測(cè)控系統(tǒng)的微機(jī)化監(jiān)控程序設(shè)計(jì)

引言

監(jiān)控程序負(fù)責(zé)系統(tǒng)中全部硬件和軟件資源的分配、調(diào)度工作,是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分。它提供用戶接口, 使用戶獲得友好的工作環(huán)境, 使計(jì)算機(jī)獲得很高的效率和高度的自動(dòng)化。隨著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜和功能的全面, 其監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)難度也越來(lái)越大。監(jiān)控程序的質(zhì)量直接影響系統(tǒng)的操作和運(yùn)行，一個(gè)高質(zhì)量的監(jiān)控程序應(yīng)是功能齊全、鍵數(shù)合理、操作方便、容錯(cuò)性好。監(jiān)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(shè)計(jì)一個(gè)功能多、操作簡(jiǎn)便的鍵盤操作系統(tǒng)成為智能儀器設(shè)計(jì)中非常重要的任務(wù)之一。

鍵盤上的按鍵可分為2類：?jiǎn)瘟x鍵和多義鍵。單義鍵，是指按鍵的含義是固定的，一個(gè)按鍵代表一個(gè)命令或一個(gè)數(shù)字，執(zhí)行一種功能，即一鍵一義；多義鍵是指一個(gè)按鍵的鍵義不是單一的，而是具有多重含義，多個(gè)鍵互相配合才產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)作，執(zhí)行一種功能，即一鍵多義。下面結(jié)合實(shí)例介紹這2種鍵盤監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)。

1　單義鍵監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)

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

微處理器周而復(fù)始地掃描鍵盤，當(dāng)發(fā)現(xiàn)按鍵時(shí)，首先判別是命令鍵還是數(shù)字鍵。若是數(shù)字鍵，則把按鍵讀數(shù)讀入存儲(chǔ)器，通常還進(jìn)行顯示；若是命令鍵，則根據(jù)按鍵讀數(shù)查閱轉(zhuǎn)移表，以獲得處理子程序的入口。設(shè)一4×8的鍵盤，其中下面16個(gè)鍵為數(shù)字鍵，上面16個(gè)鍵為功能鍵。通過(guò)鍵盤掃描已經(jīng)獲得按鍵的編碼，并且將該編碼存儲(chǔ)于累加器A中。那么，當(dāng)鍵碼小于10H時(shí)為數(shù)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(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)移命令。

2　多義鍵監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)

對(duì)于功能復(fù)雜的微機(jī)化系統(tǒng)，若仍然采用“一鍵一義”，則按鍵使用往往過(guò)多，不但增加了費(fèi)用，而且面板難以布置，操作也不方便。因此，有些鍵盤設(shè)計(jì)成一鍵多義方式。在一鍵多義的情況下，一個(gè)命令不是由按鍵，而是由一個(gè)按鍵序列組成。也就是說(shuō)，對(duì)于一個(gè)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(jiān)控程序有2種方法，即轉(zhuǎn)移表法和狀態(tài)轉(zhuǎn)移法。下面對(duì)這兩種方法進(jìn)行介紹。

2.1　轉(zhuǎn)移表法實(shí)現(xiàn)多義鍵監(jiān)控程序

多義鍵的監(jiān)控程序仍然可以采用轉(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。首先，要判斷一個(gè)按鍵序列是否構(gòu)成了一個(gè)合法的命令。若已經(jīng)構(gòu)成了合法命令，則根據(jù)前幾個(gè)按鍵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。

以一個(gè)8回路微機(jī)溫控儀為例。該系統(tǒng)中有6個(gè)按鍵：C（回路號(hào)為1~8，第8回路為環(huán)境溫度補(bǔ)償，其余為控溫點(diǎn)）、P（參數(shù)號(hào)，有實(shí)測(cè)值、設(shè)定值、P、I、D參數(shù)，上下限報(bào)警值，輸出控制值等8個(gè)參數(shù)）、 Δ(加1)、Δ（減1）、R（運(yùn)行）和S（停止運(yùn)行）。顯然，這些按鍵都是一鍵多義的。 Δ和Δ鍵的工作執(zhí)行與否，取決于前面按過(guò)的C和P鍵；R鍵的功能執(zhí)行與否，取決于當(dāng)前的C值。用轉(zhuǎn)移表法實(shí)現(xiàn)這些功能的流程如圖1所示。

圖1　轉(zhuǎn)移表法實(shí)現(xiàn)多義鍵監(jiān)控程序流程

從流程圖可以看出，用轉(zhuǎn)移表法實(shí)現(xiàn)多義鍵的設(shè)計(jì)需要兩級(jí)轉(zhuǎn)移表。

一級(jí)轉(zhuǎn)移表

TBJ1　AJMP　RUM

AJMP　STOP

AJMP　INCR

AJMP　DECR

AJMP　CHAL

AJMP　PARA

二級(jí)轉(zhuǎn)移表

TBJ2　AJMP　C1P0

……

AJMP　C1P7

AJMP　C2P0

……

AJMPC7P7

2.2　狀態(tài)轉(zhuǎn)移法實(shí)現(xiàn)多義鍵監(jiān)控程序

狀態(tài)轉(zhuǎn)移法是整體地來(lái)考慮應(yīng)用系統(tǒng),把它看作是一個(gè)系統(tǒng),從而引入“狀態(tài)”的概念。將系統(tǒng)工作過(guò)程劃分為若干個(gè)“狀態(tài)”，在任一狀態(tài)下，每個(gè)按鍵都有一個(gè)確定的含義，即執(zhí)行某一個(gè)子程序且變遷到下一個(gè)狀態(tài)（稱為“次態(tài)”，NEXST）。因此，就需要在存儲(chǔ)器內(nèi)開(kāi)辟一個(gè)單元記住當(dāng)前狀態(tài)（稱為“現(xiàn)態(tài)”，PREST），根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和當(dāng)前按鍵這兩個(gè)關(guān)鍵詞，就能對(duì)當(dāng)前按鍵的含義作出正確的解釋。用狀態(tài)轉(zhuǎn)移法設(shè)計(jì)的監(jiān)控程序,其程序基本框架是相同的,具有通用性強(qiáng)、修改方便、便于閱讀的優(yōu)點(diǎn)。本文結(jié)合“多功能波形發(fā)生器”應(yīng)用實(shí)例,詳細(xì)介紹了狀態(tài)轉(zhuǎn)移法的監(jiān)控程序設(shè)計(jì)過(guò)程。

2.2.1　鍵語(yǔ)分析的定義

鍵語(yǔ)必須有明確的定義, 而且應(yīng)有一套無(wú)二意的語(yǔ)法規(guī)則。假設(shè)多功能波形發(fā)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(shù)）、OFST（偏移）、MODE（模式）、UNIT（單元號(hào)）、ON（開(kāi)）、OFF（關(guān)）、CHS（換符號(hào)）、DIG（數(shù)字鍵統(tǒng)稱）、MULT（乘法）。

圖2　多功能波形發(fā)生器的按鍵

2.2.2　建立鍵語(yǔ)狀態(tài)圖

用普通語(yǔ)言對(duì)全部鍵語(yǔ)做出詳盡準(zhǔn)確的規(guī)定是很困難的, 可以用鍵語(yǔ)狀態(tài)圖的方法對(duì)全部的鍵語(yǔ)做出完備的定義。這里用圖3所示的鍵語(yǔ)狀態(tài)圖來(lái)描述鍵語(yǔ)的完備集。狀態(tài)圖中每一個(gè)方框表示一個(gè)狀態(tài)(按過(guò)一次鍵), 框內(nèi)的數(shù)字是狀態(tài)的代號(hào)。箭頭表示狀態(tài)變遷的方向, 箭頭上的標(biāo)語(yǔ)是一個(gè)按鍵的代名, 表示變遷的條件, 其中非法鍵統(tǒng)稱為“*”。假設(shè)最初開(kāi)機(jī)時(shí)初始化使系統(tǒng)處于0態(tài), 只要按過(guò)一個(gè)鍵之后, 系統(tǒng)就不可能再處于0態(tài)。假定系統(tǒng)現(xiàn)在處于0態(tài)，按下AMPL鍵后系統(tǒng)就轉(zhuǎn)入了1態(tài)。在1態(tài)中，如果按下CHS或者DIG鍵就可以進(jìn)行幅值的設(shè)定；如果按下其他的鍵，則為無(wú)效鍵，系統(tǒng)重新回到0態(tài)。

圖3　鍵語(yǔ)狀態(tài)圖

2.2.3　建立鍵語(yǔ)狀態(tài)表

根據(jù)鍵語(yǔ)狀態(tài)圖就可以制作出鍵語(yǔ)狀態(tài)表。狀態(tài)表中規(guī)定：當(dāng)儀器設(shè)備處于某一狀態(tài)（現(xiàn)態(tài)）時(shí)，若滿足一定的條件就必須脫離該狀態(tài)而進(jìn)入另一個(gè)指定的狀態(tài)（次態(tài)），以及儀器設(shè)備所應(yīng)采取的行動(dòng)。該系統(tǒng)的部分狀態(tài)表如表1所列。

表1　鍵語(yǔ)狀態(tài)表

對(duì)于每個(gè)按鍵, 可以用2個(gè)變量描述其特征:

FNKYC = 功能性鍵碼(functional keycode),用來(lái)代替每一按鍵的實(shí)際鍵碼編碼。功能相同的按鍵可以賦予相同的FNKYC 值, 例如一切數(shù)字鍵的FNKYC值為1。各按鍵的FNKYC值如表2所列。

表2中，各按鍵的FNKYC 值NUMB=數(shù)。數(shù)字鍵所對(duì)應(yīng)的NUMB值就是該鍵所規(guī)定的數(shù)字, 例如, [3] 的NUMB為3；[GHz] [MHz] [kHz] [Hz] 規(guī)定為10、11、12、13；其他鍵的NUMB值統(tǒng)一規(guī)定為0。

表2　按鍵的FNKYC值對(duì)照表

2.2.4　建立狀態(tài)索引表

根據(jù)狀態(tài)表可以建立狀態(tài)索引表，狀態(tài)索引表為兩級(jí)表。其中，第一級(jí)狀態(tài)索引表中為每一狀態(tài)的轉(zhuǎn)移命令；第二級(jí)狀態(tài)索引表中，為該狀態(tài)下按下某一鍵后進(jìn)入的次態(tài)和執(zhí)行的子程序號(hào)。

如圖3所示, 系統(tǒng)共有7 種不同的狀態(tài),可以在內(nèi)存的一塊連續(xù)空間中存儲(chǔ)這7 種狀態(tài)的特征,這就是第一級(jí)狀態(tài)索引表。而對(duì)應(yīng)于每一狀態(tài)的相關(guān)參數(shù)可以用下面幾個(gè)變量來(lái)描述。

① FNKYT： 狀態(tài)表中所列的功能性鍵碼。將根據(jù)實(shí)際按下的鍵的FNKYC 值, 查找狀態(tài)表中是否有一個(gè)與之相符的FNKYT值。

② NEXST： 下一個(gè)狀態(tài)(NEXT STATE)。它指出當(dāng)某一FNKYC 與FNKYT 相符時(shí), 系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)入哪一個(gè)狀態(tài)。

③ ACTN： 行動(dòng)子程序號(hào)碼。它指出當(dāng)系統(tǒng)處于某一狀態(tài)時(shí)所應(yīng)執(zhí)行的行動(dòng)。

這3個(gè)參量就建立了第二級(jí)狀態(tài)索引表。該系統(tǒng)的狀態(tài)索引表如圖4所示。

圖4　狀態(tài)索引表

2.2.5　程序設(shè)計(jì)流程

現(xiàn)在可以設(shè)計(jì)鍵語(yǔ)分析程序。首先，要有一個(gè)識(shí)鍵程序來(lái)識(shí)別所按下的按鍵，從所獲得的實(shí)際鍵碼中求出其對(duì)應(yīng)的FNKYC 和NUMB 值, 這可以利用查表法或適當(dāng)?shù)乃惴ǖ玫?；然后，根?jù)當(dāng)前的狀態(tài)PREST在第一級(jí)狀態(tài)索引表中得到對(duì)應(yīng)當(dāng)前狀態(tài)的第二級(jí)索引表的入口地址，在第二級(jí)狀態(tài)索引表中將FNKYC與表中的FNKYT逐項(xiàng)比較，當(dāng)二者相同時(shí)得到對(duì)應(yīng)該按鍵的下一個(gè)狀態(tài)NEXST, 以及所對(duì)應(yīng)的行動(dòng)ACTN; 隨后, 把這個(gè)NEXST 值替換為當(dāng)前狀態(tài)PREST。如果FNKYT為0時(shí)始終沒(méi)有與FNKYC對(duì)應(yīng)的FNKYT,就意味著該FNKYT是一個(gè)非法鍵, 應(yīng)該不予理睬; 反之, 則是有效鍵, 程序就轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的子程序去執(zhí)行。具體設(shè)計(jì)流程如圖5所示。

圖5　程序設(shè)計(jì)流程

3　結(jié)論

用狀態(tài)法進(jìn)行多義鍵的設(shè)計(jì)，有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：

① 應(yīng)用一張狀態(tài)表, 統(tǒng)一處理任何一組按鍵和狀態(tài)的組合, 化繁為簡(jiǎn), 降低了程序設(shè)計(jì)的難度, 增強(qiáng)了程序的可讀性。

② 翻譯、解釋按鍵程序和執(zhí)行子程序完全分離,避免了兩者之間的相互交叉和混淆。

③ 當(dāng)系統(tǒng)的功能發(fā)生改變時(shí), 主控程序的結(jié)構(gòu)不變, 只需對(duì)狀態(tài)表進(jìn)行修改。