华强电子世界网 　齐晓曼 何胜 刘涤尘

　　本文介绍了32位高性能单片机MC68HC376的基本特性，提出了一种系统设计方案，并重点论述了系统的可靠性设计。论文针对系统的特点从硬件设计、软件设计以及制板布线等方面讨论了提高系统可靠性的具体实现方法，实际应用装置表明该方案具有较高的可靠性。

　　关键词：32位单片机；MC68HC376；可靠性设计

　　引言

　　随着工业技术的不断发展，对单片机控制的要求也越来越高，需要单片机具备更高的反应速度和更强的数据处理能力，各种高性能的新型单片机得到了迅猛的发展和应用。

　　单片机上主要是高速的数字信号，弱信号很容易受到外界的电磁干扰，同时，单片机系统也会发生掉电、死循环等问题。在工业控制场合，一旦控制发生错误，将会造成难以估计的损失。因此，如何提高控制的可靠性是长期以来的一个重要问题。本文介绍了应用32位高性能单片机MC68HC376的一种实际开发方案，同时重点讨论了提高系统可靠性的设计和实现方法。

　　MC68HC376是Motorola公司推出的一种新型的32位高性能单片机，具有极强的数据处理、逻辑运算和信息存储能力，且支持BDM(Background Debug Mode)模式。通过简易的专用电缆接口，可以直接对微控制器系统进行仿真开发和烧录程序。此外，由于MC68HC376内部集成度高，外部扩展工作少，因此本身具有较强的抗干扰能力；同时通过外部硬件电路以及软件的抗干扰设计，控制系统可以实现较高的可靠性。

图1 MC68HC376应用系统结构框图

图2 系统监控电路

图3 高稳定的滤波电路

图4 闭锁控制电路

　　控制系统的基本结构设计

　　MC68HC376的基本性能

　　MC68HC376的集成度高，其主要功能模块包括32位CPU；系统集成模块(SIM)；4K备用RAM；8K片内ROM；10位队列式的模数转换器(QADC)；队列式串行通信模块(QSM)；可构造时钟模块(CTM4)；时间处理单元(TPU)；3.5K静态TPURAM；CAN控制模块(TOUCAN)。其基本性能如下：

　　(1) 24位地址总线、16位数据总线结构，支持32位数据操作。

　　(2) 2个8位双功能I/O，1个7位双功能I/O，16~44个模拟量输入通道。

　　(3) 具有系统保护逻辑，同时可进行时钟监视和总线监视。

　　(4) 速度快，在4.194MHz的晶振下系统时钟可达20.97MHz。

　　(5) 功耗低，具备低功率休眠功能。

　　(6) 支持高级语言和背景调试。

　　系统扩展的基本结构

　　MC68HC376内部集成度较高，因而其所需的外围扩展工作较少。基本结构包括外部Flash ROM、RAM、模拟量输入通道、数字量输入通道、键盘、液晶显示、RS-232电平转换器MAX232和CAN控制器CAN250等，其结构框图如图1所示。本文重点讨论系统的可靠性设计。

　　系统的可靠性设计

　　硬件可靠性设计

　　*微处理器硬件监控电路

　　本文采用监控器MAX705芯片构成外部监控电路，电路外部接线如图2所示。该电路具有看门狗定时器、自动和手动复位功能，以及电压门限监测功能。

    由于在系统上电、掉电以及供电电压不足时， CPU和总线逻辑状态不确定，因此应该将微控制器维持在复位的状态，以避免控制错误。对于MAX705，复位门限电压为4.65V，故当Vcc低于4.65V时，系统保持在复位状态。同时，将Vcc与PFI引脚相连，当Vcc低于1.25V时，由PFO引脚输出示警信号，若较长时间处于电源示警状态，则可能出现电源故障，应该加以处理。

　　当系统正常运行时，由MC68HC376的CTM4模块的CTD4通道以小于1.6s的间隔定时向MAX705的WDI引脚提供脉冲；一旦系统不能正常运行而导致MAX705的WDI引脚失去脉冲时，看门狗定时溢出使得/WDO为低，由于/WDO与手动复位引脚/MR相连，因此/RESET脚向MC68HC376发出低有效的复位信号，使系统恢复到复位状态。

　　*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