2 硬件組成原理

2．1系統(tǒng)工作原理

　　圖1所示是87C522單片機用于智能型配電儀的連接電路，本智能配電儀中的87C552為主控芯片，該芯片除具有三個16位定時器T0、T1及T2外，還有一個專作監(jiān)視8位定時器、簡稱WDT（WatchdogTimer）的T3定時器。因為微控制器有時會受噪音、射頻干擾等環(huán)境因素的影響而導入錯誤的運行狀態(tài)。監(jiān)視定時器的功能就是在某特定的時限內使微控制器復位，從而將其從錯誤的狀態(tài)中恢復過來以重新開始正常運行。當T3用作Watchdog定時器并由軟件啟動計時后，如果系統(tǒng)已達到所設定的預定時間而仍沒有重新啟動定時器，此時就會產生溢出信號并停止計時，表明系統(tǒng)出現異常。CPU可以對定時器重新啟動、清零、設定計時值等操作。系統(tǒng)正常運行時，CPU將周期性地重新啟動定時器，當然其啟動周期應小于定時器的設定值，以保證定時器始終不能產生溢出信號。而當系統(tǒng)運行不正常時，由于CPU不能周期性地啟動定時器，因而定時器將產生溢出信號，以強迫CPU恢復系統(tǒng)的正常運行。

2．2 Watchdog的內部結構原理
　　監(jiān)視定時器的結構原理如圖2所示。它的為一8位定時器，其前級是一個11位定標器。后者的輸入信號為fosc／12，即定標器對機器周期進行遞增計數。這樣，每過2個機器周期，定時器T3的值便增加1000次。若用16MHz或24MHz晶體振蕩器，則監(jiān)視定時器的增值間隔將分別為1．536ms和1．024ms；其相應的溢出周期分別為393．216ms和262．144ms。

　　當監(jiān)視定時器溢出時，系統(tǒng)將產生一個內部復位脈沖以使8XC552復位。由圖2可以看出，T3溢出時，RST引腳內側的晶體管因柵極出現一個負脈沖而瞬時導通，從而在RST引腳上輸出一個復位正脈沖，其寬度為3個機器周期。如果RST引腳外接電容，則這么窄的輸出脈沖可能遭到破壞，因為電容不允許RST引腳電壓產生突變，但這不會影響到內部復位操作。

　　如果將8XC552的引腳接至低電平，則輸入信號至定標器的通路將暢通無阻，于是監(jiān)視定時器便正常運作。但若將引腳接高電平，輸入信號則會因與門被封鎖而不能通過，這時監(jiān)視定時器處于關閉狀態(tài)。應當指出，一旦T3被開啟，則無法用軟件使之關閉；同時如果T3被EW禁止，也無法用軟件啟動。
　　如果=0，那么PCON寄存器的PD位便不可寫入，其初值為0，無法置l，即不可進入掉電方式。故監(jiān)視定時器和掉電方式兩者不可兼得。

3 調試中的常見問題及其解決方法
　　在對系統(tǒng)進行調試時，有可能出現閃屏、無法顯示以及顯示雜亂等現象，現將這些問題的解決方法介紹如下：
（1）LCD出現閃屏，無法翻屏顯示現象
　　筆者在用仿真器運行編程時，LCD能夠翻屏并不斷顯示采集來的三相用電參數，但離開仿真器處于脫機運行狀態(tài)時，LCD只能顯示屏數據。經查仿真器的引腳接高電平，而脫機時腳懸空，從而引起了腳的狀態(tài)不固定，并不斷產生內部復位信號使單片機復位而出現了上述現象。后來把腳接低電平，仍然出現上述現象。而把腳接高電平后（即禁用Watchdog功能），則LCD顯示正常。因此，引腳應嚴格禁止懸空以避免出現不穩(wěn)定的狀態(tài)，同時在未載入Watchdog程序之前，其引腳也不能接低電平。
（2）LCD無顯示
　　RST端的電容應確保連接正確，否則在高電平時將無法加到復位端而使CPU不能運行程序，從而出現LCD無顯示的現象。
（3）LCD顯示數據雜
　　亂無章、數據死鎖
　　把腳接低電平，可能會出現LCD顯示的數據雜亂無章、數據死鎖現象。其原因是源程序中未載入Watchdog程序，因此應保證在源程序中加入Watchdog程序，以消除數據的死鎖或顯示雜亂無章等問題。

4 軟件設計

4．1軟件設計
　　編寫監(jiān)視定時器運行軟件時，程序員首先應當確定系統(tǒng)能夠在錯誤狀態(tài)下支持的時間，也就是設定溢出周期的依據。例如能維持16ms，則把T3的初值設定為10，這樣，在16MHz晶振的情況下，溢出周期為15．36ms。此時程序員就可對其軟件進行劃分，以確定把重寫T3值的指令插在什么地方，才能使相鄰兩次重寫操作間隔不超過監(jiān)視定時器的溢出周期，以保證正常運作時T3不溢出。因此，程序員應當了解所有軟件模塊的執(zhí)行時間，同時也要考慮到出現條件跳轉、子程序及內外中斷等因素所帶來的影響。對于那些很難估算其執(zhí)行時間的程序段落，應按壞情況估算。為防止誤寫，監(jiān)視定時器值的重寫可分兩步進行。首先將PCON．4（監(jiān)視定時器裝入允許位WLE）置1，以允許對T3進行寫入；第二步向T3寫入新值。由圖2可知，對T3的寫信號同時也會加到WLE的清0端，于是每當T3被寫入新值時，WLE位便自動復位。因此，當該值為00H時，溢出間隔；而FFH值則對應溢出周期。若采用12MHz晶振，這兩值則分別為524ms和2ms。和溢出周期的計算公式分別為：

　　由于在空閑方式下，監(jiān)視定時器照常運行。因此，該方式與掉電方式是矛盾的，因為前者需要時鐘，后者凍結時鐘。故當=0而開啟T3工作時，8XC552將無法進入掉電方式，此時向PCON．1寫l的操作無效，因而它將保持為0。在軟件開發(fā)調試的早期階段，可將引腳接高電平以關閉監(jiān)視定時器，而在后期改接低電平以完成調試過程。

4．2定時間隔和訪問時間的設定
　　數據采集及處理是程序中的關鍵部分，也是決定儀器的關鍵所在。本儀器采用電壓、電流、頻率、相位為主要采集參數，且這些參數是連續(xù)變化的，因此采樣時間不宜設置得過長，否則會影響儀器的。筆者將電流與電壓的采樣時間定為5ms，頻率與相位的采集時間為20ms，這樣，Watchdog的定時間隔設置較佳，具體如圖3所示。圖3中，Watchdog在WDT1時間內完成對采集頻率數據的監(jiān)控，而在WDT2、WDT3、WDT4內分別負責對電壓、電流、相位數據采集的監(jiān)控。在設計程序時，一般取1．1Ts＜Tw＜2Ts，其中Ts為采樣周期，Tw為Watchdog的定時時間，Ts分別為T1、T2、T3、T4的大小，Tw分別為WDT1、WDT2、WDT3、WDT4的大小。Tw設置太小會增加訪問頻率，影響程序執(zhí)行效率；而設置太大則會干擾程序的正常運行，且需等待很長時間才可以恢復運行，而采集或控制對象可能已在這一步偏離過大。因此，CPU訪問時間原則上小于Tw就可以了，為防止時間估計不準，設計時應小些為好，這樣可以防止系統(tǒng)異常而處于每經過Tw時間啟動的死循環(huán)中。

4．3軟件程序
　　本智能監(jiān)控儀用C語言編寫程序，并采用12MHz晶振時，其溢出時間應分別設置為6ms、20ms、524ms…，這樣，在源程序中應適時加入的各Watchdog程序如下：

5結束語
　　在智能配電儀的源程序中加入Watchdog后，其整個系統(tǒng)運行將更加穩(wěn)定、可靠，從而有效地克服了來自工業(yè)用電現場的各種干擾。

　　（梁永明 干敏梁）