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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(huán)境, 使計算機(jī)獲得很高的效率和高度的自動化。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)計難度也越來越大。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)計一個功能多、操作簡便的鍵盤操作系統(tǒng)成為智能儀器設(shè)計中非常重要的任務(wù)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(shù)字，執(zhí)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(chǎn)生一個動作，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。
1 單義鍵監(jiān)控程序的設(shè)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(zhuǎn)向鍵盤處理程序的方法。如果從程序設(shè)計邏輯講，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。
微處理器周而復(fù)始地掃描鍵盤，當(dāng)發(fā)現(xiàn)按鍵時，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個鍵為數(shù)字鍵，上面16個鍵為功能鍵。通過鍵盤掃描已經(jīng)獲得按鍵的編碼，并且將該編碼存儲于累加器A中。那么，當(dāng)鍵碼小于10H時為數(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)順序登記了各個處理子程序的轉(zhuǎn)移命令。
2 多義鍵監(jiān)控程序的設(shè)計
對于功能復(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(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，不過這時要用多張轉(zhuǎn)移表。首先，要判斷一個按鍵序列是否構(gòu)成了一個合法的命令。若已經(jīng)構(gòu)成了合法命令，則根據(jù)前幾個按鍵把控制引向某張合適的轉(zhuǎn)移表，根據(jù)最后一個按鍵編碼查閱該轉(zhuǎn)移表，就找到了要求的子程序入口。
以一個8回路微機(jī)溫控儀為例。該系統(tǒng)中有6個按鍵：C（回路號為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，有實(shí)測值、設(shè)定值、P、I、D參數(shù)，上下限報警值，輸出控制值等8個參數(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)計需要兩級轉(zhuǎn)移表。
一級轉(zhuǎn)移表
TBJ1 AJMP RUM
AJMP STOP
AJMP INCR
AJMP DECR
AJMP CHAL
AJMP PARA
二級轉(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)移法是整體地來考慮應(yīng)用系統(tǒng),把它看作是一個系統(tǒng),從而引入“狀態(tài)”的概念。將系統(tǒng)工作過程劃分為若干個“狀態(tài)”，在任一狀態(tài)下，每個按鍵都有一個確定的含義，即執(zhí)行某一個子程序且變遷到下一個狀態(tài)（稱為“次態(tài)”，NEXST） 。因此，就需要在存儲器內(nèi)開辟一個單元記住當(dāng)前狀態(tài)（稱為“現(xiàn)態(tài)”，PREST），根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和當(dāng)前按鍵這兩個關(guān)鍵詞，就能對當(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(yīng)有一套無二意的語法規(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）、ON（開）、OFF（關(guān)）、CHS（換符號）、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 建立鍵語狀態(tài)圖
用普通語言對全部鍵語做出詳盡準(zhǔn)確的規(guī)定是很困難的, 可以用鍵語狀態(tài)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(tài)圖來描述鍵語的完備集。狀態(tài)圖中每一個方框表示一個狀態(tài)(按過一次鍵), 框內(nèi)的數(shù)字是狀態(tài)的代號。箭頭表示狀態(tài)變遷的方向, 箭頭上的標(biāo)語是一個按鍵的代名, 表示變遷的條件, 其中非法鍵統(tǒng)稱為“*”。假設(shè)最初開機(jī)時初始化使系統(tǒng)處于0態(tài), 只要按過一個鍵之后, 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，則為無效鍵，系統(tǒng)重新回到0態(tài)。
圖3 鍵語狀態(tài)圖
2.2.3 建立鍵語狀態(tài)表
根據(jù)鍵語狀態(tài)圖就可以制作出鍵語狀態(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，若滿足一定的條件就必須脫離該狀態(tài)而進(jìn)入另一個指定的狀態(tài)（次態(tài)），以及儀器設(shè)備所應(yīng)采取的行動。該系統(tǒng)的部分狀態(tài)表如表1所列。
表1 鍵語狀態(tài)表
對于每個按鍵, 可以用2個變量描述其特征:
FNKYC = 功能性鍵碼(functional keycode),用來代替每一按鍵的實(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)索引表為兩級表。其中，第一級狀態(tài)索引表中為每一狀態(tài)的轉(zhuǎn)移命令；第二級狀態(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。
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)空間中存儲這7 種狀態(tài)的特征,這就是第一級狀態(tài)索引表。而對應(yīng)于每一狀態(tài)的相關(guān)參數(shù)可以用下面幾個變量來描述。
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)表中是否有一個與之相符的FNKYT值。
② NEXST： 下一個狀態(tài)(NEXT STATE)。它指出當(dāng)某一FNKYC 與FNKYT 相符時, 系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)入哪一個狀態(tài)。
③ ACTN： 行動子程序號碼。它指出當(dāng)系統(tǒng)處于某一狀態(tài)時所應(yīng)執(zhí)行的行動。
這3個參量就建立了第二級狀態(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)計流程
現(xiàn)在可以設(shè)計鍵語分析程序。首先，要有一個識鍵程序來識別所按下的按鍵，從所獲得的實(shí)際鍵碼中求出其對應(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在第一級狀態(tài)索引表中得到對應(yīng)當(dāng)前狀態(tài)的第二級索引表的入口地址，在第二級狀態(tài)索引表中將FNKYC與表中的FNKYT逐項比較，當(dāng)二者相同時得到對應(yīng)該按鍵的下一個狀態(tài)NEXST, 以及所對應(yīng)的行動ACTN; 隨后, 把這個NEXST 值替換為當(dāng)前狀態(tài)PREST。如果FNKYT為0時始終沒有與FNKYC對應(yīng)的FNKYT,就意味著該FNKYT是一個非法鍵, 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)計流程如圖5所示。
圖5 程序設(shè)計流程
3 結(jié)論
用狀態(tài)法進(jìn)行多義鍵的設(shè)計，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, 降低了程序設(shè)計的難度, 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, 主控程序的結(jié)構(gòu)不變, 只需對狀態(tài)表進(jìn)行修改。
參考文獻(xiàn)
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[2] 何立民. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)配置與接口技術(shù)[M]． 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社，1996．
孫守昌(講師)，主要研究方向為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。
