高可靠性的通訊保護電路設計

宋　芳　張夢潔

摘要：工作在惡劣環(huán)境中的通訊設備，容易受到電磁干擾等因素的影響，出現(xiàn)程序跑飛、死機等現(xiàn)象，造成通訊中斷，且不能自行恢復正常工作，本文針對這一現(xiàn)象進行電路的硬件和軟件設計，通過監(jiān)聽串口數(shù)據(jù)，對設備CPU進行斷電復位，從而使設備恢復正常工作，提高通訊可靠性。

關鍵詞：高可靠性通訊保護；串口監(jiān)聽；定時器；P89LPC915單片機

1概述：

在設計應用于工業(yè)現(xiàn)場的通訊設備時，例如無人值守的變電站抄表設備，應充分考慮設備的抗干擾性能，結合硬件和軟件兩方面進行優(yōu)化組合，在不可避免出現(xiàn)死機等嚴重故障時，設備應能夠可靠復位，重新開始工作。本設計中通過使用PHILIPS公司CPU芯片P89LPC915來監(jiān)控主CPU的對外通訊串行口，定期采集主CPU的發(fā)送腳TXD的狀態(tài)，若在設定的時間內，TXD腳上的電平沒有變化，即可判定主CPU工作異常，此時控制主CPU完成掉電，然后上電

2系統(tǒng)硬件電路設計：

2.1電路原理圖

2.2電路分析

系統(tǒng)電源--在圖1中，U1和U2為電源管理芯片SPX3819M5-3.3,這是SIPEX公司的微功耗LDO,靜態(tài)電流為90uA,輸出電流為500mA,具有輸出使能和輸出短路保護功能,輸入電壓最大為20V,輸出電壓為3.3V,精度為1%. 在本應用中, SPX3819M5-3.3的3腳為輸出使能端,當該引腳上的電壓高于+2V,芯片輸出+3.3V; 當該引腳上的電壓低于+0.4V，芯片無輸出電壓。在圖中使用U1為U3供電,將U1的輸出使能端(U1的第3腳)連至+5V，使U1一直輸出+3.3V；使用U2為主CPU供電，U2的使能端受控于U3，在U3的控制下完成對主CPU的斷送電，實現(xiàn)主CPU的上電復位。

系統(tǒng)CPU——在圖1中，U3為PHLIPS公司的增強型51單片機P89LPC915，該芯片采用了高性能的處理器結構，指令執(zhí)行時間只需2到4個時鐘周期，速度是標準80C51芯片的6倍，具有2K可字節(jié)擦除的Flash存儲器和256字節(jié)的RAM數(shù)據(jù)存儲器，有可編程 I/O 口輸出模式-可配置為準雙向口，開漏輸出，推挽和僅為輸入功能。芯片內部還集成了許多系統(tǒng)級的功能，如片內的RC震蕩器、內部上電復位功能、內部看門狗、實時時鐘、波特率發(fā)生器、I2C接口、ICP接口等。芯片有DIP和TSSOP封裝，使用靈活方便，可靠性好，成本低。在本應用中CPU的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3分別接主CPU的TXD0、TXD1、TXD2、TXD3四個發(fā)送端；P1.4用于控制電源管理芯片U2的輸出使能。CPU程序時刻采樣P0.0、P0.1、P0.2、P0.3的狀態(tài)，如果在設定的時間內，P0.0、P0.1、P0.2、P0.3四個引腳的狀態(tài)一直為高電平，程序即認為主CPU通訊出現(xiàn)了異常，此時就在P1.4輸出低電平，將主CPU斷電，延時后重新上電，這就完成了主CPU的上電復位，主CPU恢復正常工作。

ICP接口——在圖1中，JP1為單片機P89LPC915的ICP接口，在電路板上設計有插座，將ICP編程器插在該插座上即可實現(xiàn)對單片機的在電路編程，可隨時升級程序。

工作指示-D1為紅色的發(fā)光二極管，它與CPU的P1.2口連接，可指示CPU的工作狀態(tài)，方便調試。

開關機按鍵-S1為主CPU的復位上電按鍵，與CPU的P1.3口連接，程序判斷此引腳狀態(tài)，完成主CPU的斷電和上電。

3系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)的軟件設計分為CPU初始化、定時器設計、端口采樣函數(shù)、延時函數(shù)、看門狗定時器等幾部分，流程圖如下：

程序清單

#include "REG915.H"

sbit P1_2=P1^2;

sbit P1_3=P1^3;

sbit P1_4=P1^4;

sbit P0_0=P0^0;

sbit P0_1=P0^1;

sbit P0_2=P0^2;

sbit P0_3=P0^3;

sbit P0_4=P0^4;

staticint Count=0;

staticint Count1=0;

void init(void);

/**************初始**************/

void init(void)

{

DIVM=4;//相當于標準8051的晶振為12MHz的速度

P0M1=0x0F;//

P0M2=0x00;// p0.0--p0.3配置為僅為輸入口

P1M1=0x0C;//p1.2 p1.3 配置為開漏

P1M2=0x1C;// p1.4為推挽輸出

RTCH=0xFF;

RTCL=0xFF;//實時時鐘初值

RTCCON=0x00；//選擇CCLK為時鐘源

RTCCON=0x62;//0110 0011，時鐘中斷使能

TMOD=0x11;//定時器0和定時器1工作于16位模式

TAMOD=0x00;

TH0=0x00;//定時器初值

TL0=0x00;

TH1=0xfc;

TL1=0x18;

IP0H=0x48;

IP0=0x0A;//中斷優(yōu)先級

WDL=0xFF;//2.62s看門狗初值

WDCON=0xE5;//看門狗時鐘源為看門狗震蕩器，

WFEED1=0xA5;

WFEED2=0x5A;//清零序列

}

/*********看門狗清零序列*********/

void WatDog()

{

EA=0;

WFEED1=0xA5;

WFEED2=0x5A;

EA=1;

}

/*****************************/

/**********ms延時函數(shù)*********/

void Delay(unsigned int Time)

{

unsigned int j=0;

for(;Time>0;Time--)

{

for(j=0;j<256;j++)

{;}

}

}

/**************************/

/***實時時鐘中斷程序（定時復位）*****/

void RTC_int() interrupt 10

{

if(RTCCON==0xE3)//是實時時鐘中斷

{

Count++;

RTCCON = 0x63;

}

else

{

EA=0;

WFEED1=0xA5;

WFEED2=0x5A;

EA=1;

}

}

/***************************/

/***指示燈閃爍定時器*******/

void timer0() interrupt 1

{

TH0=0x00;

TL0=0x00;

Count1++;

if(Count1>=8)

{

P1_2=~P1_2;

Count1=0;

}

}

/***************************/

/****定時采集端口狀態(tài)*******/