測控系統的微機化監控程序設計

引言

監控程序負責系統中全部硬件和軟件資源的分配、調度工作,是系統設計中的一個重要組成部分。它提供用戶接口, 使用戶獲得友好的工作環境, 使計算機獲得很高的效率和高度的自動化。隨著系統結構的日益復雜和功能的全面, 其監控程序的設計難度也越來越大。監控程序的質量直接影響系統的操作和運行，一個高質量的監控程序應是功能齊全、鍵數合理、操作方便、容錯性好。監控程序在一定的意義上就是鍵盤分析程序，因此如何在面積較小的面板上設計一個功能多、操作簡便的鍵盤操作系統成為智能儀器設計中非常重要的任務之一。

鍵盤上的按鍵可分為2類：單義鍵和多義鍵。單義鍵，是指按鍵的含義是固定的，一個按鍵代表一個命令或一個數字，執行一種功能，即一鍵一義；多義鍵是指一個按鍵的鍵義不是單一的，而是具有多重含義，多個鍵互相配合才產生一個動作，執行一種功能，即一鍵多義。下面結合實例介紹這2種鍵盤監控程序的設計。

1　單義鍵監控程序的設計

CPU對鍵盤管理的方式一般有3種，即查詢法、中斷法和定時查詢法。這3種方式的主要差別在于CPU轉向鍵盤處理程序的方法。如果從程序設計邏輯講，都是“有鍵按下則轉去處理”。因此它們的鍵盤管理程序是可以相互轉化的。下面以查詢法為例，介紹一鍵一義鍵盤管理程序的設計。

微處理器周而復始地掃描鍵盤，當發現按鍵時，首先判別是命令鍵還是數字鍵。若是數字鍵，則把按鍵讀數讀入存儲器，通常還進行顯示；若是命令鍵，則根據按鍵讀數查閱轉移表，以獲得處理子程序的入口。設一4×8的鍵盤，其中下面16個鍵為數字鍵，上面16個鍵為功能鍵。通過鍵盤掃描已經獲得按鍵的編碼，并且將該編碼存儲于累加器A中。那么，當鍵碼小于10H時為數字鍵，否則為功能鍵。具體程序如下：

MOV　R1,A

CLR　C

SUBB　A,#10H

JC　DIGIT

MOV　DPTR，#TBJ2

MOV　A，R1

ANL　A，#0FH

ADD　A，A

JMP　@A+DPTR

TBJ2: AJMP　PROG1

AJMP　PROG2

……

AJMP　PROGn

DIGIT:……

一鍵一義鍵盤管理的核心是一張一維的轉移表，在轉移表內順序登記了各個處理子程序的轉移命令。

2　多義鍵監控程序的設計

對于功能復雜的微機化系統，若仍然采用“一鍵一義”，則按鍵使用往往過多，不但增加了費用，而且面板難以布置，操作也不方便。因此，有些鍵盤設計成一鍵多義方式。在一鍵多義的情況下，一個命令不是由按鍵，而是由一個按鍵序列組成。也就是說，對于一個按鍵的解釋除了本次的按鍵外，還取決于這之前按了一些什么鍵。一鍵多義的監控程序有2種方法，即轉移表法和狀態轉移法。下面對這兩種方法進行介紹。

2.1　轉移表法實現多義鍵監控程序

多義鍵的監控程序仍然可以采用轉移表法進行設計，不過這時要用多張轉移表。首先，要判斷一個按鍵序列是否構成了一個合法的命令。若已經構成了合法命令，則根據前幾個按鍵把控制引向某張合適的轉移表，根據最后一個按鍵編碼查閱該轉移表，就找到了要求的子程序入口。

以一個8回路微機溫控儀為例。該系統中有6個按鍵：C（回路號為1~8，第8回路為環境溫度補償，其余為控溫點）、P（參數號，有實測值、設定值、P、I、D參數，上下限報警值，輸出控制值等8個參數）、 Δ(加1)、Δ（減1）、R（運行）和S（停止運行）。顯然，這些按鍵都是一鍵多義的。 Δ和Δ鍵的工作執行與否，取決于前面按過的C和P鍵；R鍵的功能執行與否，取決于當前的C值。用轉移表法實現這些功能的流程如圖1所示。

圖1　轉移表法實現多義鍵監控程序流程

從流程圖可以看出，用轉移表法實現多義鍵的設計需要兩級轉移表。

一級轉移表

TBJ1　AJMP　RUM

AJMP　STOP

AJMP　INCR

AJMP　DECR

AJMP　CHAL

AJMP　PARA

二級轉移表

TBJ2　AJMP　C1P0

……

AJMP　C1P7

AJMP　C2P0

……

AJMPC7P7

2.2　狀態轉移法實現多義鍵監控程序

狀態轉移法是整體地來考慮應用系統,把它看作是一個系統,從而引入“狀態”的概念。將系統工作過程劃分為若干個“狀態”，在任一狀態下，每個按鍵都有一個確定的含義，即執行某一個子程序且變遷到下一個狀態（稱為“次態”，NEXST）。因此，就需要在存儲器內開辟一個單元記住當前狀態（稱為“現態”，PREST），根據當前狀態和當前按鍵這兩個關鍵詞，就能對當前按鍵的含義作出正確的解釋。用狀態轉移法設計的監控程序,其程序基本框架是相同的,具有通用性強、修改方便、便于閱讀的優點。本文結合“多功能波形發生器”應用實例,詳細介紹了狀態轉移法的監控程序設計過程。

2.2.1　鍵語分析的定義

鍵語必須有明確的定義, 而且應有一套無二意的語法規則。假設多功能波形發生器的按鍵如圖2 所示，且各按鍵的定義如下: AMPL（幅度）、FREQ（頻率）、FUNC（函數）、OFST（偏移）、MODE（模式）、UNIT（單元號）、ON（開）、OFF（關）、CHS（換符號）、DIG（數字鍵統稱）、MULT（乘法）。

圖2　多功能波形發生器的按鍵

2.2.2　建立鍵語狀態圖

用普通語言對全部鍵語做出詳盡準確的規定是很困難的, 可以用鍵語狀態圖的方法對全部的鍵語做出完備的定義。這里用圖3所示的鍵語狀態圖來描述鍵語的完備集。狀態圖中每一個方框表示一個狀態(按過一次鍵), 框內的數字是狀態的代號。箭頭表示狀態變遷的方向, 箭頭上的標語是一個按鍵的代名, 表示變遷的條件, 其中非法鍵統稱為“*”。假設最初開機時初始化使系統處于0態, 只要按過一個鍵之后, 系統就不可能再處于0態。假定系統現在處于0態，按下AMPL鍵后系統就轉入了1態。在1態中，如果按下CHS或者DIG鍵就可以進行幅值的設定；如果按下其他的鍵，則為無效鍵，系統重新回到0態。