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基于32位单片机的高可靠性系统设计

来源:中电网 / 作者:武汉大学电气工程学院?? 齐晓曼?? 何胜?? 刘涤尘?? 2006年03月27日 ?? 收藏0

?????? 外部滤波电路?

??? 由于系统采用外部参考频率源,为了提高系统频率的稳定性和可靠性,所以需要在MC68HC376 的XFC 脚上接入滤波电路。该电路应尽可能降低XFC 脚的泄露电流,以提高时钟的稳定性和内部锁相环的性能。图3所示为高稳定的滤波电路。?

?????? 输出驱动电路可靠性设计

?????? 控制装置通过对系统状况进行监测和分析后,向控制和调节的动作单元提供控制信号。如果输出信号受到干扰或者由于装置故障而发出错误的控制信号,那么会因产生错误的调节控制动作而使系统受到危害。因此,对于输出驱动电路应该加以相应的闭锁控制和抗干扰设计,以提高控制的可靠性。

?????? (1) 闭锁控制电路 这里采用可再触发双/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,由于在正常情

况下CTD4定时提供脉冲,使得振荡电路不能发生翻转,此时,/Q保持为1;如果装置故障,使得CTD4 失去脉冲,则振荡电路使得/Q翻转变为0,因此闭锁信号变为0 对输出控制信号闭锁。同时,与门4081的另一脚接至MC68HC376 的TPU 模块的TCH15 脚,直接由MC68HC376 控制。在正常运行中,当需要输出控制信号时,置TCH15为1;当不需要输出控制信号时,置TCH15为0,则使闭锁信号为0,闭锁输出部分,这样就防止了由于干扰或其他原因造成的误动作。

?????? (2) 控制信号输出部分的抗干扰设计 当闭锁信号开通时,输出控制信号可能由于扰动而出现偏差,因此应设计相应的输出电路形式来减小扰动的影响。输出电路的形式如图5 所示(这里只画出一路输出信号)。 采用单线控制时,一旦受到干扰就会使控制信号的电平发生变化,从而造成误动。这里采用“0,1”控制方式,用两根临近的控制线,一根直接接至与门4081,另一根经过非门4069 接至4081,即当两根控制线为“0,1”时输出有效的电平信号1。这样,当存在高扰动或低扰动使得控制线同时变为1或0时,输出无效的电平信号0。本系统中,以CTM4模块的CPWM7引脚和闭锁信号一起控制开启信号;开启信号与MC68HC376的控制信号一起控制动作输出信号。这样就充分提高了输出控制的可靠性。注意,单片机的I/O 控制信号应使用上拉电阻。?

高稳定的滤波电路

控制输出通道的抗干扰设

?

软件看门狗溢出时间

?????? 掉电报警电路

?????? 当系统的某一级工作电源掉电时,控制装置将不能正常运作,或者控制信号得不到正确执行。这时应该发出报警信号,掉电报警电路如图6 所示。将各等级的工作电源通过关隔MOC8050 串接起来,一旦发生掉电的情况,掉电报警处的电平由高变为低,启动报警装置。软件可靠性设计?

?????? 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,可以开启软件看门狗,配合提高系统的可靠性。该软件看门狗由MC68HC376的系统保护控制寄存器(SYPCR)中的SWE 位控制开启。当SWE 位为1 时,看门狗启动,开始计时。在装置正常工作时,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,当写入完成之后,软件看门狗就会清除当前计时值,重新开始计时。如果计时值溢出,则会使MC68HC376 的/RESET引脚有效,系统复位。这样,就可以在程序死循环或者由于其它原因而导致程序跳飞时自动回复到复位状态。看门狗的溢出时间由系统频率以及SYPCR 寄存器的看门狗分频位(SWP)和看门狗定时区(SWT[1:0])决定,如表1所示。选择看门狗溢出时间时应该注意大小适中,若取值过大,则程序可能会较长时间处于死循环或跳飞状态,从而导致控制错误或失效;若取值过小,则会增加程序负担,降低装置运行效率。


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操作系统? 单片机? 高可靠性?

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