微机化测控系统第六章

1、第六章第六章 监控程序设计监控程序设计 微机化测控系统框图微机化测控系统框图第六章第六章 监控程序设计监控程序设计 内容内容: :监控程序的功能和组成；监控程序的功能和组成；监控主程序和初始化管理；监控主程序和初始化管理；键盘管理，键盘接口；键盘管理，键盘接口；显示、中断与时钟管理；显示、中断与时钟管理；硬件故障的自检硬件故障的自检重点：重点：监控程序的功能和组成；初始化管理；监控程序的功能和组成；初始化管理；中断管理；键盘管理中断管理；键盘管理难点：难点：硬件故障的自检硬件故障的自检6-1 6-1 监控程序的功能和组成监控程序的功能和组成l功能：及时响应来自系统或仪器内部的各种服务请求，有效

2、地管理测控系统自身软、硬件及人机联系设备，与其它设备进行信息交换，故障处理。l具体归纳为：l键盘与显示管理l接收中断请求信号，区分优先级，并转入相应程序。l对软、硬定时器管理l自身系统诊断处理l初始化、手/自动切换、掉电保护监控程序的功能和组成一监控程序的功能和组成一- -基本组成基本组成 监控程序的组成：监控程序的组成： 通常由监控主程序、初始化管理、键盘管理、显示管理、中断管理、自诊断和手/自动切换图6-1-1 监控程序的基本组成监控程序的功能和组成二监控程序的功能和组成二- -测控算法模块测控算法模块监控程序调用的各具体模块功能6-26-2监控主程序和初始化管理监控主程序和初始化管理6-

3、2-1 监控主程序监控主程序任务：任务：是计算机上电后首先进入的程序。任务是识别命令和解释命令并获得该命令的相关软件入口地址。内容：包括初始化可编程器件、输入输出端口和参数初始化，自诊断管理模块、键盘显示管理、中断管理模块等。结构：一般是在初始化和自诊断后，监控把其余部分联结起来，构成一个无限循环的环圈。系统的所有功能都在这个圈内周而复始工作。如图621.监控主程序和初始化管理监控主程序和初始化管理图6-2-1 监控主程序流程示例监控主程序和初始化管理监控主程序和初始化管理6-2-2 初始化管理内容：器件、堆栈和参数初始化。器件：8155、8255、I/O、RAM、定时器等。初始化都有固定的格

4、式，可在程序伊始直接初始化，也可编好子程序模块，随时调用。堆栈：确定堆栈位置、大小、生长方向，修改SP参数：PID的KP、 KI 、 KD等初始化管理模块作为监控程序的第二层次，通过分别调用上初始化管理模块作为监控程序的第二层次，通过分别调用上述三类初始化功能模块述三类初始化功能模块( (第三层次第三层次) )，实现对整个测控系统中，实现对整个测控系统中有关器件的初始化。有关器件的初始化。 一、键盘结构：键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，一、键盘结构：键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，键键盘按其按键的结构形式来分一般有机械式、电容式、电盘按其按键的结构形式来分一般有机械式、电容式、电感式、磁感

5、式、薄膜式和橡胶垫式等。其中最常用的是感式、磁感式、薄膜式和橡胶垫式等。其中最常用的是机械式和电容式键盘。其按键结构原理如图所示。机械式和电容式键盘。其按键结构原理如图所示。6-3 6-3 键盘管理键盘管理6-3-1 6-3-1 键盘接口与程序键盘接口与程序 VccVcc上拉电阻上拉电阻列（读出信号）列（读出信号）机械触点 等效电容行扫描 行扫描 （a）机械式键盘 （b）电容式键盘按钮结构 （c）电容式键盘1、 键盘分类键盘分类l单片机控制系统所用的单片机控制系统所用的分：有编码分：有编码键盘和非编码键盘两种键盘和非编码键盘两种。l1、编码键盘除了键开关外，还有专门的硬件电路，用于识别、编码键

6、盘除了键开关外，还有专门的硬件电路，用于识别闭合键并产生键代码。不仅如此，编码键盘一般还有去键抖闭合键并产生键代码。不仅如此，编码键盘一般还有去键抖动电路和防串键保护电路等。这种键盘的优点是所需软件简动电路和防串键保护电路等。这种键盘的优点是所需软件简短，但硬件电路较复杂，价格较昂贵。目前在单片机控制系短，但硬件电路较复杂，价格较昂贵。目前在单片机控制系统中使用不多。统中使用不多。l2、非编码键盘仅由键开关组成，其它工作如键识别、键代码、非编码键盘仅由键开关组成，其它工作如键识别、键代码的产生、去抖动等，不是由硬件完成而是由软件完成的。为的产生、去抖动等，不是由硬件完成而是由软件完成的。为了简

7、化硬件电路，降低成本，目前单片机控制系统中大多数了简化硬件电路，降低成本，目前单片机控制系统中大多数采用非编码键盘。采用非编码键盘。1、 键盘分类键盘分类非编码键盘按开关与非编码键盘按开关与CPU连接方式可以分成连接方式可以分成独立式独立式或或矩阵式矩阵式，因此非编码键盘有线性非编码键盘和矩阵非编码键盘两种因此非编码键盘有线性非编码键盘和矩阵非编码键盘两种键盘接口任务键盘接口任务l消除键抖动l判断有无键闭合l求闭合键的键号l判断闭合键有无释放l若释放结束处理1、键盘接口类型、键盘接口类型 (a)中断方式 (b)查询方式 图3-3-8 独立式键盘接口电路各按键相互独立，每个各按键相互独立，每个按

8、键的按键的“接零端接零端”均接均接地，每个按键的地，每个按键的“测试测试端端”各接一根输入线，各接一根输入线，如图如图338338，一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会上的按键工作状态不会影响其它线上的工作状影响其它线上的工作状态，通过检测输入线的态，通过检测输入线的电平状态就判断哪个按电平状态就判断哪个按键被按下，操作速度高键被按下，操作速度高而且软件结构简单。但而且软件结构简单。但按键数量多时，输入口按键数量多时，输入口浪费大，适用于按键较浪费大，适用于按键较少或操作速度高的场合。少或操作速度高的场合。l独立式键盘的特点是：独立式键盘的特点是：1、键盘接口类型、键盘接口类型1 1。行

9、、列线分别。行、列线分别接输入、输出线，接输入、输出线，2 2。按键设在行、。按键设在行、列的交叉点上，列的交叉点上，3 3。交叉点不相通，。交叉点不相通，而由按键决定其通而由按键决定其通断。断。4 4。该结构由。该结构由m m根行根行线、线、n n根列线即可根列线即可构成构成mxmxN N个按键。节约资个按键。节约资源但软件复杂。源但软件复杂。l矩阵式键盘的特点是：矩阵式键盘的特点是：2、矩阵式键盘的扫描方式、矩阵式键盘的扫描方式2、矩阵式键盘的扫描方式、矩阵式键盘的扫描方式图3-3-9 矩阵式键盘接口电路1 1。每条作为键扫描。每条作为键扫描输入线输入线的行线的行线（或列线）都通过一个上拉

10、电阻接（或列线）都通过一个上拉电阻接到到+5V+5V上，并上，并与与该行该行( (或列或列) )各按键的各按键的测试端相连测试端相连，2 2。每条作为键扫描。每条作为键扫描输出线输出线的列线的列线( (或行线或行线) )都不接上拉电阻和都不接上拉电阻和+5 V(+5 V(图图339339中虚线框不接中虚线框不接) )，只，只与与该列该列( (或行或行) )各键的各键的接零端相连接零端相连。3 3。扫描过程分两步进行：。扫描过程分两步进行：监测有无键被按下，输出线全为监测有无键被按下，输出线全为0 0，检查输入线电平检查输入线电平 ； P81P81识别哪一个键被按下，输出线依识别哪一个键被按下，

11、输出线依次为次为0 0，检查输入线电平，检查输入线电平 。 如如P1.0P1.0P1.3P1.3输出输出01110111，而，而P1.4P1.4P1.7P1.7读入读入01110111，则可判定图中第，则可判定图中第3 3号号键被按下。键被按下。扫描法特点：扫描法特点：2、矩阵式键盘的扫描方式、矩阵式键盘的扫描方式反转法反转法的特点1。行线和列线都要通过上拉电阻接+5 V，如图339所示(图中虚线框内部分要接上)，2。按键所在行号和列号分别由两步操作判定：第一步，将行线编程为输入线，列线编程为输出线，并使输出线输出全“0”，则行线中电平由高变到低的所在行为按键所在行。第二步，同第一步完全相反，

12、将行线编程为输出线，列线编程为输入线，并使输出线输出全“0”，则列线中电平由高到低的所在列为按键所在列。 3、键盘工作方式、键盘工作方式l程序控制扫描方式l只有当CPU空闲时才调用键盘扫描子程序l定时扫描方式l利用定时器的中断请求,每隔一定的时间对键盘扫描一次l中断扫描方式l提高CPU的效率,当键盘上有键闭合时产生中断请求3、键盘工作方式、键盘工作方式-中断工作方式中断工作方式图3-3-10中断方式矩阵键盘接口1 1。中断工作方式各条键。中断工作方式各条键输入线输入线除除了与了与CPUCPU的输入口相连外，还要经的输入口相连外，还要经与门同与门同CPUCPU的中断口相接，的中断口相接，2 2。

13、图图33103310中，中，P1.4P1.4P1.7P1.7作为扫作为扫描输出线，平时置为全描输出线，平时置为全0,0,当有键当有键按下时，按下时，INT0INT0非非/INT1/INT1非为低电平，非为低电平，向向CPUCPU发出中断申请，若发出中断申请，若CPUCPU开放开放外部中断，则响应中断请求。外部中断，则响应中断请求。3 3。中断服务程序中，首先应关闭中中断服务程序中，首先应关闭中断断( (以免在扫描识别过程中，因以免在扫描识别过程中，因INT0/INT1INT0/INT1电平变化而引起混乱电平变化而引起混乱) )，接着进行按键的识别及键功能程接着进行按键的识别及键功能程序的执行等

14、工作。序的执行等工作。 4、键输入中存在的问题及解决方法、键输入中存在的问题及解决方法l键盘抖动l可采用硬件（RS触发器）或软件消除图3-3-11 按键时的抖动 由于机械触点的弹性作用，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断会马上稳定地接通，在断开时也不会一下断开。在开时也不会一下断开。在闭合及断开的瞬间均有一闭合及断开的瞬间均有一连串的抖动。抖动时间的连串的抖动。抖动时间的长短由按键的机械特性决长短由按键的机械特性决定，一般为定，一般为5 510 ms10 ms，这，这是一个很重要的时间参是一个很重要的时间参数数 。4、键输入中存在的问题及

15、解决方法、键输入中存在的问题及解决方法重键： P841、两个键同时按下：可用软、硬件方式处理2、N个键同时按下：不处理直到只有一键按下；逐个记录依次处理，成本高3、N个键锁定技术：只处理一个键4、按键时间长短不一致：一次闭合一次处理，等按键释放后再处理等按键释放后再处理5、键盘接口及程序、键盘接口及程序l独立式键盘P84l矩阵式键盘P856-3-2 6-3-2 一键一义的键盘管理一键一义的键盘管理键盘信号获得的方法：1、查询法CPU循环扫描键盘，判断键是否按下，判断数字键还是命令键，数字键读入、显示，命令键则查询转移表，获取相应处理程序入口地址。2、中断3、定时。键盘管理键盘管理-查询法程序流

16、程图处理子程序执处理子程序执行完后继续扫行完后继续扫描键盘，如图描键盘，如图631(a)631(a)所示。所示。进行一键一义进行一键一义的键盘管理的的键盘管理的核心是一张一核心是一张一维的转移表，维的转移表，如图如图631(b)631(b)所所示，在转移表示，在转移表内顺序登记了内顺序登记了各个处理子程各个处理子程序的转移指令。序的转移指令。 键盘管理键盘管理- -中断法中断法& &定时法定时法程序流程图 中断方法：按下中断方法：按下任何键都引起一个任何键都引起一个中断请求，键码分中断请求，键码分析过程放在中断子析过程放在中断子程序中，这种方法程序中，这种方法需独自占用一个外需

17、独自占用一个外部中断源，其监控部中断源，其监控程序结构如图程序结构如图632(a)632(a)所示。所示。 第三种办法是定时第三种办法是定时查询方法，每隔一查询方法，每隔一定时间查询一次键定时间查询一次键盘，由于时间间隔盘，由于时间间隔通常很短，对于操通常很短，对于操作者来说键盘的响作者来说键盘的响应是实时的，键盘应是实时的，键盘的查询过程安排在的查询过程安排在定时中断程序中完定时中断程序中完成，其监控程序的成，其监控程序的结构框图如图结构框图如图632(b)632(b)所示。所示。 6-3-3 6-3-3 一键多义的键盘管理一键多义的键盘管理一条命令不是由一次按键完成，而是由一个按键序列组成

18、。一键多义的键盘管理仍可以采用转移表法。具体流程图如下：键盘管理键盘管理图6-3-3 一键多义键服务程序流程设一个设一个8 8回路微机温控仪有回路微机温控仪有6 6个按键：个按键：C(C(回路号回路号1 18 8，第，第8 8回路为环境温度补偿，其余为控温点回路为环境温度补偿，其余为控温点) )、P(P(参数号，有设参数号，有设定值，实测值，定值，实测值，P P、I I、D D参数值，上、下限报警值，输出参数值，上、下限报警值，输出控制值等控制值等8 8个参数、个参数、(加加1)1)、 ( (减减1)1)、R(R(运行运行) )和和S(S(停停止运行止运行) )。显然，这些按键都是一键多义的。

19、显然，这些按键都是一键多义的。C C键对应了键对应了8 8个回路，且第个回路，且第8 8回路回路( (环境温度补偿回路环境温度补偿回路) )与其余与其余7 7个回路不同，它只有实测值一个参数，没有其它个回路不同，它只有实测值一个参数，没有其它参数。参数。P P键对应了每一回路键对应了每一回路( (除第除第8 8回路外回路外) )的的8 8个参数。这个参数。这些参数，有的能执行些参数，有的能执行1 1功能，如设定值，功能，如设定值，P P、I I、D D参数，参数，上、下限报警值；有的不能修改，如实测温度值。上、下限报警值；有的不能修改，如实测温度值。和和键的功能执行与否，取决于在它们前面按过的

20、键的功能执行与否，取决于在它们前面按过的C C和和P P键；键；R R键的功能执行与否，则取决于当前的键的功能执行与否，则取决于当前的C C值。为完成这些功值。为完成这些功能所设计的键服务流程见图能所设计的键服务流程见图633633所示。所示。6-3-4 6-3-4 自动自动/ /手动切换手动切换基本功能：通过手动操作调整输出值。 实现手动/自动无扰切换。两种方法：软件；硬件。软件方法常用监控程序实现切换的方法是：1、判断是否进入手操方式2、手操中，输出值由面板上加减键控制3、利用RAM中公用的输出控制量单元作为输出控制量映像，无论手操自动，都是对该映像进行加减，然后再输出给执行机构4、切换过

21、程基值互为基础6-4 6-4 显示、中断与时钟管理显示、中断与时钟管理6-4-1 显示管理功能：1、显示更新数据2、多参数的巡检和定点显示管理 多路系统每一路都有一个实测值。由于系统不可能为每一路的参数都多路系统每一路都有一个实测值。由于系统不可能为每一路的参数都设计一组显示器。通常都采用巡回显示的方法辅以定点显示功能，即在设计一组显示器。通常都采用巡回显示的方法辅以定点显示功能，即在一般情况下作巡回显示，而当操作人员对某一参数特别感兴趣时，可中一般情况下作巡回显示，而当操作人员对某一参数特别感兴趣时，可中止巡回方式，进入定点跟踪方式。方式的切换由面板按键控制。止巡回方式，进入定点跟踪方式。方

22、式的切换由面板按键控制。 3、指示灯显示管理显示、中断与时钟管理显示、中断与时钟管理6-4-2 中断管理中断源：中断源：过程通道；实时时钟；面板按键；通信接口和系统故障。中断过程：中断过程：保护断点；保存需要恢复的寄存器；恢复中断触发信号；开启中断允许为下次中断准备；恢复断点。中断服务模块：中断服务模块：见下图641中断与时钟管理中断与时钟管理图6-4-1 中断流程显示、中断与时钟管理显示、中断与时钟管理多中断识别电路。图6-4-2 多中断源识别电路图图642642的外部中断输入的外部中断输入引脚引脚INT0INT0上接有上接有4 4个中个中断源，集电极开路的断源，集电极开路的非门构成或非电路

23、，非门构成或非电路，无论哪个外部装置提无论哪个外部装置提出中断请求，都会使出中断请求，都会使INT0INT0引脚电平变低。引脚电平变低。究竟是哪个外部装置究竟是哪个外部装置申请的中断，可以查申请的中断，可以查询询P1.4P1.4P1.7P1.7的逻辑的逻辑电平获知，这电平获知，这4 4个中断个中断源的优先级由软件排源的优先级由软件排定。定。 显示、中断与时钟管理显示、中断与时钟管理6-4-3 时钟管理内容：内容：1、过程输入通道的数据采集周期定时；2、过程输出通道控制周期定时；3、参数修改按键数字增减的定时；P2004、多参数巡回显示的显示周期定时；5、动态保持方式输出过程通道的动态刷新周期定

24、时；6、电压-频率型A/D转换器定时；7、故障监视电路的定时信号。显示、中断与时钟管理显示、中断与时钟管理定时方式：定时方式：软件（占系统时间）；硬件（不能定过长时间）；软件、硬件结合（硬件负责定时，软件负责中断管理和对硬件定时的再装入）。6-5 6-5 硬件故障的自检硬件故障的自检6-5-1 自检方式利用事先编制的程序对系统的主要部件进行自动检测。确定是否有故障和故障位置。自检方式：1、开机自检2、周期性自检：系统程序中，周期性插入自检操作。3、键盘自检：设置“自检”按键。自检内容：ROM、RAM、总线、显示器、键盘及测控电路部件。硬件故障的自检硬件故障的自检6-5-2 自检算法一、ROM或EPR