测控系统原理与设计6-监控程序设计

图6－4－2 多中断源识别电路
6.4.3时钟管理
一、时钟作为定时器的用途 ①过程输入通道的数据采样周期定时； ②过程输出通道控制周期的定时； ③参数修改按键数字增减速度的定时； ④多参数巡回显示时的显示周期定时； ⑤动态保持方式输出过程通道的动态刷新周期定 时； ⑥电压-频率型A/D转换器定时电路； ⑦故障监视电路(Watch dog)的定时信号。
第8回路(环境温度补偿回路)只有温度实测 值一个参数，没有其它参数 第1～7个回路有设定值（P、I、D参数， 上、下限报警值）、温度实测值8个参数
1、 程序流程――图6－3－3 2、 程序清单：参见教材。 设键编码R：00H；S：01H；△：02H； ▽：03H；C：04H和P：05H。内存RAM 20H 中高4位为通道(回路)号标记，低4位为参数号标 记。假设8279命令口地址为7FFFH，数据口地址 为7FFEH。 7个回路(1～7)，每个回路8个参数，共有56个转 移入口，分别由56个键服务功能模块所支持。第 8回路无参数，由其独立子程序C8单独处理。
监控程序设计
本章主要内容：
监控程序的功能和组成 监控主程序和初始化管理 键盘管理 显示、中断与时钟管理 硬件故障的自检
6.1 监控程序的功能和组成
监控程序设计是指以空白的微处理器/ 控制器为基础，完成全部的软件设计， 没有将系统软件和应用软件分开处理， 其实时性和可靠性与设计人员的水平 密切相关， 适用于功能较为简单的中小型应用系 统。
DSY_Buffer[2]=Count/100; DSY_Buffer[1]=Count%100/10; DSY_Buffer[0]=Count%10; P0=DSY_CODE[DSY_Buffer[0]]; P1=DSY_CODE[DSY_Buffer[1]]; P2=DSY_CODE[DSY_Buffer[2]];
④对于引起中断而将INT变为低电平的设备， 系统必须进行适当的操作使INT再次变为高 电平。 ⑤如果允许发生中断，则必须将允许中断触 发器再次置位。 ⑥最后，恢复程序计数器原先被保存的内容， 以便返回到被中断的程序。
二、多个中断源的处理
确定多个中断源的优先级，在软件上作出 相应处理。 当CPU在处理中断时，还要能响应更高级 的中断请求，而屏蔽掉同级或较低级的中 断请求。
图6－4－1 中断流程
四、多中断源识别
通常，系统掉电总是作为最高级中断源。其它 中断源的优先级，则由设计人员根据系统的功 能特点来确定。当有两个以上中断源时，可以 采用如下两种方法： ①利用定时器/计数器的外部事件计数输入端(T0 或T1)，作为边沿触发的外部中断输入端，这时 定时器/计数器应工作于计数器方式，计数寄存 器应预置满度数。 ②每个中断源都接在同一个外部中断输入端(INT0 或INT1)上，同时利用输入口来识别某装置的中 断请求。
二、一键多义的监控程序
一键多义的监控程序:要用多张转移表，组 成一个命令的前几个按键起着引导的作用， 把控制引向某张合适的转移表，根据最后 一个按键编码查阅该转移表，就找到要求 的子程序入口。 按键的管理，可以用查询法也可以用中断 法。
三、一键多义键服务程序流程实例
8回路微机温控仪键盘有6个按键： C键(回路号1～8，第8回路为环境温度补偿，其 余为控温点) P键(参数号，有设定值，实测值，共8个参数) △ 键(加1) ▽键（减1）只用于设定值的修改 R键(运行) S键(停止运行)
6.2 监控主程序和初始化管理
6.2.1 监控主程序 监控主程序通常包括可编程器件、输入、 输出端口和参数的初始化，自诊断管理模 块，键盘显示管理模块，以及实时中断管 理和处理模块等 。
除了初始化和自诊断外，监控主程序一般 总是把其余部分联接起来，构成一个无限 循环，测控系统的所有功能都在这一循环 中周而复始地、或有选择地执行，除非掉 电或按复位(RESET)键，测控系统不会跳 出这一循环。 由于各微机化测控系统的功能不同，硬件 结构不同，程序编制方法不同，因而监控 主程序没有统一的模式。
二、实现定时的方法 1、硬件方法 采用可编程定时/计数器接口电路(如CTC 8253)以及单片机内的定时电路。这种定时 方法的定时间隔不可能做得太长。 采用实时时钟芯片。
2、软件方法。 采用软件延时方案，无需硬件成本，但要 占用大量CPU时间，且实时性差，定时精 度低。
3、软件与硬件相结合定时的方法 这种方案几乎不影响测控系统的实时响应， 而且能实现多种时间间隔的定时。 首先由定时电路产生一个基本的脉冲。硬 件定时时间到，产生一中断。监控主程序 随即转入时钟中断管理模块。 在设计软件结构时，可串行地或并行地设 置几个软件定时器(在用户RAM区)。当硬 件定时中断一到，这些软件时钟分别用累 加或递减方法计时，并由软件来判断是否 定时时间到。
6.4显示、中断与时钟管理
6.4.1显示管理 一、微机化系统的主要显示方式 模拟指示――用模拟表头作为显示手段， 无需软件管理。 数字显示――硬件方案的不同，软件显示 管理方法也不同
二、显示管理软件的基本任务 1、显示更新的数据 2、多参数的巡测和定点显示管理 巡回显示方式――每隔一定时间)改换 一个新的显示参数 定点显示方式――只跟踪显示某一参数， 不改换通道或参数 3、指示灯显示管理 通常可由与某一指示灯有关的功能模块直 接管理。
#include<reg51.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit LED=P0^0; //主程序 void main() { LED=1; EA=1; EX0=1; IT0=1; while(1); } //INT0 中断函数 void EX_INT0() interrupt 0 { LED=~LED; //控制LED 亮灭
图6－3－3 一键多义键服务程序流程
6.3.3自动/手动切换
一、微机化控制系统的两种工作方式 自动方式――微机化控制系统的基本工作 方式。 手动方式――在系统调试、测试时，用来 调整输出控制值。
二、自动/手动切换控制的基本功能是： ①在手动方式时，能通过一定的手动操作来 方便、准确地调整输出值； ②能实现手动-自动的无扰动切换。
三、中断程序模块 中断模块分中断管理模块和中断服务模块 两部分。 1、中断服务模块――具体服务内容，由各 测控系统的功能所决定。
2、中断管理模块 中断管理软件模块，通常应包括以下功能： 断点现场保护；识别中断源；判断优先级； 如果允许中断嵌套，则再次开放中断(单片 机除外)；中断服务结束后恢复现场，如图 6-4-1所示。
6.3.2 一键多义的按键管理
一、一键多义: 一个按键有多种功能，既可作多种命令键，又 可作数字键。 在一键多义的情况下，一个命令不是由一次按 键，而是由一个按键序列所组成。 换句话说，对一个按键含义的解释，除了取决 于本次按键外，还取决于以前按了些什么键。 因此对于一键多义的监控程序，首先要判断一 个按键序列(而不是一次按键)是否已构成一个合法命 令。 若已构成合法命令，则执行命令，否则等待新按 键输入。
6.3 键盘管理
6.3.1一键一义的键盘管理 一键一义，即一个按键代表一个确切的命令 或一个数字，编程时只要根据当前按键的 编码把程序直接分支到相应的处理模块的 入口，而无需知道在此以前的按键情况。 键盘信号的获得有三种方法： 一、单纯查询法
图6－3－1 查询法程序流程（了解）
#include<reg51.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit BEEP=P3^7; sbit K1=P1^4; sbit K2=P1^5; sbit K3=P1^6; sbit K4=P1^7; ….. void Play(uchar t) { …..}
6.4.2中断管理
测控系统的中断源： 过程通道 实时时 ①暂时保护程序计数器的内容。 ②将中断服务程序的入口地址送入程序计数 器。 ③在服务程序开始时，必须将服务程序需要 使用的CPU寄存器(例如累加器、进位位、 专用的暂存寄存器等)的内容暂时地保护起 来，并在服务程序结束时再恢复其内容。
功能：按下不同的按键会使 SOUNDER 发出不同频率的声音
void main() { P1=0xff; BEEP=0; while(1) { if(K1==0) Play(1); if(K2==0) Play(2); if(K3==0) Play(3); if(K4==0) Play(4);
二、键盘中断法
二、自检方式的三种类型：
一、开机自检 在电源接通或系统复位之后进行。自检中 如果没发现问题，就进入测量程序，如果 发现问题，则及时报警。
2、周期性自检 在测控系统运行过程中，间断插入的自检 操作，这种操作可以保证测控系统在使用 过程中一直处于正常状态。周期性自检不 影响测控系统的正常工作，因而只有当出 现故障给予报警时，用户才会觉察。
测控系统（仪器）中软件的主要功能
采集信息 与外界对话（键盘和显示管理 ） 记忆信息 处理信息 控制功能 自我测试 自补偿自适应/自校正自学习
图6－1－1 监控程序的基本组成
监控主程序调用各模块，并将它们联系起来， 形成一个有机整体，从而实现对系统的全部管 理功能。 测控算法程序主要实现测量与控制功能，它由 描述一种或几种测控算法(如数字滤波，PID算 法等)的功能模块构成，通常为实时中断程序 或监控程序所调用。 各功能模块又由各种下层模块(子程序)所支持。
图6－2－1 监控主程序流程示例
6.2.2 初始化管理
一、可编程器件初始化――对可编程硬件 接口电路的工作模式的初始化 微机化测控系统中常用的可编程器件有： 键盘显示管理接口8279、 I/O和RAM扩展接口8155， 并行输入输出接口8255、 定时计数器接口8253等。