智能儀器系統軟件的構成與設計

智能儀器的系統軟件不僅要處理來自鍵盤、通信接口的命令，實現人機對話、機機對話， 更重要的是它具有實時處理能力，即根據被控過程（對象），實時申請中斷，完成各種測量、 控制功能。儀器的功能主要由中斷服務程序來實現。

智能儀器系統軟件由主監控模塊、測量與控制模塊、數據處理模塊、中斷處理模塊、通信 模塊、鍵盤顯示器管理模塊、各種功能模塊（子程序塊，子程序庫）和數據表模塊構成。

1.監控主程序設計

監控程序是智能儀器軟件中的主線，實現對儀器的全部管理功能。各功能模塊均由監控程 序調用并構成有機的整體。監控程序的主要功能如下。

(1) 管理鍵盤和顯示器，按儀器的鍵入命令轉入相應的功能服務程序。

(2) 接收輸入/輸出接口、內部電路等發出的中斷請求信號，按中斷優先級的順序轉入相 應的中斷服務程序，進行實時測量、控制或數據處理。

(3) 系統的定時器管理。

(4) 儀器自身的檢測和故障診斷處理。

(5) 儀器初始化、手動/自動切換控制、電源監測、掉電保護等。

監控程序是整個儀器軟件系統的核心部分，其主要任務是接受命令、解釋命令并執行命令。 監控程序可分為監控主程序和命令處理子程序兩大部分。監控主程序負責識別按鍵、解釋命令 并獲得命令處理子程序的入口地址；命令處理子程序的任務則是具體執行命令，完成命令所規 定的各項處理任務。命令處理子程序因智能儀器的不同而異，而監控主程序的結構卻具有共性。

智能儀器上電復位后，儀器首*入監控主程序。主監控程序一般都被放在0號單元開始 的內存中，它的任務是識別命令、解釋命令，并獲得完成該命令的相應模塊的入口。如果把整 個軟件比作一棵樹，則監控主程序就是樹干，其余是樹枝和樹葉。監控主程序起著引導儀器進 入正常工作狀態，并協調各部分軟硬件有條不紊工作的重要作用。

監控主程序通常包括對系統中可編程器件輸入/輸出口參數的初始化、自檢、調用鍵盤顯 示管理模塊及實時中斷管理和處理模塊等功能。除初始化和自檢外，監控主程序一般總是把其 余部分連接起來構成一個無限循環，儀器所有功能都在這一循環中周而復始地有選擇地執行。 除非掉電或按復位（RESET)鍵。圖8-12為監控主程序流程圖。

上述監控主程序是一種示例，不同的硬件、不同的系統釆取的主監控方法也不相同。在這 種監控系統中，首*入初始化，然后再進行自檢，自檢后即等待鍵盤/外設中斷，若有中斷， 首先區分是鍵盤中斷還是外設。如果是鍵盤中斷，設立鍵盤服務標志；如果是外設中斷，需判 明是手動還是自動，根據相應的狀態轉入相應的中斷服務子程序中。無論是什么中斷，執行完 之后都必須返回主監控程序中繼續執行主監控程序。編制程序時要注意程序可能產生的各種結 果，防止出現死循環。

2.鍵盤管理模塊設計

智能儀器的鍵盤可以采用編碼式鍵盤，也可采用軟件掃描方式（非編碼鍵盤)。不論采用 哪一種方法，在獲得當前按鍵值后，都要轉入相應的鍵盤服務程序入口，以便完成相應的功能。 各鍵所能完成的具體功能由設計者根據儀器總體要求，兼顧軟件、硬件，從合理、方便、經濟 等因素出發來確定。目前常用的兩種方法為一鍵一義和一鍵多義。

(1) 一鍵一義鍵盤管理程序設計方法（直接分析法）

直接分析法即一個按鍵代表一個確切的命令或一個數字。編程時，只要根據當前按鍵的編 碼，把程序直接分支到相應處理模塊的入口，而無須知道在此以前的情況。其軟件框圖如圖8-13 所示。

微處理器平時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，則把按鍵讀數存入存儲器，通常不進行顯示；若是命令鍵，則根據按鍵查閱轉移表以 獲得處理程序的入口。處理程序執行完后繼續掃描鍵盤。直接分析法的核心是一鍵一義的轉移 表。表內順序登記各個處理子程序的入口。

(2) 一鍵多義鍵盤管理程序設計方法

在一鍵多義的情況下，一個命令不是用一次按鍵而是由一個按鍵序組成的。換句話講’對 一個按鍵含義的解釋除了取決于本次按鍵之外，還取決于以前按了些什么鍵。因此對一鍵多義的監控程序首先要判斷一個按鍵序列是否已構成命令。若已構成命令則執行命令，否則等待重 新輸入新的值。

一鍵多義的監控程序可采用轉移表法進行設計，不過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作用，把控制引向某張合適的轉移表，根據zui后一個按鍵查閱該轉移表 就可以找到要求的子程序入口。按鍵的管理可以用查詢式，也可以用中斷方式，由于有些按鍵 功能往往需執行一段時間，這時若用查詢式處理鍵盤會影響整個儀器實時處理功能。另外，智 能儀器監控程序具有實時性，一般鍵盤中斷不應中斷正進行的測量控制運算。因此通常把鍵盤 服務程序設計成比過程中斷低一級的中斷源。