来源：单片机与嵌入式系统应用 作者：长沙电力学院 陈倩诒 湖南计算机厂 陈再清

    摘要：单片机协处理器能分担主处理器的部分工作，使电力测控系统在运行速度、功能需求等性能上有明显的改善。

    关键词：单片机协处理器 硬件略图 软件

    前言

    在电力测量及保护系统中，通常是由单片机构成数个乃至数十个前端处理器。它们通过串行通信与微机构成的中央处理器相连接，形成一个完整的系统，以实现对电力系统的遥测、遥信、遥调、遥控等功能。

    前端处理器的核心就是单片机，从目前的情况来看，以intel公司的16位单片机80c196系列（kb、kc等）应用最广。单片机要处理的问题很多。如i/o量、a/d模数转换、键盘、通信、显示等，处理一圈所花费的时间常称之为前端处理器的运行周期。在整个系统中，前端处理器的数量较多，中央处理器对其进行巡检时会花去较多的时间。若能将前端处理器的运行周期缩短，毫无疑问能提高整个系统的运行及处理速度，使系统的性能得以改善

    被处理的各量中，以模拟量的处理较为复杂且耗时较长。模拟量的处理内容较多，如模拟量周期（即工频）的测定、模拟通道的选择（多个模拟量同一时刻选通一个）、a/d转换及存储等，有时还须采样/保持控制等。如能将模拟量交给一个协处理器去处理，势必会减轻主处理器的负担，缩短主处理器的运行周期，同时还能为增强某些功能需求创造条件。模拟量的计算通常是用傅氏算法，其精度又与模拟信号一周期内采样点的多少有关。采样点多，精度就高，但耗费的时间也多。若前端处理器采用单一的cpu，由于受到时间和模拟通道数量的限制，采样点大约在12～24点。若采用协处理器，采样点可多至30～36点，模拟通道多至16个，也同样可正常工作。由于主处理器与协处理器的软件各自独立，使得在编制软件思想清晰，容易理顺。

    一、硬件

    图1给出了前端处理器中采用协处理器的硬件略图（只画出有关部分）。它的主处理器仍采用了当前流行的16位单片机80c196kb（ic6），协处理器采用了w78e51单片机（ic3）。w78e51的指令及性能同89c51，只是它的工作频率可以达到40mhz。由于有两个cpu同时运行，而且它们之间还有数据交换，如何去协调它们的工作是至关重要的，这需要通过硬件和软件的设计来加强保证。

    图1中，ic1是8选1的模拟通道芯片max338，若通道数量超过8，可选用max306，其通道数量可达16个。ic2为12位带采样保持功能的a/d模数变换芯片ad1674。ic4为地址锁存片74ls373，ic5为ram存储芯片6264，它们附属于ic3，作为ic3的片外数据存储器。

    硬件的工作过程是：工频电压或电流经处理后（经传感器或者电压/电流互感器、放大器、滤波器等处理）变为相应的模拟信号，分别从ci1的8个输入端（in1～in8）输入，具体选通哪路则取决于a0～a2的二进制数。而a0～a2又是由ic3的p10～p12决定。被选中通道的模拟量由ic1的out输出，经跟随器后进入ic2进行a/d变换，由r/c、a0控制变换的过程，sta给出变换结束的信号，它们分别由ic3的p15～p17实施控制和测试。变换完成的数字量为12位，分两次输出，第一次为高8位（db11～db4），第二次为低8位（db3～db0，后加4个0）。这些数据经整理后依次存入数据存储器ic5中。ic3的p14是ic2的片选信号，p33是ic4、ic5的片选信号，通常为高电平，选不中。当进行a/d变换时，须先将p14置低电平，选中该片，变换完成后，再置加高电平。当向ic5存、取数据时，须通过p33进行控制，过程同上。这样，可以防止a/d变换、ic5存取数据、ic3通过p0口向ic6传送数据这三者之间的相互交叉干扰。

    周期值的测量是由一模拟通道提供工频信号，经斯密特触发器至ic3的p13进行。p13相邻两次电平下降的时间隔即可周期值。

    ic3的p30、p31与ic6的p