《監(jiān)控程序設計》PPT課件.ppt

1、監(jiān)控程序設計,測控技術與儀器系,本章主要內容：,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、中斷與時鐘管理 硬件故障的自檢,測控系統(tǒng)（儀器）中軟件的主要功能,采集信息 與外界對話（鍵盤和顯示管理 ） 記憶信息 處理信息 控制功能 自我測試 自補償自適應/自校正自學習,6.1 監(jiān)控程序的功能和組成,測控系統(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、進行鍵盤和顯示管理，按鍵入的命令轉入相應的鍵服務； 2、接收因過程(輸入輸出)通道或時鐘等引起的中斷請求信號，區(qū)分優(yōu)先級，實現(xiàn)中斷嵌套，并轉入相應的實時測量、控制功能子程序； 3、實現(xiàn)

2、對硬件定時器的處理及由此形成的軟件定時器的管理； 4、實現(xiàn)對系統(tǒng)自身的診斷處理； 5、初始化，手-自動控制，掉電保護等。,二、監(jiān)控程序的組成 監(jiān)控程序的組成主要取決于測控系統(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、時鐘管理、自診斷、手-自動控制等模塊組成。,圖611 監(jiān)控程序的基本組成,監(jiān)控主程序調用各模塊，并將它們聯(lián)系起來，形成一個有機整體，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的全部管理功能。 測控算法程序主要實現(xiàn)測量與控制功能，它由描述一種或幾種測控算法(如數(shù)字濾波，PID算法等)的功能模塊構成，通常為實時中斷程序或監(jiān)控程序所調用。 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，以及實時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，構成一個無限循環(huán)，測控系統(tǒng)的所有功能都在這一循環(huán)中周而復始地、或有選擇地執(zhí)行，除非掉電或按復位(RESET)鍵，測控系統(tǒng)不會跳出這一循環(huán)。 由于各微機化測控系統(tǒng)的功能不同，硬件結構不同，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、對可編程硬件接口電路的工作模式的初始化 微機化測控系統(tǒng)中常用的可編程器件有： 鍵盤顯示管理接口8279、 I/O和RAM擴展接口8155， 并行輸入輸出接口8255、 定時計數(shù)器接口8253等。,二、堆棧初始化 復位后首先在用戶RAM中確定一個堆棧區(qū)域，由堆棧指示器SP來管理 三、參數(shù)初始化 指對測控系統(tǒng)的整定參數(shù)(如PID算法的Kp、Ti、Td三個參數(shù)的初值)、報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， 通過分別調用上述三類初始化功能模塊(第三層次)，實現(xiàn)對整個儀表和系統(tǒng)中有關器件的初始化。,6.3 鍵盤管理,6.3.1一鍵一義的鍵盤管理

5、 一鍵一義，即一個按鍵代表一個確切的命令或一個數(shù)字，編程時只要根據(jù)當前按鍵的編碼把程序直接分支到相應的處理模塊的入口，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中斷請求，鍵碼分析過程放在中斷子程序中，這種方法需獨自占用一個外部中斷源，其監(jiān)控程序結構如圖6-3-2(a)所示。,三、定時查詢法 每隔一定時間查詢一次鍵盤，由于時間間隔通常很短，對于操作者來說鍵盤的響應是實時的，鍵盤的查詢過程安排在定時中斷程序中完成，其監(jiān)控程序的結構框圖如圖6-3-2(

6、b)所示。,圖632 中斷法和定時法程序框圖,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，一個命令不是由一次按鍵，而是由一個按鍵序列所組成。換句話說，對一個按鍵含義的解釋，除了取決于本次按鍵外，還取決于以前按了些什么鍵。 對于一鍵多義的監(jiān)控程序，首先要判斷一個按鍵序列(而不是一次按鍵)是否已構成一個合法命令。若已構成合法命令，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)控程序仍可采用轉移表法進行設計， 這時要用多張轉移表，組成一個命令的前幾個按鍵起著引導的作用，把控制引向某

7、張合適的轉移表， 根據(jù)最后一個按鍵編碼查閱該轉移表，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、一鍵多義鍵服務程序流程實例,8回路微機溫控儀鍵盤有6個按鍵： C鍵(回路號18，第8回路為環(huán)境溫度補償，其余為控溫點) P鍵(參數(shù)號，有設定值，PID參數(shù)等，共8個參數(shù)) 鍵(加1) 鍵（減1）只用于參數(shù)的修改 R鍵(運行) S鍵(停止運行),第8回路(環(huán)境溫度補償回路)只有溫度實測值一個參數(shù)，沒有其它參數(shù)，第17個回路有設定值（P、I、D參數(shù)，上、下限報警值）、溫度實測值等8個參數(shù),1、 程序流程圖633 2、 程序清單：參見教材。 說明： 設鍵編碼R：00H；S：01

8、H；：02H；：03H；C：04H和P：05H。內存RAM 20H中高4位為通道(回路)號標記，低4位為參數(shù)號標記。假設8279命令口地址為7FFFH，數(shù)據(jù)口地址為7FFEH。 7個回路(17)，每個回路8個參數(shù)，共有56個轉移入口，分別由56個鍵服務功能模塊所支持。第8回路無參數(shù)，由其獨立子程序C8單獨處理。,圖633 一鍵多義鍵服務程序流程,6.3.3自動/手動切換,一、微機化控制系統(tǒng)的兩種工作方式 自動方式微機化控制系統(tǒng)的基本工作方式。 手操方式在系統(tǒng)調試、測試時，用來調整輸出控制值。 二、自動/手動切換控制的基本功能是： 在手操方式時，能通過一定的手動操作來方便、準確地調整輸出值； 能

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

10、理 一、微機化系統(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 1、顯示更新的數(shù)據(jù) 2、多參數(shù)的巡測和定點顯示管理 巡回顯示方式每隔一定時間改換一個新的顯示參數(shù) 定點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某一指示燈有關的功能模塊直接管理。,* 功能程序刷新顯示存儲區(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)或實時時鐘或鍵操作中斷正在進行的工作，轉而處理該過程的實時問題。當這一處理工作完成后，再回去執(zhí)行原先的任務，即監(jiān)控程

11、序中確認的工作。一般說來，未經(jīng)事先“同意”(開放中斷)，不允許過程或實時時鐘申請中斷。 能夠發(fā)出中斷請求信號的外設或事件稱為中斷源。微機化測控系統(tǒng)中常見的中斷源有：過程通道、實時時鐘、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、一個中斷源的中斷過程 ： 暫時保護程序計數(shù)器的內容。 將中斷服務程序的入口地址送入程序計數(shù)器。 在服務程序開始時，必須將服務程序需要使用的CPU寄存器(例如累加器、進位位、專用的暫存寄存器等)的內容暫時地保護起來，并在服務程序結束時再恢復其內容。,對于引起中斷而將INT變?yōu)榈碗娖降脑O備，系統(tǒng)必須進行適當?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，恢復程序計數(shù)器原先被保存的內容，以便返回到被中斷的程序。,二、多個中斷源的處理,確定多個中斷源的優(yōu)先級，在軟件上作出相應處理。 當CPU在處理中斷時，還要能響應更高級的中斷請求，而屏蔽掉同級或較低級的中斷請求。,三、中斷程序模塊 中斷模塊分中斷管理模塊和中斷服務模塊兩部分。 1、中斷服務模塊具體服務內容，由各測控系統(tǒng)的功能所決定。 2、中斷管理模塊 中斷管理軟件模塊，通常應包括以下功能：斷點現(xiàn)場保護；識別中斷源；判斷優(yōu)先級；如果允許中斷嵌套，則再次開放中斷；中斷服務結束后恢復現(xiàn)場，如圖6-4-1所示。,圖641 中斷流程,四、多中斷源擴展與識別

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

14、 動態(tài)保持方式輸出過程通道的動態(tài)刷新周期定時； 電壓-頻率型A/D轉換器定時電路； 故障監(jiān)視電路(Watch dog)的定時信號。,二、實現(xiàn)定時的方法 1、硬件方法 采用可編程定時/計數(shù)器接口電路(如CTC 8253)以及單片機內的定時電路。 這種定時方法的定時間隔不可能做得太長。 2、軟件方法。 采用軟件延時方案，無需硬件成本，但要占用大量CPU時間，且實時性差，定時精度低。,3、軟件與硬件相結合定時的方法 這種方案幾乎不影響測控系統(tǒng)的實時響應，而且能實現(xiàn)多種時間間隔的定時。 首先由定時電路產(chǎn)生一個基本的脈沖。硬件定時時間到，產(chǎn)生一中斷。監(jiān)控主程序隨即轉入時鐘中斷管理模塊。 在設計軟件結構時

15、，可串行地或并行地設置幾個軟件定時器(在用戶RAM區(qū))。當硬件定時中斷一到，這些軟件時鐘分別用累加或遞減方法計時，并由軟件來判斷是否定時時間到。,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對測控系統(tǒng)的主要部件進行自動檢測，以確定是否有故障以及故障的內容和位置。 故障診斷的基本原理是對被測部件輸入一串數(shù)據(jù)試驗數(shù)據(jù)，然后觀察相應的輸出數(shù)據(jù)，并對觀察結果進行分析，確定故障的內容和位置。試驗數(shù)據(jù)、觀察到的結果數(shù)據(jù)和故障的對應關系應在故障診斷前準備好。,二、自檢方式的三種類型：,一、開機自檢 在電源接通或系統(tǒng)復位之后進行。自檢中如果沒發(fā)現(xiàn)問題，就進入測量程

16、序，如果發(fā)現(xiàn)問題，則及時報警。,2、周期性自檢 在測控系統(tǒng)運行過程中，間斷插入的自檢操作，這種操作可以保證測控系統(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控系統(tǒng)的正常工作，因而只有當出現(xiàn)故障給予報警時，用戶才會覺察。,鍵盤自檢 具有鍵盤自檢功能的測控系統(tǒng)面板上應設有“自檢”按鍵，當用戶對系統(tǒng)的可信度發(fā)出懷疑時，便通過該鍵來啟動一次自檢過程。,三、自檢結果的提示“出錯代碼”,自檢過程中，微機化測控系統(tǒng)一般都借用本身的顯示器，以文字或數(shù)字的形式顯示“出錯代碼”，出錯代碼通常以“Error X”字樣表示，其中“X”為故障代號，操作人員根據(jù)“出錯代碼”，查閱操作手冊便可確定故障內容。除了給出故

17、障代號之外，往往還給出指示燈的閃爍或者音響報警信號，以提醒操作人員注意。,6.5.2自檢算法,一、ROM或EPROM的檢測 ROM故障的檢測常用“校驗和”方法，具體作法是：在將程序機器碼寫入ROM的時候，保留一個單元(一般是最后一個單元)，此單元不寫程序機器碼而是寫“校驗字”，“校驗字”應能滿足ROM中所有單元的每一列都具有奇數(shù)個1。自檢程序的內容是：對每一列數(shù)進行異或運算，如果ROM無故障，各列的運算結果應都為“1”，即校驗和等于FFH。 見P202表6-5-1,二、RAM的檢測 常用的方法是“異或法”，即把RAM單元的內容求反并與原碼進行“異或”運算，如果結果為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。最后再恢復原單元內容。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,總線的自檢是指對經(jīng)過緩沖器的總線進行檢測。設置兩組鎖存觸發(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)行一條對存儲器或I/O設備的寫操作指令，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，我們通過對這兩組鎖存觸發(fā)器分別進行讀操作，便可判知總線是否存在故障。 總線自檢程序應該對每一根總線分別進行檢測。具體作法是使被檢測的每根總線依次為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 總線檢測電路,四、顯示器與鍵盤的檢測,1、顯示器、鍵盤等I/O設備的檢測 先進行一系列預定的I/O操作，然后操作者對這些I/O操作的結果進行驗收，如果結果與預先的設定一致，就認為功能正常，否則，應對有關I/O通道進行檢修。 1）鍵盤的檢測 CPU每取得一個按鍵閉合的信號，就反饋一個信息。如果按下某單個按鍵無反饋信息，往往是該鍵接觸不良，如果按某一排鍵均無反饋信號，則一定與對應的電路或掃描信號有關。,2）顯示器的檢測 一般有兩種方式