《監(jiān)控程序設(shè)計(jì)》PPT課件.ppt

1、監(jiān)控程序設(shè)計(jì),測(cè)控技術(shù)與儀器系,本章主要內(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 顯示、中斷與時(shí)鐘管理 硬件故障的自檢,測(cè)控系統(tǒng)（儀器）中軟件的主要功能,采集信息 與外界對(duì)話（鍵盤和顯示管理 ） 記憶信息 處理信息 控制功能 自我測(cè)試 自補(bǔ)償自適應(yīng)/自校正自學(xué)習(xí),6.1 監(jiān)控程序的功能和組成,測(cè)控系統(tǒng)：硬件、軟件（監(jiān)控程序、功能程序）,6.1 監(jiān)控程序的功能和組成,一、監(jiān)控程序的功能： 1、進(jìn)行鍵盤和顯示管理，按鍵入的命令轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵服務(wù)； 2、接收因過程(輸入輸出)通道或時(shí)鐘等引起的中斷請(qǐng)求信號(hào)，區(qū)分優(yōu)先級(jí)，實(shí)現(xiàn)中斷嵌套，并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的實(shí)時(shí)測(cè)量、控制功能子程序； 3、實(shí)現(xiàn)

2、對(duì)硬件定時(shí)器的處理及由此形成的軟件定時(shí)器的管理； 4、實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)自身的診斷處理； 5、初始化，手-自動(dòng)控制，掉電保護(hù)等。,二、監(jiān)控程序的組成 監(jiān)控程序的組成主要取決于測(cè)控系統(tǒng)的組成規(guī)模，以及系統(tǒng)的硬件配備與功能。通常由監(jiān)控主程序、初始化管理、鍵盤管理、顯示管理、中斷管理、時(shí)鐘管理、自診斷、手-自動(dòng)控制等模塊組成。,圖611 監(jiān)控程序的基本組成,監(jiān)控主程序調(diào)用各模塊，并將它們聯(lián)系起來，形成一個(gè)有機(jī)整體，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的全部管理功能。 測(cè)控算法程序主要實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制功能，它由描述一種或幾種測(cè)控算法(如數(shù)字濾波，PID算法等)的功能模塊構(gòu)成，通常為實(shí)時(shí)中斷程序或監(jiān)控程序所調(diào)用。 各功能模塊又由各種下

3、層模塊(子程序)所支持。 模塊分類見P190,6.2 監(jiān)控主程序和初始化管理,6.2.1 監(jiān)控主程序 監(jiān)控主程序通常包括可編程器件、輸入、輸出端口和參數(shù)的初始化，自診斷管理模塊，鍵盤顯示管理模塊，以及實(shí)時(shí)中斷管理和處理模塊等 。 除了初始化和自診斷外，監(jiān)控主程序一般總是把其余部分聯(lián)接起來，構(gòu)成一個(gè)無限循環(huán)，測(cè)控系統(tǒng)的所有功能都在這一循環(huán)中周而復(fù)始地、或有選擇地執(zhí)行，除非掉電或按復(fù)位(RESET)鍵，測(cè)控系統(tǒng)不會(huì)跳出這一循環(huán)。 由于各微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)的功能不同，硬件結(jié)構(gòu)不同，程序編制方法不同，因而監(jiān)控主程序沒有統(tǒng)一的模式。,圖621 監(jiān)控主程序流程示例,6.2.2 初始化管理,一、可編程器件初始化

4、對(duì)可編程硬件接口電路的工作模式的初始化 微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)中常用的可編程器件有： 鍵盤顯示管理接口8279、 I/O和RAM擴(kuò)展接口8155， 并行輸入輸出接口8255、 定時(shí)計(jì)數(shù)器接口8253等。,二、堆棧初始化 復(fù)位后首先在用戶RAM中確定一個(gè)堆棧區(qū)域，由堆棧指示器SP來管理 三、參數(shù)初始化 指對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的整定參數(shù)(如PID算法的Kp、Ti、Td三個(gè)參數(shù)的初值)、報(bào)警值以及過程輸入通道的數(shù)據(jù)與過程輸出通道的數(shù)據(jù)初始化。 初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)儀表和系統(tǒng)中有關(guān)器件的初始化。,6.3 鍵盤管理,6.3.1一鍵一義的鍵盤管理

5、 一鍵一義，即一個(gè)按鍵代表一個(gè)確切的命令或一個(gè)數(shù)字，編程時(shí)只要根據(jù)當(dāng)前按鍵的編碼把程序直接分支到相應(yīng)的處理模塊的入口，而無需知道在此以前的按鍵情況。 鍵盤信號(hào)的獲得有三種方法： 一、單純查詢法（程序清單見教材）,圖631 查詢法程序流程,程序清單見教材,程序清單見教材,二、鍵盤中斷法 按下鍵盤任何鍵都引起一個(gè)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)外部中斷源，其監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)如圖6-3-2(a)所示。,三、定時(shí)查詢法 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6-3-2(

6、b)所示。,圖632 中斷法和定時(shí)法程序框圖,6.3.2 一鍵多義的按鍵管理,一、一鍵多義的按鍵管理 一鍵多義，一個(gè)按鍵有多種功能，既可作多種命令鍵，又可作數(shù)字鍵。 在一鍵多義的情況下，一個(gè)命令不是由一次按鍵，而是由一個(gè)按鍵序列所組成。換句話說，對(duì)一個(gè)按鍵含義的解釋，除了取決于本次按鍵外，還取決于以前按了些什么鍵。 對(duì)于一鍵多義的監(jiān)控程序，首先要判斷一個(gè)按鍵序列(而不是一次按鍵)是否已構(gòu)成一個(gè)合法命令。若已構(gòu)成合法命令，則執(zhí)行命令，否則等待新按鍵輸入。,二、一鍵多義的監(jiān)控程序,一鍵多義的監(jiān)控程序仍可采用轉(zhuǎn)移表法進(jìn)行設(shè)計(jì)， 這時(shí)要用多張轉(zhuǎn)移表，組成一個(gè)命令的前幾個(gè)按鍵起著引導(dǎo)的作用，把控制引向某

7、張合適的轉(zhuǎn)移表， 根據(jù)最后一個(gè)按鍵編碼查閱該轉(zhuǎn)移表，就找到要求的子程序入口。 按鍵的管理，可以用查詢法也可以用中斷法。,三、一鍵多義鍵服務(wù)程序流程實(shí)例,8回路微機(jī)溫控儀鍵盤有6個(gè)按鍵： C鍵(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鍵(參數(shù)號(hào)，有設(shè)定值，PID參數(shù)等，共8個(gè)參數(shù)) 鍵(加1) 鍵（減1）只用于參數(shù)的修改 R鍵(運(yùn)行) S鍵(停止運(yùn)行),第8回路(環(huán)境溫度補(bǔ)償回路)只有溫度實(shí)測(cè)值一個(gè)參數(shù)，沒有其它參數(shù)，第17個(gè)回路有設(shè)定值（P、I、D參數(shù)，上、下限報(bào)警值）、溫度實(shí)測(cè)值等8個(gè)參數(shù),1、 程序流程圖633 2、 程序清單：參見教材。 說明： 設(shè)鍵編碼R：00H；S：01

8、H；：02H；：03H；C：04H和P：05H。內(nèi)存RAM 20H中高4位為通道(回路)號(hào)標(biāo)記，低4位為參數(shù)號(hào)標(biāo)記。假設(shè)8279命令口地址為7FFFH，數(shù)據(jù)口地址為7FFEH。 7個(gè)回路(17)，每個(gè)回路8個(gè)參數(shù)，共有56個(gè)轉(zhuǎn)移入口，分別由56個(gè)鍵服務(wù)功能模塊所支持。第8回路無參數(shù)，由其獨(dú)立子程序C8單獨(dú)處理。,圖633 一鍵多義鍵服務(wù)程序流程,6.3.3自動(dòng)/手動(dòng)切換,一、微機(jī)化控制系統(tǒng)的兩種工作方式 自動(dòng)方式微機(jī)化控制系統(tǒng)的基本工作方式。 手操方式在系統(tǒng)調(diào)試、測(cè)試時(shí)，用來調(diào)整輸出控制值。 二、自動(dòng)/手動(dòng)切換控制的基本功能是： 在手操方式時(shí)，能通過一定的手動(dòng)操作來方便、準(zhǔn)確地調(diào)整輸出值； 能

9、實(shí)現(xiàn)手動(dòng)-自動(dòng)的無擾動(dòng)切換。,三、實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作的方法 實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作，有硬件方法和軟件方法兩種。目前大多數(shù)微機(jī)化系統(tǒng)采用軟件方法，由操作面板上的幾個(gè)按鍵來實(shí)現(xiàn)。通常有：手-自動(dòng)切換鍵；手操輸出加；手操輸出減。 監(jiān)控程序通過判斷手動(dòng)-自動(dòng)切換鍵的狀態(tài)來判斷是否進(jìn)入手操方式。在手操方式時(shí)，系統(tǒng)的自動(dòng)控制功能暫停，改由面板上的輸出加、減兩鍵來調(diào)整輸出值。 四、無擾動(dòng)切換的實(shí)現(xiàn) 在用戶RAM區(qū)中開辟一個(gè)輸出控制值單元，作為當(dāng)前輸出控制量的映象，無論是手操還是自動(dòng)控制，都是對(duì)這一輸出值的映象單元進(jìn)行加或減，在輸出模塊程序作用下，輸出通道把此值送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)上去。,6.4顯示、中斷與時(shí)鐘管理,6.4.1顯示管

10、理 一、微機(jī)化系統(tǒng)的主要顯示方式 模擬指示用模擬表頭作為顯示手段，無需軟件管理。 數(shù)字顯示硬件方案的不同，軟件顯示管理方法也不同,二、顯示管理軟件的基本任務(wù) 1、顯示更新的數(shù)據(jù) 2、多參數(shù)的巡測(cè)和定點(diǎn)顯示管理 巡回顯示方式每隔一定時(shí)間改換一個(gè)新的顯示參數(shù) 定點(diǎn)顯示方式只跟蹤顯示某一參數(shù)，不改換通道或參數(shù) 3、指示燈顯示管理 通?？捎膳c某一指示燈有關(guān)的功能模塊直接管理。,* 功能程序刷新顯示存儲(chǔ)區(qū)數(shù)據(jù)、顯示管理軟件完成顯示,6.4.2中斷管理,一、中斷的概念 允許被控過程的某一狀態(tài)或?qū)崟r(shí)時(shí)鐘或鍵操作中斷正在進(jìn)行的工作，轉(zhuǎn)而處理該過程的實(shí)時(shí)問題。當(dāng)這一處理工作完成后，再回去執(zhí)行原先的任務(wù)，即監(jiān)控程

11、序中確認(rèn)的工作。一般說來，未經(jīng)事先“同意”(開放中斷)，不允許過程或?qū)崟r(shí)時(shí)鐘申請(qǐng)中斷。 能夠發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)的外設(shè)或事件稱為中斷源。微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)中常見的中斷源有：過程通道、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、面板按鍵、通信接口、系統(tǒng)故障。 中斷源中斷向量,6.4.2中斷管理,一、一個(gè)中斷源的中斷過程 ： 暫時(shí)保護(hù)程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容。 將中斷服務(wù)程序的入口地址送入程序計(jì)數(shù)器。 在服務(wù)程序開始時(shí)，必須將服務(wù)程序需要使用的CPU寄存器(例如累加器、進(jìn)位位、專用的暫存寄存器等)的內(nèi)容暫時(shí)地保護(hù)起來，并在服務(wù)程序結(jié)束時(shí)再恢復(fù)其內(nèi)容。,對(duì)于引起中斷而將INT變?yōu)榈碗娖降脑O(shè)備，系統(tǒng)必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟僮魇笽NT再次變?yōu)楦唠娖健?如果允許

12、發(fā)生中斷，則必須將允許中斷觸發(fā)器再次置位。 最后，恢復(fù)程序計(jì)數(shù)器原先被保存的內(nèi)容，以便返回到被中斷的程序。,二、多個(gè)中斷源的處理,確定多個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)，在軟件上作出相應(yīng)處理。 當(dāng)CPU在處理中斷時(shí)，還要能響應(yīng)更高級(jí)的中斷請(qǐng)求，而屏蔽掉同級(jí)或較低級(jí)的中斷請(qǐng)求。,三、中斷程序模塊 中斷模塊分中斷管理模塊和中斷服務(wù)模塊兩部分。 1、中斷服務(wù)模塊具體服務(wù)內(nèi)容，由各測(cè)控系統(tǒng)的功能所決定。 2、中斷管理模塊 中斷管理軟件模塊，通常應(yīng)包括以下功能：斷點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)；識(shí)別中斷源；判斷優(yōu)先級(jí)；如果允許中斷嵌套，則再次開放中斷；中斷服務(wù)結(jié)束后恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，如圖6-4-1所示。,圖641 中斷流程,四、多中斷源擴(kuò)展與識(shí)別

13、,通常，系統(tǒng)掉電總是作為最高級(jí)中斷源。其它中斷源的優(yōu)先級(jí)，則由設(shè)計(jì)人員根據(jù)系統(tǒng)的功能特點(diǎn)來確定。當(dāng)有兩個(gè)以上外部中斷源時(shí)，可以采用如下兩種方法： 利用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的外部事件計(jì)數(shù)輸入端(T0或T1)，作為邊沿觸發(fā)的外部中斷輸入端，這時(shí)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器應(yīng)工作于計(jì)數(shù)器方式，計(jì)數(shù)寄存器應(yīng)預(yù)置滿度數(shù)。 每個(gè)中斷源都接在同一個(gè)外部中斷輸入端(INT0或INT1)上，同時(shí)利用輸入口來識(shí)別某裝置的中斷請(qǐng)求。,圖642 多中斷源識(shí)別電路,6.4.3時(shí)鐘管理,一、時(shí)鐘作為定時(shí)器的用途 過程輸入通道的數(shù)據(jù)采樣周期定時(shí)； 過程輸出通道控制周期的定時(shí)； 參數(shù)修改按鍵數(shù)字增減速度的定時(shí)； 多參數(shù)巡回顯示時(shí)的顯示周期定時(shí)；

14、 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)； 電壓-頻率型A/D轉(zhuǎn)換器定時(shí)電路； 故障監(jiān)視電路(Watch dog)的定時(shí)信號(hào)。,二、實(shí)現(xiàn)定時(shí)的方法 1、硬件方法 采用可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器接口電路(如CTC 8253)以及單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)電路。 這種定時(shí)方法的定時(shí)間隔不可能做得太長。 2、軟件方法。 采用軟件延時(shí)方案，無需硬件成本，但要占用大量CPU時(shí)間，且實(shí)時(shí)性差，定時(shí)精度低。,3、軟件與硬件相結(jié)合定時(shí)的方法 這種方案幾乎不影響測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)，而且能實(shí)現(xiàn)多種時(shí)間間隔的定時(shí)。 首先由定時(shí)電路產(chǎn)生一個(gè)基本的脈沖。硬件定時(shí)時(shí)間到，產(chǎn)生一中斷。監(jiān)控主程序隨即轉(zhuǎn)入時(shí)鐘中斷管理模塊。 在設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)時(shí)

15、，可串行地或并行地設(shè)置幾個(gè)軟件定時(shí)器(在用戶RAM區(qū))。當(dāng)硬件定時(shí)中斷一到，這些軟件時(shí)鐘分別用累加或遞減方法計(jì)時(shí)，并由軟件來判斷是否定時(shí)時(shí)間到。,6.5 硬件故障的自檢,6.5.1自檢方式 一、自檢的基本原理 自檢就是利用事先編制的程序?qū)y(cè)控系統(tǒng)的主要部件進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，以確定是否有故障以及故障的內(nèi)容和位置。 故障診斷的基本原理是對(duì)被測(cè)部件輸入一串?dāng)?shù)據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后觀察相應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)，并對(duì)觀察結(jié)果進(jìn)行分析，確定故障的內(nèi)容和位置。試驗(yàn)數(shù)據(jù)、觀察到的結(jié)果數(shù)據(jù)和故障的對(duì)應(yīng)關(guān)系應(yīng)在故障診斷前準(zhǔn)備好。,二、自檢方式的三種類型：,一、開機(jī)自檢 在電源接通或系統(tǒng)復(fù)位之后進(jìn)行。自檢中如果沒發(fā)現(xiàn)問題，就進(jìn)入測(cè)量程

16、序，如果發(fā)現(xiàn)問題，則及時(shí)報(bào)警。,2、周期性自檢 在測(cè)控系統(tǒng)運(yùn)行過程中，間斷插入的自檢操作，這種操作可以保證測(cè)控系統(tǒng)在使用過程中一直處于正常狀態(tài)。周期性自檢不影響測(cè)控系統(tǒng)的正常工作，因而只有當(dāng)出現(xiàn)故障給予報(bào)警時(shí)，用戶才會(huì)覺察。,鍵盤自檢 具有鍵盤自檢功能的測(cè)控系統(tǒng)面板上應(yīng)設(shè)有“自檢”按鍵，當(dāng)用戶對(duì)系統(tǒng)的可信度發(fā)出懷疑時(shí)，便通過該鍵來啟動(dòng)一次自檢過程。,三、自檢結(jié)果的提示“出錯(cuò)代碼”,自檢過程中，微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)一般都借用本身的顯示器，以文字或數(shù)字的形式顯示“出錯(cuò)代碼”，出錯(cuò)代碼通常以“Error X”字樣表示，其中“X”為故障代號(hào)，操作人員根據(jù)“出錯(cuò)代碼”，查閱操作手冊(cè)便可確定故障內(nèi)容。除了給出故

17、障代號(hào)之外，往往還給出指示燈的閃爍或者音響報(bào)警信號(hào)，以提醒操作人員注意。,6.5.2自檢算法,一、ROM或EPROM的檢測(cè) ROM故障的檢測(cè)常用“校驗(yàn)和”方法，具體作法是：在將程序機(jī)器碼寫入ROM的時(shí)候，保留一個(gè)單元(一般是最后一個(gè)單元)，此單元不寫程序機(jī)器碼而是寫“校驗(yàn)字”，“校驗(yàn)字”應(yīng)能滿足ROM中所有單元的每一列都具有奇數(shù)個(gè)1。自檢程序的內(nèi)容是：對(duì)每一列數(shù)進(jìn)行異或運(yùn)算，如果ROM無故障，各列的運(yùn)算結(jié)果應(yīng)都為“1”，即校驗(yàn)和等于FFH。 見P202表6-5-1,二、RAM的檢測(cè) 常用的方法是“異或法”，即把RAM單元的內(nèi)容求反并與原碼進(jìn)行“異或”運(yùn)算，如果結(jié)果為FFH，則表明該RAM單元讀

18、寫功能正常，否則，說明該單元有故障。最后再恢復(fù)原單元內(nèi)容。RAM的自檢流程如圖651所示。,圖651 RAM自檢流程圖,三、總線的自檢,總線的自檢是指對(duì)經(jīng)過緩沖器的總線進(jìn)行檢測(cè)。設(shè)置兩組鎖存觸發(fā)器，分別用于記憶地址總線和數(shù)據(jù)總線上的信息。這樣，只要執(zhí)行一條對(duì)存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備的寫操作指令，地址線和數(shù)據(jù)線上的信息便能分別鎖存到這兩組8D觸發(fā)器(地址鎖存觸發(fā)器和數(shù)據(jù)鎖存觸發(fā)器)中，我們通過對(duì)這兩組鎖存觸發(fā)器分別進(jìn)行讀操作，便可判知總線是否存在故障。 總線自檢程序應(yīng)該對(duì)每一根總線分別進(jìn)行檢測(cè)。具體作法是使被檢測(cè)的每根總線依次為1態(tài)，其余總線為0態(tài)。如果某總線停留在0態(tài)或1態(tài)，說明有故障存在。,圖652 總線檢測(cè)電路,四、顯示器與鍵盤的檢測(cè),1、顯示器、鍵盤等I/O設(shè)備的檢測(cè) 先進(jìn)行一系列預(yù)定的I/O操作，然后操作者對(duì)這些I/O操作的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)收，如果結(jié)果與預(yù)先的設(shè)定一致，就認(rèn)為功能正常，否則，應(yīng)對(duì)有關(guān)I/O通道進(jìn)行檢修。 1）鍵盤的檢測(cè) CPU每取得一個(gè)按鍵閉合的信號(hào)，就反饋一個(gè)信息。如果按下某單個(gè)按鍵無反饋信息，往往是該鍵接觸不良，如果按某一排鍵均無反饋信號(hào)，則一定與對(duì)應(yīng)的電路或掃描信號(hào)有關(guān)。,2）顯示器的檢測(cè) 一般有兩種方式