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　　本文主要就B板的软硬件设计原理与实现方法以及去抖动算法进行介绍。

　　1 硬件设计

　　1．1 总体设计

　　B板以Philips LPC2138 32位ARM微控制器为核心，完成16通道开关量的数据采集。作为嵌入式SCADA系统的一种插件，板上设计了一路RS422异步串行通信接口，通过该接口与装置的通信与管理模板（Communication andManagement Board，简称M板）通信，将采集生成的实时开关量信息上报给M板。由于M板要通过RS422总线管理多块II0板工作，M板采用主从方式实现与II0板的通信连接，为此各IIO板都设计了ID标识地址进行身份确定。B板的ID标识地址采用8位双排跳线器设置，标识地址范围为0lH”FFH。此外，模板还设计了一路为RS232接口，用于模板的检测与调试，以及LPC2138的软件下载。调试RS232接口是一个标准的VTl00超级终端接口，通过该接口可以与PC机进行通信连接，使用Windows的超级终端仿真软件可以十分方便地对该模板进行调试和检测。同时该串口也是LPC2138软件的下载接口，将跳线JPl02和JPl03跳接上，即可通过专用软件将编译连接生成的软件下载到LPC2138的FLASH存储器。

　　板上开关量过程通道包括BI回路信号调理与滤波电路、光电隔离电路、开关量状态访问电路。由于LPC2138的I／0引脚的数量有限，硬件设计时采用部分I／O引脚作为CS片选信号，部分I／O仿真8位数据总线对外部访问端口进行分时操作。

　　为了增加模板运行的稳定可靠性，B板设计有硬件看门狗电路（HWDT），软件还设计了软看门狗定时监视器（SWDT）。软硬看门狗协同工作，在软件“走飞”或局部“走死”之后自动恢复模板运行。

　　B板的工作原理如图1所示。

　　1．2 LP02138的I／0扩展

　　LPC2138是一款总线不出芯片的片上系统（SoC），主要通过I／O引脚对外部电路进行访问。本文设计的B板有16路BI输入状态、8位ID标识地址、异步串口和HWDT等都需要使用I／O资源，LPC2138的I／O引脚不够用。为此，硬件设计时通过对LPC2138的I／0引脚进行组合使用，实现了对外部电路的分时访问。具体实现方法是，采用部分I／O引脚作为CS信号，再用8个I／0模仿8位地址总线DBO“7对外部端口进行访问。这种方法的优点在于既可减少I／0资源的使用，PCB布线也容易许多。采用这种方法进行I／O扩展需要注意两个方面的问题：①由于LPC2138的I／0引脚在启动时多为低状态，此时会导致CS信号都使能，造成冲突，需要将用做CS信号的I／0引脚上拉；②软件访问外部电路时，要通过设置I／O状态模拟外部电路的访问时序。B板LPC2138的I／0扩展如图2所示。

　　1．3 开关量输入过程设计

　　开关量输入过程通道的设计相对简单，首先要根据光偶的驱动电流确定输入电阻的大小，并选择一个电容与该输入电阻构成一个RC滤波回路，过滤过程通道上的毛刺干扰；为了防止用户接线时把外部驱动回路的电源极性接反导致光偶烧坏，在回路上反向接入一个二极管对其进行保护；为了适应外部输入回路多样性（如有源脉冲信号和无源干接点信号不能共地），硬件设计时将16路开关量分为4组，每组一个公共端。开关量输入信号与LPC2138的接口采用HC245实现，软件设置片选使能，将BI状态放入数据总线，读取BI状态，然后设置片选禁止，完成BI的采集工作。开关量输入过程通道如图3所示。

　　1．4 硬件看门狗复位电路

　　LPC2138的内部本身集成有看门狗电路，但是根据作者多年从事电力系统自动化产品的设计经验，由于CPU内部WDT需要软件编程启动，在极端情况下，系统死机后该WDT不能对系统进行恢复。为此，在进行本模板设计时，没有使用LPC2138内部的WDT，而是采用SP706S芯片专门扩展了一个看门狗，用于系统“走死”后的自动恢复。SP706S是一款专门的看门狗复位电路，其定时器延时的时间为1．6秒。电路设计方法是将SP706S的复位输出引脚与LPC2138复位电路的人工复位引脚相连。由于LPC2138软件下载的时间要大于1．6秒，硬件设计时设置了一个跳线器用于看门狗的使能／禁止，软件下载时将跳线帽拔下，模板正常运行时将跳线帽插上。B板的看门狗复位电路如图4所示。

　　正常运行时，模板软件的看门狗定时器任务将定时（模板软件运行过程中，软件的其它任务和异步串行通信收发器也可能局部“走死”，对于这种局部“走死”的情况，较好是局部恢复而不是模板复位。为此，看门狗定时器任务设计时采用了软硬看门狗级联工作的模式，即硬件看门狗监视WDT任务的运行，同时设计多个软件看门狗定时器监视其它任务的运行和异步串口的收发，WDT任务“走死”后复位模板，其它监视对象“走死”后进行局部初始化恢复处理，从而实现软件的可靠性设计。