单片机多CPU系统设计

3 双机仲裁切换逻辑电路

在该双CPU控制系统中，两者互为热备份，同时运行，一台为主机，另一台为备份机。在双CPU都正常运行的情况下，系统默认CPU1为主机， CPU2为备份机。当主机出现故障时，要求系统能自动切换到备份机，使备份机提升成为主机，从而代替原主机从故障发生处连续运行并发出报警信号。同时要求能通过手动开关人为选定主机运行。设判别两个CPU是否正常工作的信号分别为ST1、ST2，工作正常时它们的状态为1，工作不正常时状态为0。仲裁切换电路输出为0的控制端控制工作正常的CPU的相应三态门组使能，仲裁切换电路输出为1的控制端控制另一CPU的相应三态门组禁止输出。自动或手动选择主机的控制开关为S，当两个CPU都工作正常时，可通过S开关自动选择或指定主机（当S开关状态为1时为自动默认CPU1为主机，当S开关状态为0时则强制CPU2为主机）；当两个CPU中任意一个工作不正常时，则此时与S开关的状态无关，仲裁切换电路的输出能确保只有与工作正常的CPU相连的三态门组的使能端为0，从而控制该正常CPU正常读写数据和输出控制；当两个CPU都不正常时，仲裁切换电路的两个输出都为1，两个CPU都不能正常读写数据和输出控制。这样当两个CPU中任何一个或全正常时就能保证只有一个CPU能正常读写数据和输出控制，当两个CPU都不正常时，则理所当然系统不能正常工作。按要求可得真值表如表1所示。

由真值表可得仲裁切换电路的两路控制三态门的控制信号逻辑CTL1、CTL2分别为：

，

构成的仲裁切换电路如图2所示。

4 CPU状态监控电路

监控电路采用了具有电源监控电路和看门狗功能的微处理芯片MAX813L，该芯片它具有4个功能：

① 看门狗计时器功能。当看门狗输入信号在1.6s内无变化时，产生看门狗输出；

② 电压监控功能。当掉电或电源监测电压低于1.25V时，产生掉电输出；

③ 上电复位功能。当上电时自动产生脉宽200ms的复位信号；

④ 人工复位功能。当人工复位端输入低电平时，产生复位信号输出。

MAX813L采用DIP-8封装，如图3所示，引脚功能说明如下：

① MR：手工复位输入端，可接人工复位按钮，该端输入低电平保持140ms以上，可产生复位（RST）信号；

② Vcc：+5v电源；

③ GND：电源地；

④ PFI：电源检测输入端；

⑤ PFO：电源检测输出端，电源正常时，保持高电平；

⑥ WDI：看门狗输入端。俗称“喂狗”信号，必须在1.6s内使该端输入反向信号；

⑦ RST：复位输出端。高电平有效，可输出200ms的正脉冲，当电源Vcc低于4.65v时，RST保持高电平；

⑧ WDO：看门狗输出端。正常工作时输出高电平，当WDI信号在1.6s内不能及时送入并反向时，该端输出低电平信号。

因AT89C51无看门狗功能，为了监测系统状态，在本系统中主要利用的是MAX813L的看门狗计时器功能。其中看门狗输入端WDI由CPU的P3.4提供，CPU在规定的时间内定时改变P3.4

的状态，由看门狗输出端WDO提供当前CPU的状态信号至仲裁切换电路的STi（i =1或2）端，从而由仲裁切换电路自动或手动确定主机。图4为用MAX813L为CPU1接的看门狗电路，当CPU1工作正常时能正常提供P3.4信号则WDO端ST1输出高电平，D1亮D2灭；当CPU1工作不正常时不能正常提供P3.4信号则WDO端ST1输出低电平，D2亮D1灭。