基于单片机分时系统的设计

文章摘要： 一、单片机分时系统的设计 单片机系统往往是一个嵌入式的控制系统，因此目前绝大部分的单片机系统还是一实时系统。能够真正体现分时系统的设计思想的往往是那些多路重复检测控制系统。即便是在这些多路重复检测控制系统中，它的实时性也是非常重要的。也就是说，在单片机系统中应用了分时系统设计思想，但其及时性应首先进行考虑。 1.对单片机分时系统硬件设计的建议 随着单片机性能的提高，单片机系统设计中的一些硬件功能软件化是大势所趋。但同时，一日千里的芯片技术也为低成本的硬件完成高性能的功能提供可能。让一种功能到底是通过硬件实现还是通过软件来实现不能一概而论，只能是

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      一、单片机分时系统的设计

      单片机系统往往是一个嵌入式的控制系统，因此目前绝大部分的单片机系统还是一实时系统。能够真正体现分时系统的设计思想的往往是那些多路重复检测控制系统。即便是在这些多路重复检测控制系统中，它的实时性也是非常重要的。也就是说，在单片机系统中应用了分时系统设计思想，但其及时性应首先进行考虑。

      1.对单片机分时系统硬件设计的建议

      随着单片机性能的提高，单片机系统设计中的一些硬件功能软件化是大势所趋。但同时，一日千里的芯片技术也为低成本的硬件完成高性能的功能提供可能。让一种功能到底是通过硬件实现还是通过软件来实现不能一概而论，只能是通过系统设计让整个系统的性能价格比最高才是每个单片机系统设计者孜孜追求的目标。

      在单片机分时系统的硬件设计中，由于对系统的及时性的要求不能降低，而大多数单片机的处理速度相对而言是较慢的。因此，在接口硬件的设计上应采用一些能将信息量保持的器件，如触发器、锁存器。同时要求这些器件应该是三态门输出，因为是多路分时系统，当CPU没有访问到时，器件输出呈现高阻，以利于总线对其他器件的访问。还有，一些用软件比较费时的操作应转给硬件完成。如LED动态显示，没有必要一定用intel 8155或intel 8255硬件接口让软件时时为显示数字而煞费苦心，完全可以用intel 8279或MAX7218及MAX7219这些可编程外围器件来完成，使显示既漂亮又简单。当然，到底哪些功能留给硬件完成，哪些功能留给软件完成，应根据系统的不同而具体设计。总之，应总体考虑，追求最高的性能价格比。

        2.单片机分时系统的软件设计

      为了合理实现单片机分时系统，还须有完善的调度机制。完善的调度机制主要由调度指针和调度表组成。系统的调度分成两级，一是“路”的调度，相当于指示程序横向进行：从第一路的某一作业到第二路的某一作业，从第二路的某一作业再到第三路的某一作业……从最后一路回到第一路，循环往复。“路”调度的调度指针变化规律是固定不变的，算法简单，即递增一或递减一，循环到头后，再返回到起始。相对应的“路”调度指针还应构造“路”调度表。“路”调度表每一项表示各“路”程序入口地址及跳转指令。以MCS-51单片机为例，采用AJMP addr11作为每一项的内容，则调度表的每一表项占2个字节；当程序较长超过2K字节，则采用LJMP addr16作为每一项内容，占3个字节。所设计的单片机系统共有多少“路”，该调度表就有多少项数。二是作业调度，即相当于指示程序纵向进行：从某一路的第一作业指向该路第二作业，第二作业指向第四作业……也有从第六作业指回第三作业的等等。因稍复杂任务的流向都不可能是单方向性的，从上一作业流到下一作业都要根据系统的检测或运算结果来决定，因此作业调度指针的变化是随机决定的。作业调度表的构成形式与“路”调度表相同，每一项表示各作业模块的程序入口地址及跳转指令。作业调度表指示出各作业执行的一般先后次序，表项数等于一路任务的最大作业数。为了分清每路的任务进程，单片机系统要控制多少路就必须有多少个作业调度指针及相应作业调度表。以上两级指针都为1个字节的整数变量。调度指针与调度表的联系是通过指令JMP @A+DPTR实现的。DPTR中是调度表的首地址。累加器A中的内容是调度指针的整数倍，若表项内容是AJMP addr11，则A的值为调度指针乘2；若表项内容是LJMP addr16，则A的值为调度指针乘3。

      除了以上主程序的调度设计外，各个作业中共同的功能应放在中断中实现，主要是放在定时器中断。如计时功能应放在定时器定时中断中实现，定时参数的选 择应考虑到系统各个作业中各种计时的要求，定时频率一般为最小计时频率的整数倍。任何软件延时都是不允许的。 实现分时控制的关键是在于合理地将系统的功能分解成各个作业模块。作业模块分得越细系统的实时性就越好。虽然单片机的时钟频率较低，在实际应用中当各个作 业模块被细分成各个“动作”及简单的运算后，分时系统的实时性是能得到保证的。缺点就是各“路”的控制处理程序被分割得支离破碎，模块化得不到保证 。

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