微机化测控系统第六章

1、第六章 监控(jin kn)程序设计 微机化测控(c kn)系统框图共四十四页第六章 监控(jin kn)程序设计 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，键盘接口；显示(xinsh)、中断与时钟管理；硬件故障的自检重点：监控程序的功能和组成；初始化管理；中断管理；键盘管理难点：硬件故障的自检共四十四页6-1 监控程序的功能(gngnng)和组成功能：及时响应来自系统或仪器内部的各种服务请求，有效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(xnx)交换，故障处理。具体归纳为：键盘与显示管理接收中断请求信号，区分优先级，并转入相应程序。对软、硬定时器管理自

2、身系统诊断处理初始化、手/自动切换、掉电保护共四十四页监控程序的功能(gngnng)和组成一-基本组成 监控程序的组成： 通常(tngchng)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共四十四页监控(jin kn)程序的功能和组成二-测控算法模块监控程序调用(dioyng)的各具体模块功能共四十四页6-2监控(jin kn)主程序和初始化管理6-2-1 监控主程序任务：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(nirng)：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

3、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.共四十四页监控(jin kn)主程序和初始化管理图6-2-1 监控(jin kn)主程序流程示例共四十四页监控(jin kn)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(shngzhng)方向，修改SP参数：PID的KP、 KI 、 KD等初

4、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(第三层次)，实现对整个测控系统中有关器件的初始化。 共四十四页一、键盘结构：键盘是由若干个按键组成的开关(kigun)矩阵，键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。6-3 键盘(jinpn)管理6-3-1 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）电容式键盘共四十四页1、 键盘(jinpn)分类单片机控制系统所

5、用的按照键码的识别方法分：有编码键盘和非编码键盘两种。1、编码键盘除了键开关外，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(jindun)，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。2、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。共四十四页1、 键盘(jinpn)分类非编码键盘按开关(kigun)与CPU连接方式可以分成独立式或矩阵式，因此非编码键盘有线性非编

6、码键盘和矩阵非编码键盘两种共四十四页键盘接口(ji ku)任务消除键抖动判断有无键闭合求闭合键的键号判断闭合键有无释放若释放结束(jish)处理共四十四页1、键盘(jinpn)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(ji ku)电路各按键相互独立，每个按键的“接零端”均接地，每个按键的“测试端”各接一根输入线，如图338，一根输入线上的按键工作状态不会影响其它线上的工作状态，通过检测输入线的电平状态就判断哪个按键被按下，操作速度高而且软件结构简单。但按键数量多时，输入口浪费大，适用于按键较少或操作速度高的场合。独立式键盘的特点是：共四十四页1、键盘(jinpn)

7、接口类型1。行、列线分别(fnbi)接输入、输出线，2。按键设在行、列的交叉点上，3。交叉点不相通，而由按键决定其通断。4。该结构由m根行线、n根列线即可构成mxN个按键。节约资源但软件复杂。矩阵式键盘的特点是：共四十四页2、矩阵式键盘的扫描(somio)方式键盘扫描方式分类： （1）扫描法。 （2）反转(fn zhun)法。键盘扫描程序处理的步骤：（1）查询是否有键按下。（2）查询已按下键的位置。（3）按行号和列号求键的位置码。共四十四页2、矩阵式键盘的扫描(somio)方式图3-3-9 矩阵式键盘接口(ji ku)电路1。每条作为键扫描输入线的行线（或列线）都通过一个上拉电阻接到+5V上，

8、并与该行(或列)各按键的测试端相连，2。每条作为键扫描输出线的列线(或行线)都不接上拉电阻和+5 V(图339中虚线框不接)，只与该列(或行)各键的接零端相连。3。扫描过程分两步进行：监测有无键被按下，输出线全为0，检查输入线电平 ； P81识别哪一个键被按下，输出线依次为0，检查输入线电平 。 如P1.0P1.3输出0111，而P1.4P1.7读入0111，则可判定图中第3号键被按下。扫描法特点：共四十四页2、矩阵式键盘的扫描(somio)方式反转(fn zhun)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

9、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，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。 共四十四页3、键盘(jinpn)工作方式程序控制扫描方式只有当CPU空闲(kngxin)时才调用键盘扫描子程序定时扫描方式利用定时器的中断请求,每隔一定的时间对键盘扫描一次中断扫描方式提高CPU的效率,当键盘上有键闭合时产生中断请求共四十四页3、键盘工作(gngzu)方式-中断工作方式图3-3-10中断(zhngdun)方式矩阵键盘接口1。中断工

10、作方式各条键输入线除了与CPU的输入口相连外，还要经与门同CPU的中断口相接，2。图3310中，P1.4P1.7作为扫描输出线，平时置为全0,当有键按下时，INT0非/INT1非为低电平，向CPU发出中断申请，若CPU开放外部中断，则响应中断请求。3。中断服务程序中，首先应关闭中断(以免在扫描识别过程中，因INT0/INT1电平变化而引起混乱)，接着进行按键的识别及键功能程序的执行等工作。 共四十四页4、键输入中存在的问题(wnt)及解决方法键盘抖动可采用硬件(yn jin)（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，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在

11、断开时也不会一下断开。在闭合及断开的瞬间均有一连串的抖动。抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为510 ms，这是一个很重要的时间参数 。共四十四页4、键输入中存在的问题(wnt)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(chngdun)不一致：一次闭合一次处理，等按键释放后再处理共四十四页5、键盘接口(ji ku)及程序独立式键盘(jinpn)P84矩阵式键盘P85共四十四页6-3-2 一键一义的键盘(jinpn)管理键盘信号获得的方法：1、查询法C

12、PU循环扫描键盘，判断键是否(sh fu)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。共四十四页键盘管理(gunl)-查询法程序流程图处理子程序执行完后继续扫描键盘，如图631(a)所示。进行一键一义的键盘管理(gunl)的核心是一张一维的转移表，如图631(b)所示，在转移表内顺序登记了各个处理子程序的转移指令。 共四十四页键盘(jinpn)管理-中断法&定时法程序流程图 中断方法：按下任何键都引起一个(y )中断请求，键码分析过程放在中断子程序中，这种方法需独自占用一个(y )外部中断源，其监控程序结构如图632(a)所示。

13、 第三种办法是定时查询方法，每隔一定时间查询一次键盘，由于时间间隔通常很短，对于操作者来说键盘的响应是实时的，键盘的查询过程安排在定时中断程序中完成，其监控程序的结构框图如图632(b)所示。 共四十四页6-3-3 一键多义的键盘(jinpn)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。一键多义的键盘(jinpn)管理仍可以采用转移表法。具体流程图如下：共四十四页键盘(jinpn)管理图6-3-3 一键多义键服务(fw)程序流程设一个8回路微机温控仪有6个按键：C(回路号18，第8回路为环境温度补偿，其余为控温点)、P(参数号，有设定值，实测值，P、I、D参数值，上、下限报警值，输

14、出控制值等8个参数、(加1)、 (减1)、R(运行)和S(停止运行)。显然，这些按键都是一键多义的。C键对应了8个回路，且第8回路(环境温度补偿回路)与其余7个回路不同，它只有实测值一个参数，没有其它参数。P键对应了每一回路(除第8回路外)的8个参数。这些参数，有的能执行1功能，如设定值，P、I、D参数，上、下限报警值；有的不能修改，如实测温度值。和键的功能执行与否，取决于在它们前面按过的C和P键；R键的功能执行与否，则取决于当前的C值。为完成这些功能所设计的键服务流程见图633所示。共四十四页6-3-4 自动(zdng)/手动切换基本功能：通过(tnggu)手动操作调整输出值。 实现手动/自

15、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、切换过程基值互为基础共四十四页6-4 显示、中断(zhngdun)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(xn jin)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，可中止

16、巡回方式，进入定点跟踪方式。方式的切换由面板按键控制。 3、指示灯显示管理共四十四页显示、中断(zhngdun)与时钟管理6-4-2 中断管理中断源：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：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(fw)模块：见下图641共四十四页中断与时钟(shzhng)管理图6-4-1 中断(zhngdun)流程共四十四页显示、中断(zhngdun)与时钟管理多中断识别(shbi)电路。图6-4-2 多中断源识别电路图642的外部中断输入引脚INT0上接有4个中断源，集电极开路的非门构成或非电路，

17、无论哪个外部装置提出中断请求，都会使INT0引脚电平变低。究竟是哪个外部装置申请的中断，可以查询P1.4P1.7的逻辑电平获知，这4个中断源的优先级由软件排定。 共四十四页显示、中断(zhngdun)与时钟管理6-4-3 时钟管理内容：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时；6、电压(diny)-频率型A/D转换器定时；7、故障监视电路的定时信号。共四十四页显示、中断与时钟(shzhng)管理定时方式：软件(run jin)（占系统时间）；硬件（不

18、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）。共四十四页6-5 硬件(yn jin)故障的自检6-5-1 自检方式利用事先编制的程序(chngx)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。共四十四页硬件(yn jin)故障的自检6-5-2 自检算法一、ROM或EPROM的自检方法：校验和。程序(chngx)写入ROM后，在最后一个单元中放入校验字，校验字满足ROM中所有单元的每一列

19、都具有奇数个1。自检程序的内容：检验每一列的异或运算是否为1。即校验和等于FFH，如下表651所示。 共四十四页硬件(yn jin)故障的自检共四十四页硬件故障(gzhng)的自检二、RAM的检测方法：读写性能检测。通常选用55H（01010101B）和AAH（10101010B）分别对RAM进行读写校验。如下图651.三、总线自检方法：设置锁存触发器，用于分别记忆地址总线和数据总线上的数据。通过读写总线上的内容可以(ky)实现自检。共四十四页硬件故障(gzhng)的自检图6-5-1 RAM自检(z jin)流程图共四十四页硬件故障(gzhng)的自检图6-5-2 总线监测(jin c)电路总线自检程序应该对每一根总线分别进行检测。具体做法是使被检测的每根总线依次为1态，其余总线为0态。如