监控程序设计讲解.ppt

第六章 监控程序设计 微机化测控系统分为硬件和软件两大部分按其 功能来说，软件又分为监控程序和功能程序两部 分 监控程序：用于管理整个系统正常工作的程序 功能程序：用于执行所要求任务的程序 6 . 1 监控程序的功能和组成 监控程序的主要作用是能及时的响应来自系统的 各种服务请求，有效地管理测控系统自身软、硬 件及人一机联系设备，与系统中其它设备交换信息，并 在系统一旦出现故障时，及时作出相应的处理 1. 监控程序的具体功能： ① 进行键盘和显示管理，按键入的命令转入相应的键服务 ； ② 接收因过程（输入输出）通道或时钟等引起的中断请求 信号，区分优先级，实现中断嵌套，并转入相应的实时 测量、控制功能子程序； ③ 处理硬件定时器及软件定时器； ④ 实现对系统自身的诊断处理； ⑤ 初始化，自动／手动切换，掉电保护等 2. 监控程序的组成 主要取决于测控系统 的组成规模，以及系统 的硬件配备与功能 一般组成如图 6 一1 一1 所示 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 3. 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。

6 . 2 监控主程序和初始化管理 1. 监控主程序 上电复位后首先进入监控主程序监控主程序一般都放 在0号单元开始的ROM 中，它的任务是识别命令、解释 命令并获得完成该命令的相应模块的入口 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，是“自顶向下”结构化设计中 的第一层次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，构成一个无限循环圈，测控 系统的所有功能都在这一循环圈中周而复始地或有选择 地执行，除非掉电或按复位（RESET ) 键，否则测控 系统不会跳出这一循环圈 由于各个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 下图为一个微机温控仪监控主程序流程示例 6 . 2 . 2 初始化管理 • 初始化管理主要包括可编程器件初始化、堆栈初始化和 参数初始化三部分 • 可编程器件初始化 是指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，这些器件的初 始化都有固定的格式，只是格式中的初始化参数随应用 方式不同而异，因此，都可编成一定的子程序模块，随 时调用。

• 堆栈初始化 就是复位后首先在用户RAM 中确定一个堆栈区域堆 栈是实现实时中断处理的必不可少的一种数据结构大 多数微处理器允许设计人员在用户RAM 中任意开辟堆 栈区域并采用向上或向下生长的堆栈结构，由堆栈指示 器SP 来管理 • 参数初始化 是指对测控系统的整定参数（如PID 算法 的KP、TI 、TD 3 个参数的初值）、报警 值以及过程输入通道的数据与过程输出通 道的数据初始化 • 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 （第三层次），实现对整个测控系统中有 关器件的初始化 6 . 3 键盘管理 • 一键一义的键盘管理 微机化测控系统的按键定义都比较简 单，属一键一义，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 • 键盘信号的获得有三种方法： （1）查询法 主程序用扫描键盘等手段来获取键盘信息微处理 器（机）周而复始地扫描键盘，当发现按键时，首先 判别是命令键还是数字键， • 若是数字键，则把按键读数读入存储器，通常还进行 显示； • 若是命令键，则根据按键读数查阅转移表，以获得处 理子程序的入口。

处理子程序执行完后继续扫描键盘 ，如图6-3-1(a)所示进行一键一义的键盘管理的核 心是一张一维的转移表，如图6-3-1(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 下面是查询法处理的一键一义监控程序进入该程序时， 累加器A 内包含了键盘的某按键编码，当键码小于10H 时 为数字键，等于或大于10H 时为命令键，全部按键编码 小于20H MOV RI , A CLR C SUBB A , # I0H ；判断是何种闭合键 JC DIGIT ；是数字键，转DIGIT MOV DPTR , # TBJ2；转换表首址一DPTR MOV A , RI ANL A , # 0FH ；取出命令键码 ADD A , A ；键码加倍 JNC NADD INC DPH ；大于或等于256 时，DPH 内容加1 NADD : JMP @ A 十DPTR ；执行处理子程序 TBJ2: AJMP PROGI ；转移表 AJMP PROG2 …… AJMP PROGn DIGIT: …… ；数字送显示缓冲器，并显示 (2) 中断方法 按下任何键都引起一个中断请求，键码分 析过程放在中断子程序中，这种方法需独 自占用一个外部中断源，其监控程序结构 如图6 一3 一2 ( a ）所示。

(3) 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6 一3 一2 ( b ）所示 6 . 3 . 2 一键多义的键盘管理 有些键盘设计成一键多义，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 一键多义的按键管理，可以用查询法也可 以用中断法 微机化系统监控程序具有实时性，一 般按键中断不应干扰正在进行的控制运 算（控制运算一般比按键具有更高的优 先级，除非是“停止运行”等一类按键） 考虑到这些因素，常常把键服务设计 成比过程通道中断低一级的中断源 • 例：一键多义键服务处理方法： 设一个8 回路微机温控仪有6 个按键： C----回路号1 -8 ，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 、l 、D 参数 值，上、下限报警值，输出控制值等8 个参 数 △ ---加l ； ▽----减1； R---运行； S ---停止运行。

显然，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，有的能执行士1 功能，如设定值，P 、l 、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 值键功 能流程见图6 一3 一3 所示 6 . 3 . 3 自动／手动切换 微机化控制系统的基本工作方式是自动控制但在系统调 试、测试和系统投运时，往往要用手动操方式来调整输出 控 制值 自动／手动切换控制的基本功能： ① 在手动操方式时，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 实现手动操作，有硬件方法和软件方法两种目前大多数 微 机化系统采用软件方法，由操作面板上的几个按键来实现 这几个键分别是：手动／自动切换键；手操输出加；手操 输 出减 缺点：当主机、输出通道等硬件电路发生故障时，手动控 制 也就无法实现了。

6 . 4 显示、中断与时钟管理 • 显示管理 微机化系统的显示方式目前主要有模拟指示、数字显示和模拟 数字混合显示三种 • 对于选用模拟表头作为显示手段的，一般只要在过程输入通 道的模拟量部分取出信号送入指示表即可，无需软件管理 • 对于数字式显示，需软件管理 多数微机化测控系统，显示管理软件的基本任务有如下三个方 面： ( l ）显示更新的数据 ( 2 ）多参数的巡测和定点显示管理 一个多路系统，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 微机化测控系统常在面板上设置一定数量的指示灯（发 光二极管）通常可由与某一指示灯有关的功能模块直 接管理，例如，上下限报警模块直接管理上下报警指示 灯，也可在用户RAM 中开辟一个指示灯状态映像区， 由 各功能模块改变映像区的状态，该模块由监控主程序中 的显示管理模块来管理 • 中断管理 为了能及时处理各种可能事件，提高实时处理能力，所有 的 微机化测控系统几乎都具有中断功能 • 微机化测控系统中常见的中断源有：过程通道、实时时 钟、面板按键、通信接口和系统故障。

通常，微机化测控系统开机时，处于自动封锁中断状态， 初 始化结束后，监控主程序执行一条“开放中断”命令，使测 控 系统在一旦发现中断后，即能进入中断工作方式 中断过程如下： ① 必须暂时保护程序计数器的内容，以便使CPU 在服 务程序执行完时能回到它在产生中断之前所处的状态 ② 必须将中断服务程序的入口地址送入程序计数器 这个服务程序能够准确地完成申请中断的设备所要求 的操作 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 ④ 对于引起中断而将变为低电平的设备，系统必须 进行适当的操作使 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保存的内容，以便返 回到被中断的程序 在实际系统中往往有两个以上的中断源因此设计者要 根据测控系统的功能特点，确定多个中断源的优先级， 当多个中断源同时提出申请时，主机要识别出哪些中断 源在申请中断，辨别和比较它们的优先级，优先响应级 别高的中断请求。

另外，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 中断管理软件模块，通常应包括以下 功 能： 断点现场保护，识别中断源和判断优 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 通常，系统掉电总是作为最高级中断 源至于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 例：MCS 一51 单片机有两个外部中断输入端，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Tl ) ，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。