《檢測(cè)與控制技術(shù)》課件第6章

第6章微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的神經(jīng)中樞—監(jiān)控程序6.1測(cè)控系統(tǒng)監(jiān)控程序的功能和組成6.2監(jiān)控主程序和初始化管理6.3鍵盤管理6.4顯示、中斷與時(shí)鐘管理6.5系統(tǒng)自檢思考題與習(xí)題6.1測(cè)控系統(tǒng)監(jiān)控程序的功能和組成

6.1.1測(cè)控系統(tǒng)監(jiān)控程序的作用與功能測(cè)控系統(tǒng)監(jiān)控程序的主要作用是能及時(shí)地響應(yīng)來(lái)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)自身的軟、硬件資源。其功能可歸納為：①鍵盤和顯示管理；②中斷管理；③時(shí)鐘管理；④實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)自身的診斷處理；⑤初始化、自動(dòng)/手動(dòng)切換、掉電保護(hù)等。

6.1.2測(cè)控系統(tǒng)監(jiān)控程序的組成測(cè)控系統(tǒng)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。它通常由監(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、自診斷和自動(dòng)/手動(dòng)切換等模塊組成，如圖6-1所示。

圖6-1監(jiān)控程序的基本組成

6.2監(jiān)控主程序和初始化管理

6.2.1監(jiān)控主程序

1.監(jiān)控主程序的任務(wù)和存放位置監(jiān)控主程序是整個(gè)監(jiān)控程序的管理程序，它起到引導(dǎo)測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)入正常工作過(guò)程，并根據(jù)測(cè)控要求來(lái)協(xié)調(diào)系統(tǒng)各軟件模塊的工作，從而實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)硬件的作用。監(jiān)控主程序一般都放在0000H單元開(kāi)始的ROM中，系統(tǒng)上電復(fù)位后即進(jìn)入監(jiān)控主程序運(yùn)行。監(jiān)控主程序的任務(wù)是識(shí)別命令、解釋命令并獲得完成該命令的相應(yīng)模塊的入口地址。

2.監(jiān)控主程序的基本結(jié)構(gòu)與運(yùn)行過(guò)程監(jiān)控主程序通常包括可編程器件和輸入/輸出端口的初始化、初始參數(shù)的設(shè)定、自診斷管理模塊、鍵盤顯示管理模塊以及中斷管理和處理模塊等。由于各個(gè)微機(jī)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(méi)有統(tǒng)一的模式。但監(jiān)控主程序除了初始化和自診斷外，其余部分必須構(gòu)成一個(gè)循環(huán)，即測(cè)控系統(tǒng)的所有功能都在這一循環(huán)圈中周而復(fù)始地或有選擇地執(zhí)行，除非掉電或按復(fù)位（Reset）鍵，否則測(cè)控系統(tǒng)不會(huì)也不應(yīng)該跳出這一循環(huán)。圖6-2（a）和圖6-2（b）分別給出監(jiān)控主程序及相應(yīng)中斷管理程序的一般結(jié)構(gòu)。

圖6-2監(jiān)控主程序的一般結(jié)構(gòu)（a）監(jiān)控主程序流程；（b）中斷服務(wù)程序流程

3.監(jiān)控主程序設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題

在編寫各種功能模塊時(shí)，必須考慮到模塊在運(yùn)行時(shí)可能遇到的所有情況，保證任何模塊運(yùn)行后均能返回到主程序中的規(guī)定入口，特別要考慮到可能出現(xiàn)的各種意外情況。例如，做乘法時(shí)結(jié)果溢出，做除法時(shí)除數(shù)為零等，使程序不致陷入不應(yīng)有的死循環(huán)或進(jìn)入不該進(jìn)入的程序段，導(dǎo)致程序無(wú)法正常運(yùn)行。

6.2.2初始化管理

1.可編程器件初始化可編程器件初始化是指對(duì)可編程硬件接口電路的工作模式的初始化。微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中常用的可編程器件有鍵盤顯示接口8279、I/O擴(kuò)展接口8155和8255、定時(shí)計(jì)數(shù)器接口8253等。這些器件的初始化都有固定的格式，只是格式中的初始化參數(shù)隨應(yīng)用方式不同而已，因此，均可編成一定的子程序模塊，隨時(shí)調(diào)用即可。

3.參數(shù)初始化參數(shù)初始化是指對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的整定參數(shù)（如PID算法的KP、TI、TD的初值）、報(bào)警值以及過(guò)程輸入通道的數(shù)據(jù)與過(guò)程輸出通道的數(shù)據(jù)初始化。系統(tǒng)的整定參數(shù)初值由被控對(duì)象的特性確定。對(duì)于過(guò)程輸入通道的數(shù)據(jù)初值，例如采樣初值、偏差初值、多路模擬開(kāi)關(guān)的初始狀態(tài)、濾波初值等，一般由測(cè)量控制算法決定。對(duì)于過(guò)程輸出通道，通常都置模擬量輸出為0狀態(tài)或其他預(yù)定狀態(tài)；置開(kāi)關(guān)量輸出為無(wú)效狀態(tài)，如繼電器處于釋放狀態(tài)等。根據(jù)結(jié)構(gòu)化思想，通常把這些參數(shù)的初始化工作集中在一個(gè)模塊中，以便集中管理，也有利于實(shí)現(xiàn)模塊獨(dú)立性。

6.3

鍵盤管理

6.3.1一鍵一義的鍵盤管理

1.一鍵一義鍵盤的涵義所謂一鍵一義，就是指一個(gè)按鍵只代表一個(gè)確切的命令或一個(gè)數(shù)字。對(duì)于這類鍵盤，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(wú)需知道在此以前的按鍵情況。

2.一鍵一義鍵盤管理程序的設(shè)計(jì)技術(shù)鍵盤信號(hào)的獲得有查詢法、中斷法和定時(shí)查詢法三種。下面將分別討論這三種方法的管理程序的設(shè)計(jì)技術(shù)。

1）查詢法查詢法是由主程序通過(guò)循環(huán)掃描鍵盤來(lái)獲取鍵盤信息的。此方法對(duì)應(yīng)的管理程序的設(shè)計(jì)思路是：微處理器周而復(fù)始地掃描鍵盤，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有鍵按下時(shí)，先判別是命令鍵還是數(shù)字鍵。若是數(shù)字鍵，則把該鍵值讀入存儲(chǔ)器，通常還進(jìn)行顯示；若是命令鍵，則根據(jù)鍵值查閱轉(zhuǎn)移表，以獲得鍵處理子程序的入口。處理子程序執(zhí)行完后，返回鍵盤掃描。其程序流程圖如圖6-3所示。

圖6-3查詢法管理程序流程圖

一鍵一義鍵盤管理的核心是一張一維的轉(zhuǎn)移表，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。設(shè)累加器A的內(nèi)容為讀到的某按鍵的鍵值，當(dāng)鍵值小于10H時(shí)，為數(shù)字鍵；當(dāng)鍵值等于或大于10H時(shí)，為命令鍵。以圖6-3所示的程序流程圖為例，編寫的查詢法處理的一鍵一義監(jiān)控程序如下：

MOVR1，ACLRCSUBBA，＃10H；判斷是何種閉合鍵JNCDIGIT；是數(shù)字鍵，轉(zhuǎn)DIGITMOVDPTR，＃TBJ2；轉(zhuǎn)換表首址→DPTR

MOVA，R1

ANLA，＃0FH；取出命令鍵碼

ADDA，A；鍵碼加倍

JNCNADD

INCDPH；大于或等于256時(shí)，DPH內(nèi)容加1NADD：MP＠A+DPTR；執(zhí)行處理子程序TBJ2：AJMPPROG1；轉(zhuǎn)移表

AJMPPROG2

AJMPPROGnDIGIT：；數(shù)字送顯示緩沖器，并顯示

……

2）中斷法所謂中斷法，是指監(jiān)控主程序平時(shí)不進(jìn)行鍵盤掃描，只有當(dāng)有鍵按下時(shí)便引起中斷請(qǐng)求，然后在中斷子程序中進(jìn)行鍵盤掃描及按鍵的處理。這種方法需獨(dú)自占用一個(gè)外部中斷源。其管理程序流程圖如圖6-4所示。

圖6-4中斷法管理程序流程圖

3）定時(shí)查詢法在定時(shí)查詢法中，監(jiān)控程序每隔一定時(shí)間查詢一次鍵盤，由于時(shí)間間隔通常很短，因此對(duì)于操作者來(lái)說(shuō)，鍵盤的響應(yīng)是實(shí)時(shí)的。鍵盤的查詢過(guò)程安排在定時(shí)中斷程序中完成，常用于鍵盤操作并不頻繁的測(cè)控系統(tǒng)。其管理程序流程圖如圖6-5所示。

圖6-5定時(shí)中斷法管理程序流程圖

6.3.2一鍵多義的鍵盤管理

1.一鍵多義的涵義一鍵多義是指一個(gè)按鍵有多種功能。在一鍵多義的情況下，一個(gè)命令不是由一次按鍵所決定的，而是由一個(gè)按鍵序列組成。即一個(gè)按鍵的含義除了取決于本次按鍵外，還取決于以前所按的鍵。

2.一鍵多義鍵盤管理程序的設(shè)計(jì)技術(shù)

采用一鍵多義的鍵盤管理，可使鍵盤硬件設(shè)計(jì)工作量減少，但軟件相對(duì)復(fù)雜。因此對(duì)于一鍵多義鍵盤的管理，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。

1）一鍵多義鍵盤管理程序的設(shè)計(jì)思路

一鍵多義鍵盤的管理程序仍可采用轉(zhuǎn)移表法進(jìn)行設(shè)計(jì)，不過(guò)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，就找到了要求的子程序入口。

按鍵的管理可以用查詢法也可以用中斷法。由于有些按鍵功能往往需執(zhí)行一段時(shí)間，例如，修改一個(gè)參數(shù)，采用單鍵遞增（或遞減）方法，當(dāng)參數(shù)的變化范圍比較大時(shí)，運(yùn)行時(shí)間就比較長(zhǎng)，這時(shí)若用查詢法處理鍵盤，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理功能。此外，微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的監(jiān)控程序具有實(shí)時(shí)性，一般按鍵中斷不應(yīng)干擾正在進(jìn)行的控制運(yùn)算（控制運(yùn)算一般比按鍵具有更高的優(yōu)先級(jí)，除非是“停止運(yùn)行”等一類按鍵）?？紤]到這些因素，常常把按鍵服務(wù)設(shè)計(jì)成比過(guò)程通道中斷低一級(jí)的中斷源。

2）一鍵多義鍵盤的管理程序設(shè)計(jì)示例設(shè)一個(gè)8回路微機(jī)溫控儀有6個(gè)按鍵：回路選擇鍵C（回路號(hào)1～8，第8回路為環(huán)境溫度補(bǔ)償回路，其余為控溫點(diǎn)）、參數(shù)設(shè)定鍵P（用來(lái)輸入設(shè)定值，實(shí)測(cè)值，P、I、D參數(shù)值，上、下限報(bào)警值，輸出控制值等8個(gè)參數(shù)）、加1鍵▲、減1鍵、運(yùn)行鍵R和停止鍵S。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(méi)有其他參數(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)，有的需要執(zhí)行加1、減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。加1鍵和減1鍵的功能執(zhí)行與否，取決于在它們前面按過(guò)的C鍵和P鍵；R鍵的功能執(zhí)行與否，則取決于當(dāng)前的C值。

圖6-6一鍵多義鍵盤管理程序流程

根據(jù)圖6-6編寫的一鍵多義管理程序如下。因無(wú)特定對(duì)象，各按鍵服務(wù)子程序略。設(shè)各鍵的編碼為：R＝00H；S＝01H；▲＝02H；▼＝03H；C＝04H；P＝05H。內(nèi)存RAM20H中高四位為通道（回路）號(hào)標(biāo)記，低四位為參數(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。程序中保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)部分略。

KI：MOVDPTR，＃7FFFHMOVA，＃40HMOVX@DPTR，A；讀FIFO命令送8279MOVDPTR，＃7FFEHMOVXA，@DPTR；讀按鍵編碼

ADDA，AMOVDPTR，＃TBJ1；一級(jí)轉(zhuǎn)移表入口地址→D

PTRJNCKI1INCDPHKI1：JMP@A+DPTRTBJ1：AJMPRUN

AJMPSTOP

AJMPINCR

AJMPDECR

AJMPCHAL

AJMPPARARUN：JNB07H，RUN1；若C≠8，則轉(zhuǎn)RUN1

RETIRUN1：LCALLRUN2；調(diào)用啟運(yùn)子程序

RETISTOP：LCALLSTP1；調(diào)用停止當(dāng)前回路運(yùn)行的子程序

RETIINCR：JNB07H，INC1；若C≠8，則轉(zhuǎn)INC1

RETIINC1：MOVR0，＃20H

MOVA，@R0

ANLA，＃0FHCJNEA，＃01H，INC2；若P≠1，則轉(zhuǎn)INC2RETIINC2：LCALLINC3 ；調(diào)用加1子程序

RETIDECK： ；與INCR類似，略CHAL：MOVR0，＃20HMOVA，@R0ADDA，＃10H ；通道號(hào)加1MOV@R0，AANLA，＃0F0HCJNEA，＃90H，CHA1；判C是否大于8SETB04H ；若C>8，置C=1CLR07HCHA1：RETIPARA：JB07H，C8 ；若C=8，則轉(zhuǎn)C8MOVR0，＃20HMOVA，@R0ADDA，＃01H ；參數(shù)序號(hào)P+1JB03H，PAR1 ；若P>7，則轉(zhuǎn)PAR1MOV@R0，AAJMPPAR2PAR1：CLR03H ；若P>7，置P=0PAR2：MOVDPTR，＃TBJ2 ADDA，AJNCKI2INCDPHKI2：JMP@A+DPTR；轉(zhuǎn)二級(jí)表TBJ2:ATMPC1P0；以下為通道號(hào)C對(duì)應(yīng)各參數(shù)值P的子程序入口

AJMPC1P7AJMPC2P0AJMPC2P7AJMPC7P7C8：

；對(duì)補(bǔ)償回路的處理

…6.3.3自動(dòng)/手動(dòng)切換

1.自動(dòng)/手動(dòng)切換的涵義自動(dòng)/手動(dòng)切換實(shí)質(zhì)是系統(tǒng)工作方式的變換，即系統(tǒng)是采用自動(dòng)方式連續(xù)運(yùn)行，還是采用步進(jìn)方式斷續(xù)運(yùn)行。所謂自動(dòng)方式連續(xù)運(yùn)行，是指測(cè)控系統(tǒng)在監(jiān)控程序的控制下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)控制的過(guò)程。它的特點(diǎn)是在不改變測(cè)控初始參數(shù)或測(cè)控對(duì)象的情況下，無(wú)需人為干涉。而步進(jìn)方式斷續(xù)運(yùn)行是指測(cè)控系統(tǒng)在系統(tǒng)調(diào)試或測(cè)試階段，實(shí)現(xiàn)單步測(cè)量、單步控制的過(guò)程。它的特點(diǎn)是必須在人的參與下完成既定測(cè)控任務(wù)。

2.自動(dòng)/手動(dòng)切換的功能在微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，自動(dòng)/手動(dòng)切換主要有以下基本功能：

(1)在手動(dòng)操作方式時(shí)，能通過(guò)一定的手動(dòng)操作來(lái)方便、準(zhǔn)確地調(diào)整輸出值；

(2)能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)的無(wú)擾動(dòng)切換。

3.自動(dòng)/手動(dòng)切換管理技術(shù)

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)測(cè)控系統(tǒng)采用軟件方法，由操作面板上的按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)。常用于自動(dòng)/手動(dòng)切換功能的按鍵有手動(dòng)/自動(dòng)切換鍵、控制對(duì)象選擇鍵、手動(dòng)進(jìn)給加鍵和手動(dòng)進(jìn)給減鍵等。監(jiān)控程序通過(guò)判斷手動(dòng)/自動(dòng)切換鍵的狀態(tài)來(lái)進(jìn)行工作方式的選擇。在手動(dòng)方式時(shí)，系統(tǒng)由操作面板上的手動(dòng)操作部分的按鍵控制，一般先通過(guò)控制對(duì)象選擇鍵來(lái)選擇被控對(duì)象，再由進(jìn)給加、減兩鍵來(lái)調(diào)整輸出值。

應(yīng)注意的是，在進(jìn)行手動(dòng)/自動(dòng)切換時(shí)，必須保證無(wú)擾動(dòng)。所謂手動(dòng)/自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換，是指在微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，手動(dòng)/自動(dòng)工作狀態(tài)的切換不會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生沖擊，即平滑過(guò)渡。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)手動(dòng)/自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換的主要措施是保證系統(tǒng)參量不跳變。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，先開(kāi)辟一個(gè)輸出控制值單元，作為當(dāng)前輸出控制量的映像，無(wú)論是手動(dòng)還是自動(dòng)控制，都是對(duì)這一輸出值的映像單元進(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，這樣就實(shí)現(xiàn)了無(wú)擾動(dòng)切換。因?yàn)槭謩?dòng)和自動(dòng)是針對(duì)同一輸出控制量單元進(jìn)行操作，因此當(dāng)從自動(dòng)切換到手動(dòng)時(shí)，手動(dòng)的初值就是切換前自動(dòng)調(diào)節(jié)的結(jié)果；而從手動(dòng)切換到自動(dòng)時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)的初值就是原來(lái)手動(dòng)時(shí)的結(jié)果，無(wú)需做任何特別的處理。這種方法不增加硬件投入，是一種切實(shí)可行的方案。其缺點(diǎn)是當(dāng)主機(jī)、輸出通道等硬件電路發(fā)生故障時(shí)，手動(dòng)控制也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)了。

6.4

顯示、中斷與時(shí)鐘管理

6.4.1顯示管理

1.測(cè)控系統(tǒng)的顯示方式微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的顯示方式目前主要有模擬指示、數(shù)字顯示和模擬數(shù)字混合顯示三種。模擬指示主要指采用模擬表頭作為顯示器件，一般只要在過(guò)程輸入通道的模擬量部分取出信號(hào)送入指示儀表即可，無(wú)需軟件管理；數(shù)字顯示主要指采用LED、LCD或CRT作為顯示器件，需要相應(yīng)的軟、硬件支持。這里的顯示管理是針對(duì)數(shù)字式顯示而言的。

2.顯示管理軟件的基本任務(wù)與實(shí)現(xiàn)方法

1）顯示數(shù)據(jù)的刷新顯示管理軟件在輸入通道采集到一個(gè)新的過(guò)程參數(shù)或操作人員鍵入一個(gè)參數(shù)或測(cè)控系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)刷新當(dāng)前的顯示數(shù)據(jù)或顯示特征符號(hào)。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，為了使過(guò)程信息、按鍵內(nèi)容與顯示緩沖器相銜接，設(shè)計(jì)人員可在用戶RAM區(qū)開(kāi)辟一個(gè)參數(shù)區(qū)域，作為顯示管理模塊與其它功能模塊的數(shù)據(jù)接口。

2）多參數(shù)的巡測(cè)和定點(diǎn)顯示管理對(duì)于一個(gè)多路測(cè)控系統(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，因此，通常都采用巡回顯示的方法并輔以定點(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)，可中止巡回方式，進(jìn)入定點(diǎn)跟蹤方式。巡回顯示和定點(diǎn)顯示之間的切換由面板按鍵控制。在定點(diǎn)顯示方式中，顯示管理軟件只是不斷地刷新當(dāng)前顯示的參數(shù)值，而不改換通道或參數(shù)。在巡回顯示方式的顯示管理軟件中，每隔一定時(shí)間（例如2s）改換一個(gè)新的顯示參數(shù)，并顯示該值。值得指出的是，延時(shí)時(shí)間一般不采用軟件延時(shí)的方法，因?yàn)樵谲浖訒r(shí)期間，主機(jī)不能做其他事。

3）指示燈顯示管理為了實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能或被控對(duì)象工作狀態(tài)的指示，微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)常在面板上設(shè)置一定數(shù)量的指示燈。指示燈的管理通常由與該指示燈有關(guān)的功能模塊直接管理，例如，上、下限報(bào)警模塊直接管理上下報(bào)警指示燈，也可在用戶RAM中開(kāi)辟一個(gè)指示燈狀態(tài)映像區(qū)，由各功能模塊改變映像區(qū)的狀態(tài)，該模塊由監(jiān)控主程序中的顯示管理模塊來(lái)管理。

6.4.2中斷管理

1.中斷在測(cè)控系統(tǒng)中的作用由于微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的各個(gè)被測(cè)、被控對(duì)象要求微機(jī)為其服務(wù)是隨機(jī)出現(xiàn)的，這樣微機(jī)就要及時(shí)進(jìn)行處理。所以，若在監(jiān)控軟件中采用定時(shí)掃描會(huì)造成系統(tǒng)響應(yīng)的遲滯，這種遲滯有可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生較嚴(yán)重的后果。為此，提高各種可能事件的實(shí)時(shí)處理能力已成為測(cè)控系統(tǒng)不可回避的問(wèn)題。中斷功能的引入是提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理能力最有效的手段。幾乎所有的微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)都具有中斷功能，即允許被控過(guò)程的某一狀態(tài)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘或鍵操作等，均可中斷正在進(jìn)行的工作，轉(zhuǎn)而處理該過(guò)程的實(shí)時(shí)問(wèn)題，當(dāng)這一處理工作完成后，再返回執(zhí)行原先的任務(wù)。

2.測(cè)控系統(tǒng)中的中斷源

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)測(cè)控系統(tǒng)中常見(jiàn)的中斷源有過(guò)程通道、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、面板按鍵、通信接口和系統(tǒng)故障等。

3.中斷響應(yīng)過(guò)程微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)上電復(fù)位后，一般中斷處于封鎖狀態(tài)。需在初始化軟件中，進(jìn)行中斷的相關(guān)設(shè)置，再經(jīng)過(guò)監(jiān)控主程序執(zhí)行一條“開(kāi)中斷”命令后，才能使測(cè)控系統(tǒng)一旦發(fā)現(xiàn)中斷，即可進(jìn)入中斷工作方式。中斷響應(yīng)過(guò)程如下：

(1)保護(hù)斷點(diǎn)地址并關(guān)中斷，防止其他中斷干擾本中斷；

(2)按中斷源提供的中斷矢量轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序；

(3)自動(dòng)撤除本次中斷請(qǐng)求（有些中斷標(biāo)志需軟件復(fù)位）；

(4)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，即在中斷服務(wù)程序開(kāi)始時(shí)，必須將服務(wù)程序所占用的資源（例如累加器、進(jìn)位位、專用的寄存器等）暫時(shí)保護(hù)起來(lái)，并在服務(wù)程序結(jié)束時(shí)再恢復(fù)其內(nèi)容；

(5)如果允許響應(yīng)更高級(jí)別的中斷，則在保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)后再將中斷開(kāi)放，并在中斷返回前再次關(guān)中斷；

(6)在中斷服務(wù)結(jié)束后，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，以便返回到被中斷的程序。

4.中斷開(kāi)放的時(shí)機(jī)

通常中斷的開(kāi)放是在中斷設(shè)置完成后進(jìn)行的。當(dāng)有兩個(gè)以上的中斷源時(shí)，要根據(jù)測(cè)控系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，先確定它們的優(yōu)先級(jí)，再開(kāi)放中斷；若CPU正在響應(yīng)某中斷時(shí)，在中斷服務(wù)程序保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)之后，應(yīng)開(kāi)放中斷，以響應(yīng)更高級(jí)別中斷源的中斷請(qǐng)求，但應(yīng)屏蔽掉同級(jí)或較低級(jí)的中斷請(qǐng)求?？傊袛嗟拈_(kāi)放時(shí)機(jī)要根據(jù)系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)要求來(lái)合理設(shè)置。

5.中斷管理軟件的基本構(gòu)成不同的微處理器的中斷結(jié)構(gòu)不同，處理方法也不同。軟件設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分掌握所選用的微處理器的中斷結(jié)構(gòu)，以設(shè)計(jì)相應(yīng)的中斷模塊。中斷模塊分為中斷管理模塊和中斷服務(wù)模塊兩部分。微處理器響應(yīng)中斷后所執(zhí)行的具體服務(wù)內(nèi)容，由各測(cè)控系統(tǒng)的功能決定。與前面的中斷響應(yīng)過(guò)程相對(duì)應(yīng)，中斷管理軟件模塊通常應(yīng)包括以下功能：保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)；如果允許中斷嵌套，則再次開(kāi)放中斷；中斷服務(wù)；中斷服務(wù)結(jié)束后恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)；中斷返回。其基本流程如圖6-7所示。

圖6-7中斷管理程序流程

6.中斷優(yōu)先級(jí)的設(shè)置與判定不同的微處理器的中斷優(yōu)先級(jí)各不相同，一般不可屏蔽中斷源的優(yōu)先級(jí)別最高，可屏蔽中斷源也有默認(rèn)的優(yōu)先級(jí)別，在設(shè)置時(shí)，由設(shè)計(jì)人員根據(jù)系統(tǒng)的功能特點(diǎn)來(lái)確定。這里以MCS-51單片機(jī)為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

MCS-51單片機(jī)有5～7個(gè)中斷源，其默認(rèn)的中斷優(yōu)先級(jí)別順序是：（最高）INT0→T0→INT1→T1→串行口（最低）。若需要改變默認(rèn)順序，可在中斷初始化設(shè)置時(shí)，對(duì)IP寄存器進(jìn)行設(shè)置即可。對(duì)于相同類型的多個(gè)中斷源情況，如MCS-51單片機(jī)的INT0（INT1），可以采用如下兩種方法來(lái)進(jìn)行識(shí)別。

(1)利用定時(shí)/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)/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)。

(2)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(lái)識(shí)別某裝置的中斷請(qǐng)求，具體電路如圖6-8所示。

圖6-8多中斷識(shí)別電路

圖6-8中，外部中斷輸入引腳INT0上接有4個(gè)中斷源，集電極開(kāi)路的非門構(gòu)成或非電路，無(wú)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P1.4～P1.7的邏輯電平獲知，這4個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)由軟件決定。下面是有關(guān)的程序片斷，中斷優(yōu)先級(jí)按裝置1~4由高到低的順序排列。

LJMPINTRPTINTRPT：PUSHPSWPUSHAJB

P1.7，DINTR1JB

P1.6，DINTR2JB

P1.5，DINTR3JB

P1.4，DINTR4BACK：POP

APOPPSWRETIDINTR1： ；裝置1中斷服務(wù)程序

AJMPBACKDINTR2： ；裝置2中斷服務(wù)程序

AJMPBACKDINTR3： ；裝置3中斷服務(wù)程序

AJMPBACKDINTR4： ；裝置4中斷服務(wù)程序AJMPBACK…………

7.中斷管理軟件的設(shè)計(jì)技術(shù)

中斷管理軟件包含中斷初始化設(shè)置和中斷服務(wù)程序兩部分。在初始化管理中，第一要完成堆棧指針的設(shè)置；第二要對(duì)各中斷源的觸發(fā)標(biāo)志位進(jìn)行設(shè)定；第三是對(duì)有初始參量的中斷源，應(yīng)設(shè)置初始參量（如定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷源），并發(fā)出啟動(dòng)命令；第四是當(dāng)存在多個(gè)中斷源時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)置中斷優(yōu)先權(quán)；第五是開(kāi)中斷。中斷服務(wù)程序可按照上述基本流程編寫。6.4.3時(shí)鐘管理

1.時(shí)鐘管理的功能時(shí)鐘是微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中不可缺少的組成部分，主要作為定時(shí)器，并用于以下7個(gè)方面：

(1)過(guò)程輸入通道的數(shù)據(jù)采樣周期定時(shí)；

(2)過(guò)程輸出通道控制周期的定時(shí)；

(3)參數(shù)修改按鍵數(shù)字增減速度的定時(shí)（對(duì)一些采用＋/－兩個(gè)按鍵來(lái)修改參數(shù)的測(cè)控系統(tǒng)，通?？偸窍嚷?、減幾步，然后快加、減或呈指數(shù)速度變化）；(4)多參數(shù)巡回顯示時(shí)的顯示周期定時(shí)；(5)動(dòng)態(tài)保持方式輸出過(guò)程通道的動(dòng)態(tài)刷新周期定時(shí)；(6)電壓－頻率型A/D轉(zhuǎn)換器定時(shí)電路；(7)故障監(jiān)視電路（Watchdog）的定時(shí)信號(hào)。

2.實(shí)現(xiàn)定時(shí)的方法與技術(shù)實(shí)現(xiàn)上述各種定時(shí)，不外乎使用硬件、軟件兩種方法。硬件方法是采用可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器接口電路（如8253）以及微處理器內(nèi)的定時(shí)電路。使用時(shí)，只要在監(jiān)控主程序的初始化程序或時(shí)鐘管理程序中，對(duì)它進(jìn)行工作方式預(yù)置和時(shí)間常數(shù)預(yù)置即可。但由于受到硬件上的限制，這種定時(shí)方法的定時(shí)間隔不可能太長(zhǎng)，也難以用一兩個(gè)定時(shí)器實(shí)現(xiàn)多種不同時(shí)間的定時(shí)。軟件延時(shí)方案雖然簡(jiǎn)單，僅編寫一段程序雖無(wú)需硬件成本，但要占用大量的CPU時(shí)間，且實(shí)時(shí)性差，定時(shí)精度低，是一種不可取的方法。

軟、硬件結(jié)合定時(shí)的實(shí)現(xiàn)方法是：首先由硬件定時(shí)電路產(chǎn)生一個(gè)基本的脈沖，當(dāng)硬件定時(shí)時(shí)間到，就產(chǎn)生一中斷，CPU響應(yīng)中斷后使監(jiān)控主程序轉(zhuǎn)入時(shí)鐘中斷管理模塊。在設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)時(shí)，可以串行或并行方式設(shè)置幾個(gè)軟件定時(shí)器（在用戶RAM區(qū)）。若一個(gè)定時(shí)間隔是另一個(gè)的整數(shù)倍，軟件定時(shí)器可設(shè)計(jì)成串行的；若不是整數(shù)倍，則可設(shè)計(jì)成并行的。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(lái)判斷是否溢出或回零（即定時(shí)時(shí)間到），這一程序段一般不會(huì)很長(zhǎng)，故對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性影響極小。采用這一方法，可方便地實(shí)現(xiàn)多個(gè)定時(shí)器功能。時(shí)鐘管理模塊的任務(wù)僅是在監(jiān)控主程序中對(duì)各定時(shí)器預(yù)置初值和在響應(yīng)時(shí)鐘中斷過(guò)程中判斷定時(shí)時(shí)間是否已到。一旦時(shí)間到，則重新預(yù)置初值，并建立一個(gè)標(biāo)志，以提示應(yīng)該執(zhí)行上述7種功能中的某項(xiàng)服務(wù)程序。服務(wù)程序的執(zhí)行一般都安排在時(shí)鐘中斷返回以后進(jìn)行，通過(guò)查詢中斷過(guò)程中建立的標(biāo)志狀態(tài)來(lái)決定是否執(zhí)行該功能。

6.5系統(tǒng)自檢

6.5.1系統(tǒng)自檢的方式與內(nèi)容

1.自檢的定義與作用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。自檢是微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)具備的基本功能之一，也是提高可靠性和可維護(hù)性的重要手段之一。

2.自檢的基本原理自檢的實(shí)質(zhì)就是故障診斷，其基本原理是向被檢部件輸出試驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后采樣運(yùn)行后的反饋結(jié)果數(shù)據(jù)，并對(duì)其結(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)、反饋結(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。

3.測(cè)控系統(tǒng)的自檢方式微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的自檢方式可分為開(kāi)機(jī)自檢、周期性自檢和鍵盤自檢三種類型。（1）開(kāi)機(jī)自檢：是在電源接通或系統(tǒng)復(fù)位之后進(jìn)行的。自檢中如果沒(méi)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，就進(jìn)入測(cè)控程序；如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，則及時(shí)報(bào)警，以避免測(cè)控系統(tǒng)帶“病”工作。開(kāi)機(jī)自檢是對(duì)測(cè)控系統(tǒng)正式投入運(yùn)行之前所進(jìn)行的全面檢查。

（2）周期性自檢：是指在測(cè)控系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)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(guò)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)故障并給予報(bào)警時(shí)，用戶才會(huì)覺(jué)察。（3）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)的可信度產(chǎn)生懷疑時(shí)，便可通過(guò)該鍵來(lái)啟動(dòng)一次自檢過(guò)程。

4.測(cè)控系統(tǒng)自檢的內(nèi)容自檢過(guò)程中，如果檢測(cè)到系統(tǒng)出現(xiàn)某些故障，應(yīng)該以適當(dāng)?shù)男问桨l(fā)出指示。微機(jī)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“ErrorX”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。微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的自檢項(xiàng)目與其功能、特性等因素有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，自檢內(nèi)容包括ROM、RAM、總線、顯示器、鍵盤以及測(cè)控電路等部件的檢測(cè)。測(cè)控系統(tǒng)能夠進(jìn)行自檢的項(xiàng)目越多，使用和維修就越方便，但相應(yīng)的硬件和軟件也就越復(fù)雜。6.5.2系統(tǒng)自檢的實(shí)現(xiàn)

1.ROM/EPROM的自檢

ROM/EPROM是程序存儲(chǔ)器，存放著測(cè)控系統(tǒng)的控制軟件。在運(yùn)行過(guò)程中ROM/EPROM表征為只讀存儲(chǔ)器，其自檢常用“校驗(yàn)和”的方法。其具體方法是：在將程序機(jī)器碼寫入ROM/EPROM的時(shí)候，保留最后一個(gè)單元寫入“校驗(yàn)字”，“校驗(yàn)字”應(yīng)能滿足ROM/EPROM中所有單元的每一列都具有奇數(shù)個(gè)1。自檢程序?qū)γ恳涣袛?shù)進(jìn)行異或運(yùn)算，如果ROM/EPROM無(wú)故障，各列的運(yùn)算結(jié)果應(yīng)都為“1”，即校驗(yàn)和等于FFH。其校驗(yàn)和算法如表6-1所示。但這種算法不能發(fā)現(xiàn)同一位上的偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤，若要考慮，須采用更復(fù)雜的校驗(yàn)方法。

表6-1校驗(yàn)和算法

2.RAM的自檢

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM自檢可通過(guò)校驗(yàn)其“讀寫性能”的有效性來(lái)實(shí)