微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)第六章

1、第六章 監(jiān)控(jin kn)程序設(shè)計(jì) 微機(jī)化測(cè)控(c kn)系統(tǒng)框圖共四十四頁第六章 監(jiān)控(jin kn)程序設(shè)計(jì) 內(nèi)容:監(jiān)控程序的功能和組成；監(jiān)控主程序和初始化管理；鍵盤管理，鍵盤接口；顯示(xinsh)、中斷與時(shí)鐘管理；硬件故障的自檢重點(diǎn)：監(jiān)控程序的功能和組成；初始化管理；中斷管理；鍵盤管理難點(diǎn)：硬件故障的自檢共四十四頁6-1 監(jiān)控程序的功能(gngnng)和組成功能：及時(shí)響應(yīng)來自系統(tǒng)或儀器內(nèi)部的各種服務(wù)請(qǐng)求，有效地管理測(cè)控系統(tǒng)自身軟、硬件及人機(jī)聯(lián)系設(shè)備，與其它設(shè)備進(jìn)行信息(xnx)交換，故障處理。具體歸納為：鍵盤與顯示管理接收中斷請(qǐng)求信號(hào)，區(qū)分優(yōu)先級(jí)，并轉(zhuǎn)入相應(yīng)程序。對(duì)軟、硬定時(shí)器管理自

2、身系統(tǒng)診斷處理初始化、手/自動(dòng)切換、掉電保護(hù)共四十四頁監(jiān)控程序的功能(gngnng)和組成一-基本組成 監(jiān)控程序的組成： 通常(tngchng)由監(jiān)控主程序、初始化管理、鍵盤管理、顯示管理、中斷管理、自診斷和手/自動(dòng)切換圖6-1-1 監(jiān)控程序的基本組成共四十四頁監(jiān)控(jin kn)程序的功能和組成二-測(cè)控算法模塊監(jiān)控程序調(diào)用(dioyng)的各具體模塊功能共四十四頁6-2監(jiān)控(jin kn)主程序和初始化管理6-2-1 監(jiān)控主程序任務(wù)：是計(jì)算機(jī)上電后首先進(jìn)入的程序。任務(wù)是識(shí)別命令和解釋命令并獲得該命令的相關(guān)軟件入口地址。內(nèi)容(nirng)：包括初始化可編程器件、輸入輸出端口和參數(shù)初始化，自診斷

3、管理模塊、鍵盤顯示管理、中斷管理模塊等。結(jié)構(gòu)：一般是在初始化和自診斷后，監(jiān)控把其余部分聯(lián)結(jié)起來，構(gòu)成一個(gè)無限循環(huán)的環(huán)圈。系統(tǒng)的所有功能都在這個(gè)圈內(nèi)周而復(fù)始工作。如圖621.共四十四頁監(jiān)控(jin kn)主程序和初始化管理圖6-2-1 監(jiān)控(jin kn)主程序流程示例共四十四頁監(jiān)控(jin kn)主程序和初始化管理6-2-2 初始化管理內(nèi)容：器件、堆棧和參數(shù)初始化。器件：8155、8255、I/O、RAM、定時(shí)器等。初始化都有固定的格式，可在程序伊始直接初始化，也可編好子程序模塊，隨時(shí)調(diào)用。堆棧：確定堆棧位置、大小、生長(zhǎng)(shngzhng)方向，修改SP參數(shù)：PID的KP、 KI 、 KD等初

4、始化管理模塊作為監(jiān)控程序的第二層次，通過分別調(diào)用上述三類初始化功能模塊(第三層次)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)中有關(guān)器件的初始化。 共四十四頁一、鍵盤結(jié)構(gòu)：鍵盤是由若干個(gè)按鍵組成的開關(guān)(kigun)矩陣，鍵盤按其按鍵的結(jié)構(gòu)形式來分一般有機(jī)械式、電容式、電感式、磁感式、薄膜式和橡膠墊式等。其中最常用的是機(jī)械式和電容式鍵盤。其按鍵結(jié)構(gòu)原理如圖所示。6-3 鍵盤(jinpn)管理6-3-1 鍵盤接口與程序 VccVcc上拉電阻上拉電阻列（讀出信號(hào)）列（讀出信號(hào)）機(jī)械觸點(diǎn) 等效電容行掃描 行掃描 （a）機(jī)械式鍵盤 （b）電容式鍵盤按鈕結(jié)構(gòu) （c）電容式鍵盤共四十四頁1、 鍵盤(jinpn)分類單片機(jī)控制系統(tǒng)所

5、用的按照鍵碼的識(shí)別方法分：有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。1、編碼鍵盤除了鍵開關(guān)外，還有專門的硬件電路，用于識(shí)別閉合鍵并產(chǎn)生鍵代碼。不僅如此，編碼鍵盤一般還有去鍵抖動(dòng)電路和防串鍵保護(hù)電路等。這種鍵盤的優(yōu)點(diǎn)是所需軟件簡(jiǎn)短(jindun)，但硬件電路較復(fù)雜，價(jià)格較昂貴。目前在單片機(jī)控制系統(tǒng)中使用不多。2、非編碼鍵盤僅由鍵開關(guān)組成，其它工作如鍵識(shí)別、鍵代碼的產(chǎn)生、去抖動(dòng)等，不是由硬件完成而是由軟件完成的。為了簡(jiǎn)化硬件電路，降低成本，目前單片機(jī)控制系統(tǒng)中大多數(shù)采用非編碼鍵盤。共四十四頁1、 鍵盤(jinpn)分類非編碼鍵盤按開關(guān)(kigun)與CPU連接方式可以分成獨(dú)立式或矩陣式，因此非編碼鍵盤有線性非編

6、碼鍵盤和矩陣非編碼鍵盤兩種共四十四頁鍵盤接口(ji ku)任務(wù)消除鍵抖動(dòng)判斷有無鍵閉合求閉合鍵的鍵號(hào)判斷閉合鍵有無釋放若釋放結(jié)束(jish)處理共四十四頁1、鍵盤(jinpn)接口類型 (a)中斷方式 (b)查詢方式 圖3-3-8 獨(dú)立式鍵盤接口(ji ku)電路各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵的“接零端”均接地，每個(gè)按鍵的“測(cè)試端”各接一根輸入線，如圖338，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其它線上的工作狀態(tài)，通過檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)就判斷哪個(gè)按鍵被按下，操作速度高而且軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但按鍵數(shù)量多時(shí)，輸入口浪費(fèi)大，適用于按鍵較少或操作速度高的場(chǎng)合。獨(dú)立式鍵盤的特點(diǎn)是：共四十四頁1、鍵盤(jinpn)

7、接口類型1。行、列線分別(fnbi)接輸入、輸出線，2。按鍵設(shè)在行、列的交叉點(diǎn)上，3。交叉點(diǎn)不相通，而由按鍵決定其通斷。4。該結(jié)構(gòu)由m根行線、n根列線即可構(gòu)成mxN個(gè)按鍵。節(jié)約資源但軟件復(fù)雜。矩陣式鍵盤的特點(diǎn)是：共四十四頁2、矩陣式鍵盤的掃描(somio)方式鍵盤掃描方式分類： （1）掃描法。 （2）反轉(zhuǎn)(fn zhun)法。鍵盤掃描程序處理的步驟：（1）查詢是否有鍵按下。（2）查詢已按下鍵的位置。（3）按行號(hào)和列號(hào)求鍵的位置碼。共四十四頁2、矩陣式鍵盤的掃描(somio)方式圖3-3-9 矩陣式鍵盤接口(ji ku)電路1。每條作為鍵掃描輸入線的行線（或列線）都通過一個(gè)上拉電阻接到+5V上，

8、并與該行(或列)各按鍵的測(cè)試端相連，2。每條作為鍵掃描輸出線的列線(或行線)都不接上拉電阻和+5 V(圖339中虛線框不接)，只與該列(或行)各鍵的接零端相連。3。掃描過程分兩步進(jìn)行：監(jiān)測(cè)有無鍵被按下，輸出線全為0，檢查輸入線電平 ； P81識(shí)別哪一個(gè)鍵被按下，輸出線依次為0，檢查輸入線電平 。 如P1.0P1.3輸出0111，而P1.4P1.7讀入0111，則可判定圖中第3號(hào)鍵被按下。掃描法特點(diǎn)：共四十四頁2、矩陣式鍵盤的掃描(somio)方式反轉(zhuǎn)(fn zhun)法的特點(diǎn)1。行線和列線都要通過上拉電阻接+5 V，如圖339所示(圖中虛線框內(nèi)部分要接上)，2。按鍵所在行號(hào)和列號(hào)分別由兩步操作

9、判定：第一步，將行線編程為輸入線，列線編程為輸出線，并使輸出線輸出全“0”，則行線中電平由高變到低的所在行為按鍵所在行。第二步，同第一步完全相反，將行線編程為輸出線，列線編程為輸入線，并使輸出線輸出全“0”，則列線中電平由高到低的所在列為按鍵所在列。 共四十四頁3、鍵盤(jinpn)工作方式程序控制掃描方式只有當(dāng)CPU空閑(kngxin)時(shí)才調(diào)用鍵盤掃描子程序定時(shí)掃描方式利用定時(shí)器的中斷請(qǐng)求,每隔一定的時(shí)間對(duì)鍵盤掃描一次中斷掃描方式提高CPU的效率,當(dāng)鍵盤上有鍵閉合時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求共四十四頁3、鍵盤工作(gngzu)方式-中斷工作方式圖3-3-10中斷(zhngdun)方式矩陣鍵盤接口1。中斷工

10、作方式各條鍵輸入線除了與CPU的輸入口相連外，還要經(jīng)與門同CPU的中斷口相接，2。圖3310中，P1.4P1.7作為掃描輸出線，平時(shí)置為全0,當(dāng)有鍵按下時(shí)，INT0非/INT1非為低電平，向CPU發(fā)出中斷申請(qǐng)，若CPU開放外部中斷，則響應(yīng)中斷請(qǐng)求。3。中斷服務(wù)程序中，首先應(yīng)關(guān)閉中斷(以免在掃描識(shí)別過程中，因INT0/INT1電平變化而引起混亂)，接著進(jìn)行按鍵的識(shí)別及鍵功能程序的執(zhí)行等工作。 共四十四頁4、鍵輸入中存在的問題(wnt)及解決方法鍵盤抖動(dòng)可采用硬件(yn jin)（RS觸發(fā)器）或軟件消除圖3-3-11 按鍵時(shí)的抖動(dòng) 由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，在

11、斷開時(shí)也不會(huì)一下斷開。在閉合及斷開的瞬間均有一連串的抖動(dòng)。抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為510 ms，這是一個(gè)很重要的時(shí)間參數(shù) 。共四十四頁4、鍵輸入中存在的問題(wnt)及解決方法重鍵： P841、兩個(gè)鍵同時(shí)按下：可用軟、硬件方式處理2、N個(gè)鍵同時(shí)按下：不處理直到只有一鍵按下；逐個(gè)記錄依次處理，成本高3、N個(gè)鍵鎖定技術(shù)：只處理一個(gè)鍵4、按鍵時(shí)間長(zhǎng)短(chngdun)不一致：一次閉合一次處理，等按鍵釋放后再處理共四十四頁5、鍵盤接口(ji ku)及程序獨(dú)立式鍵盤(jinpn)P84矩陣式鍵盤P85共四十四頁6-3-2 一鍵一義的鍵盤(jinpn)管理鍵盤信號(hào)獲得的方法：1、查詢法C

12、PU循環(huán)掃描鍵盤，判斷鍵是否(sh fu)按下，判斷數(shù)字鍵還是命令鍵，數(shù)字鍵讀入、顯示，命令鍵則查詢轉(zhuǎn)移表，獲取相應(yīng)處理程序入口地址。2、中斷3、定時(shí)。共四十四頁鍵盤管理(gunl)-查詢法程序流程圖處理子程序執(zhí)行完后繼續(xù)掃描鍵盤，如圖631(a)所示。進(jìn)行一鍵一義的鍵盤管理(gunl)的核心是一張一維的轉(zhuǎn)移表，如圖631(b)所示，在轉(zhuǎn)移表內(nèi)順序登記了各個(gè)處理子程序的轉(zhuǎn)移指令。 共四十四頁鍵盤(jinpn)管理-中斷法&定時(shí)法程序流程圖 中斷方法：按下任何鍵都引起一個(gè)(y )中斷請(qǐng)求，鍵碼分析過程放在中斷子程序中，這種方法需獨(dú)自占用一個(gè)(y )外部中斷源，其監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)如圖632(a)所示。

13、 第三種辦法是定時(shí)查詢方法，每隔一定時(shí)間查詢一次鍵盤，由于時(shí)間間隔通常很短，對(duì)于操作者來說鍵盤的響應(yīng)是實(shí)時(shí)的，鍵盤的查詢過程安排在定時(shí)中斷程序中完成，其監(jiān)控程序的結(jié)構(gòu)框圖如圖632(b)所示。 共四十四頁6-3-3 一鍵多義的鍵盤(jinpn)管理一條命令不是由一次按鍵完成，而是由一個(gè)按鍵序列組成。一鍵多義的鍵盤(jinpn)管理仍可以采用轉(zhuǎn)移表法。具體流程圖如下：共四十四頁鍵盤(jinpn)管理圖6-3-3 一鍵多義鍵服務(wù)(fw)程序流程設(shè)一個(gè)8回路微機(jī)溫控儀有6個(gè)按鍵：C(回路號(hào)18，第8回路為環(huán)境溫度補(bǔ)償，其余為控溫點(diǎn))、P(參數(shù)號(hào)，有設(shè)定值，實(shí)測(cè)值，P、I、D參數(shù)值，上、下限報(bào)警值，輸

14、出控制值等8個(gè)參數(shù)、(加1)、 (減1)、R(運(yùn)行)和S(停止運(yùn)行)。顯然，這些按鍵都是一鍵多義的。C鍵對(duì)應(yīng)了8個(gè)回路，且第8回路(環(huán)境溫度補(bǔ)償回路)與其余7個(gè)回路不同，它只有實(shí)測(cè)值一個(gè)參數(shù)，沒有其它參數(shù)。P鍵對(duì)應(yīng)了每一回路(除第8回路外)的8個(gè)參數(shù)。這些參數(shù)，有的能執(zhí)行1功能，如設(shè)定值，P、I、D參數(shù)，上、下限報(bào)警值；有的不能修改，如實(shí)測(cè)溫度值。和鍵的功能執(zhí)行與否，取決于在它們前面按過的C和P鍵；R鍵的功能執(zhí)行與否，則取決于當(dāng)前的C值。為完成這些功能所設(shè)計(jì)的鍵服務(wù)流程見圖633所示。共四十四頁6-3-4 自動(dòng)(zdng)/手動(dòng)切換基本功能：通過(tnggu)手動(dòng)操作調(diào)整輸出值。 實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自

15、動(dòng)無擾切換。兩種方法：軟件；硬件。軟件方法常用監(jiān)控程序?qū)崿F(xiàn)切換的方法是：1、判斷是否進(jìn)入手操方式2、手操中，輸出值由面板上加減鍵控制3、利用RAM中公用的輸出控制量單元作為輸出控制量映像，無論手操自動(dòng)，都是對(duì)該映像進(jìn)行加減，然后再輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)4、切換過程基值互為基礎(chǔ)共四十四頁6-4 顯示、中斷(zhngdun)與時(shí)鐘管理6-4-1 顯示管理功能：1、顯示更新數(shù)據(jù)2、多參數(shù)的巡檢(xn jin)和定點(diǎn)顯示管理 多路系統(tǒng)每一路都有一個(gè)實(shí)測(cè)值。由于系統(tǒng)不可能為每一路的參數(shù)都設(shè)計(jì)一組顯示器。通常都采用巡回顯示的方法輔以定點(diǎn)顯示功能，即在一般情況下作巡回顯示，而當(dāng)操作人員對(duì)某一參數(shù)特別感興趣時(shí)，可中止

16、巡回方式，進(jìn)入定點(diǎn)跟蹤方式。方式的切換由面板按鍵控制。 3、指示燈顯示管理共四十四頁顯示、中斷(zhngdun)與時(shí)鐘管理6-4-2 中斷管理中斷源：過程通道；實(shí)時(shí)時(shí)鐘；面板按鍵；通信接口和系統(tǒng)故障。中斷過程：保護(hù)斷點(diǎn)；保存需要恢復(fù)的寄存器；恢復(fù)中斷觸發(fā)信號(hào)；開啟中斷允許為下次中斷準(zhǔn)備；恢復(fù)斷點(diǎn)。中斷服務(wù)(fw)模塊：見下圖641共四十四頁中斷與時(shí)鐘(shzhng)管理圖6-4-1 中斷(zhngdun)流程共四十四頁顯示、中斷(zhngdun)與時(shí)鐘管理多中斷識(shí)別(shbi)電路。圖6-4-2 多中斷源識(shí)別電路圖642的外部中斷輸入引腳INT0上接有4個(gè)中斷源，集電極開路的非門構(gòu)成或非電路，

17、無論哪個(gè)外部裝置提出中斷請(qǐng)求，都會(huì)使INT0引腳電平變低。究竟是哪個(gè)外部裝置申請(qǐng)的中斷，可以查詢P1.4P1.7的邏輯電平獲知，這4個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)由軟件排定。 共四十四頁顯示、中斷(zhngdun)與時(shí)鐘管理6-4-3 時(shí)鐘管理內(nèi)容：1、過程輸入通道的數(shù)據(jù)采集周期定時(shí)；2、過程輸出通道控制周期定時(shí)；3、參數(shù)修改按鍵數(shù)字增減的定時(shí)；P2004、多參數(shù)巡回顯示的顯示周期定時(shí)；5、動(dòng)態(tài)保持方式輸出過程通道的動(dòng)態(tài)刷新周期定時(shí)；6、電壓(diny)-頻率型A/D轉(zhuǎn)換器定時(shí)；7、故障監(jiān)視電路的定時(shí)信號(hào)。共四十四頁顯示、中斷與時(shí)鐘(shzhng)管理定時(shí)方式：軟件(run jin)（占系統(tǒng)時(shí)間）；硬件（不

18、能定過長(zhǎng)時(shí)間）；軟件、硬件結(jié)合（硬件負(fù)責(zé)定時(shí)，軟件負(fù)責(zé)中斷管理和對(duì)硬件定時(shí)的再裝入）。共四十四頁6-5 硬件(yn jin)故障的自檢6-5-1 自檢方式利用事先編制的程序(chngx)對(duì)系統(tǒng)的主要部件進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。確定是否有故障和故障位置。自檢方式：1、開機(jī)自檢2、周期性自檢：系統(tǒng)程序中，周期性插入自檢操作。3、鍵盤自檢：設(shè)置“自檢”按鍵。自檢內(nèi)容：ROM、RAM、總線、顯示器、鍵盤及測(cè)控電路部件。共四十四頁硬件(yn jin)故障的自檢6-5-2 自檢算法一、ROM或EPROM的自檢方法：校驗(yàn)和。程序(chngx)寫入ROM后，在最后一個(gè)單元中放入校驗(yàn)字，校驗(yàn)字滿足ROM中所有單元的每一列

19、都具有奇數(shù)個(gè)1。自檢程序的內(nèi)容：檢驗(yàn)每一列的異或運(yùn)算是否為1。即校驗(yàn)和等于FFH，如下表651所示。 共四十四頁硬件(yn jin)故障的自檢共四十四頁硬件故障(gzhng)的自檢二、RAM的檢測(cè)方法：讀寫性能檢測(cè)。通常選用55H（01010101B）和AAH（10101010B）分別對(duì)RAM進(jìn)行讀寫校驗(yàn)。如下圖651.三、總線自檢方法：設(shè)置鎖存觸發(fā)器，用于分別記憶地址總線和數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)。通過讀寫總線上的內(nèi)容可以(ky)實(shí)現(xiàn)自檢。共四十四頁硬件故障(gzhng)的自檢圖6-5-1 RAM自檢(z jin)流程圖共四十四頁硬件故障(gzhng)的自檢圖6-5-2 總線監(jiān)測(cè)(jin c)電路總線自檢程序應(yīng)該對(duì)每一根總線分別進(jìn)行檢測(cè)。具體做法是使被檢測(cè)的每根總線依次為1態(tài)，其余總線為0態(tài)。如