求電源至少在20ms內(nèi)建立才能保證復(fù)位。這屬于硬件特性，對于克服這一時延性困難來說，我們不可能做到使所有電力電源都迅速建立（該產(chǎn)品要利用與之配套的設(shè)備電源），只有針對MCS—51自身特性在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采取相應(yīng)措施。

　　MCS—51硬件復(fù)位要保證在Vcc穩(wěn)定、振蕩器起振后至少有兩個機(jī)器周期（24個振蕩器周期）的高電平出現(xiàn)在RST端，即執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位。為此我們設(shè)計(jì)了一個上電延時電路，該電路能針對不同電源建立時間的長短，改變R、C參數(shù)，可調(diào)整延時時間。由于采用了該電路，在無人值守站，系統(tǒng)不會因停電、再上電而出現(xiàn)“死機(jī)”造成通信中斷現(xiàn)象，如圖3所示。R1、R2提供比較電位（2／3Vcc），RC充電時間由R、C參數(shù)決定，R4為復(fù)原信號邊緣校正，V1二級管為頻繁上電時電容C的泄放電路，V2與Watchdog電路在邏輯上成或關(guān)系。開機(jī)時同相端電位大于反相端電位，輸出為上升的電位（在電源建立期間），RC充電時間足夠延遲到電源穩(wěn)定，當(dāng)RC充電電壓大于2／3Vcc時，該電路輸出“0”，至此上電復(fù)位正常完成。

　　2　應(yīng)用看門狗電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)保護(hù)

　　2．1　復(fù)位寬度設(shè)計(jì)要求

　　因?yàn)镸CS—51內(nèi)部無Watchdog功能（8096系列單片機(jī)有），所以需在外部擴(kuò)展此電路，如圖4所示。單穩(wěn)電路為可再觸發(fā)電路，只要觸發(fā)脈沖（CP）正常地作周期性輸出，單穩(wěn)一直處于瞬態(tài)階段，輸出低電平。通過V1嵌位，振蕩電路停振，振蕩器輸出“0”不影響RST腳，CPU處于正常工作狀態(tài)，如果因某種原因CP無輸出，單穩(wěn)處于穩(wěn)態(tài)，輸出“1”振蕩器起振，輸出方波，送至RST腳。為了保證復(fù)位，方波寬度遠(yuǎn)大于兩機(jī)器周期，且至少應(yīng)大于CP兩個周期，以保證程序有時間作Watchdog

　　處理（輸出正常的觸發(fā)脈沖，使振蕩器停振，輸出“0”不影響RST腳）。

　　2．2　周期性觸發(fā)脈沖軟件設(shè)計(jì)考慮

　　由軟件產(chǎn)生周期性觸發(fā)信號來控制該電路工作，以確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。在產(chǎn)生該周期性信號時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

　�。�1）信號不采取定時器中斷方式獲得。這基于以下考慮：在初始化后，定時中斷即開始工作，假如由于某種信號干擾使主程序轉(zhuǎn)飛，但并未破壞定時器有關(guān)中斷控制設(shè)置，定時中斷有可能正常工作，則周期性脈沖可能輸出正常，此時Watchdog則不能使主程序恢復(fù)正常。

　　（2）Watchdog輸出模塊放在主程序中，主程序有幾個循環(huán)體就應(yīng)放入幾個Watchdog輸出模塊，以確保主程序不被破壞。

　　（3）工作程序部分包括主程序和中斷程序，Watchdog不僅要保護(hù)主程序轉(zhuǎn)飛，而且也要保護(hù)中斷程序轉(zhuǎn)飛。保護(hù)流程如圖5所示。設(shè)高級中斷運(yùn)行標(biāo)志為1，次級

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