浅析测控系统中微机化监控程序的设计

　　引言

　　监控程序负责系统中全部硬件和软件资源的分配、调度工作,是系统设计中的一个重要组成部分。它提供用户接口, 使用户获得友好的工作环境, 使计算机获得很高的效率和高度的自动化。

　　随着系统结构的日益复杂和功能的全面, 其监控程序的设计难度也越来越大。监控程序的质量直接影响系统的操作和运行，一个高质量的监控程序应是功能齐全、键数合理、操作方便、容错性好。监控程序在一定的意义上就是键盘分析程序，因此如何在面积较小的面板上设计一个功能多、操作简便的键盘操作系统成为智能仪器设计中非常重要的任务之一。

　　键盘上的按键可分为2类：单义键和多义键。单义键，是指按键的含义是固定的，一个按键代表一个命令或一个数字，执行一种功能，即一键一义;多义键是指一个按键的键义不是单一的，而是具有多重含义，多个键互相配合才产生一个动作，执行一种功能，即一键多义。下面结合实例介绍这2种键盘监控程序的设计。

　　1　单义键监控程序的设计

　　CPU对键盘管理的方式一般有3种，即查询法、中断法和定时查询法。这3种方式的主要差别在于CPU转向键盘处理程序的方法。如果从程序设计逻辑讲，都是“有键按下则转去处理”。因此它们的键盘管理程序是可以相互转化的。下面以查询法为例，介绍一键一义键盘管理程序的设计。

　　微处理器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。设一4×8的键盘，其中下面16个键为数字键，上面16个键为功能键。

　　通过键盘扫描已经获得按键的编码，并且将该编码存储于累加器A中。那么，当键码小于10H时为数字键，否则为功能键。具体程序如下： 

　　一键一义键盘管理的核心是一张一维的转移表，在转移表内顺序登记了各个处理子程序的转移命令。

　　2　多义键监控程序的设计

　　对于功能复杂的微机化系统，若仍然采用“一键一义”，则按键使用往往过多，不但增加了费用，而且面板难以布置，操作也不方便。因此，有些键盘设计成一键多义方式。在一键多义的情况下，一个命令不是由按键，而是由一个按键序列组成。也就是说，对于一个按键的解释除了本次的按键外，还取决于这之前按了一些什么键。一键多义的监控程序有2种方法，即转移表法和状态转移法。下面对这两种方法进行介绍。

　　2.1　转移表法实现多义键监控程序

　　多义键的监控程序仍然可以采用转移表法进行设计，不过这时要用多张转移表。首先，要判断一个按键序列是否构成了一个合法的命令。若已经构成了合法命令，则根据前几个按键把控制引向某张合适的转移表，根据最后一个按键编码查阅该转移表，就找到了要求的子程序入口。以一个8回路微机温控仪为例。该系统中有6个按键：C(回路号为1~8，第8回路为环境温度补偿，其余为控温点)、P(参数号，有实测值、设定值、P、I、D参数，上下限报警值，输出控制值等8个参数)、 Δ(加1)、Δ(减1)、R(运行)和S(停止运行)。显然，这些按键都是一键多义的。 Δ和Δ键的工作执行与否，取决于前面按过的C和P键;R键的功能执行与否，取决于当前的C值。用转移表法实现这些功能的流程如图1所示。 

　　图1　转移表法实现多义键监控程序流程

　　从流程图可以看出，用转移表法实现多义键的设计需要两级转移表。 

　　2.2　状态转移法实现多义键监控程序

　　状态转移法是整体地来考虑应用系统,把它看作是一个系统,从而引入“状态”的概念。将系统工作过程划分为若干个“状态”，在任一状态下，每个按键都有一个确定的含义，即执行某一个子程序且变迁到下一个状态(称为“次态”，NEXST)。因此，就需要在存储器内开辟一个单元记住当前状态(称为“现态”，PREST)，根据当前状态和当前按键这两个关键词，就能对当前按键的含义作出正确的解释。

　　用状态转移法设计的监控程序,其程序基本框架是相同的,具有通用性强、修改方便、便于阅读的优点。本文结合“多功能波形发生器”应用实例,详细介绍了状态转移法的监控程序设计过程。

　　2.2.1　键语分析的定义

　　键语必须有明确的定义, 而且应有一套无二意的语法规则。假设多功能波形发生器的按键如图2 所示。

 

　　图2　多功能波形发生器的按键

　　各按键的定义如下: AMPL(幅度)、FREQ(频率)、FUNC(函数)、OFST(偏移)、MODE(模式)、UNIT(单元号)、ON(开)、OFF(关)、CHS(换符号)、DIG(数字键统称)、MULT(乘法)。

　　2.2.2　建立键语状态图 

　　用普通语言对全部键语做出详尽准确的规定是很困难的, 可以用键语状态图的方法对全部的键语做出完备的定义。这里用图3所示的键语状态图来描述键语的完备集。

 

　　图3　键语状态图

　　状态图中每一个方框表示一个状态(按过一次键), 框内的数字是状态的代号。箭头表示状态变迁的方向, 箭头上的标语是一个按键的代名, 表示变迁的条件, 其中非法键统称为“*”。假设最初开机时初始化使系统处于0态, 只要按过一个键之后, 系统就不可能再处于0态。假定系统现在处于0态，按下AMPL键后系统就转入了1态。在1态中，如果按下CHS或者DIG键就可以进行幅值的设定;如果按下其他的键，则为无效键，系统重新回到0态。