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時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法在單片機(jī)程序設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
摘要：提出一種采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法改進(jìn)單片機(jī)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)機(jī)制的軟件設(shè)計(jì)方法，并給出了在MCS-51分級(jí)分布式系統(tǒng)中應(yīng)用該算法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的實(shí)例。
關(guān)鍵詞：時(shí)間片 多任務(wù)機(jī)制 單片機(jī)系統(tǒng)
傳統(tǒng)的單任務(wù)編程思想對(duì)于明顯的順序控制要求編程簡(jiǎn)單、思路清晰、開發(fā)周期短；但對(duì)于任務(wù)較多、控制功能復(fù)雜的問題時(shí)，卻難以滿足要求。因此，有必要對(duì)傳統(tǒng)的單任務(wù)設(shè)計(jì)思想進(jìn)行改進(jìn)。時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法是實(shí)現(xiàn)多任務(wù)調(diào)度的一種常用算法。在這種算法中，系統(tǒng)將所有的任務(wù)按順序排成一個(gè)隊(duì)列，每次調(diào)度時(shí)把CPU分配給隊(duì)首的任務(wù)，并令其執(zhí)行一個(gè)時(shí)間片，構(gòu)成微觀上輪流運(yùn)行、宏觀上并執(zhí)行的多任務(wù)效果。作者在基于單片機(jī)的分級(jí)分布式控制系統(tǒng)——程控對(duì)講系統(tǒng)的用戶控制器程序中引入多任務(wù)機(jī)制，采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法極大地改善了程序結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)32個(gè)獨(dú)立用戶的有效控制。這種程序設(shè)計(jì)思想也可以到其它以單片機(jī)為核心的分級(jí)分布控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中。
1 系統(tǒng)組成
程控對(duì)講系統(tǒng)是一個(gè)基于MCS-51的多級(jí)分布式系統(tǒng)，用戶控制器是其中的一級(jí)，整個(gè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
主控制器以單片機(jī)AT89C52為核心擴(kuò)展非易失性存儲(chǔ)器及其它功能器件，完成系統(tǒng)各用戶對(duì)講關(guān)系的編程和存儲(chǔ)，并根據(jù)對(duì)講關(guān)系對(duì)用戶模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。用戶控制器以單片機(jī)AT89C52為核心擴(kuò)展用戶機(jī)接口模塊組成，每個(gè)用戶控制器負(fù)責(zé)對(duì)其下一級(jí)的32個(gè)用戶機(jī)進(jìn)行管理與控制。
主控制器與用戶控制器之間的信息交換采用主從方式的串行通信。主控制器對(duì)8個(gè)用戶控制器輪流查詢，各用戶控制器只對(duì)與本模塊相關(guān)的命令作出反應(yīng)，用戶控制器通過(guò)雙絞線與用戶機(jī)相連，以降低系統(tǒng)成本。用戶機(jī)與用戶控制器之間傳輸距離較遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)可達(dá)8km。為保證在復(fù)雜的環(huán)境中正確傳輸數(shù)據(jù)，兩者之間的通信采用DTMF編碼。
2 任務(wù)的分配和時(shí)間片的劃分
2.1 用戶控制器子任務(wù)的確定
用戶控制器需要實(shí)時(shí)管理32個(gè)獨(dú)立的用戶機(jī)，一方面實(shí)時(shí)接收用戶機(jī)的呼叫信號(hào)進(jìn)行處理后傳送給主控制器；另一方面根據(jù)系統(tǒng)工作狀況向用戶機(jī)發(fā)送被呼叫信息。
用戶控制器接收來(lái)自用戶機(jī)的信號(hào)有兩類。一類是DTMF編碼信號(hào)，用于檢測(cè)用戶機(jī)是否需要呼叫其它用戶機(jī)。用戶機(jī)與控制器之間傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)是不等長(zhǎng)的，每位DTMF編碼數(shù)據(jù)的發(fā)送至少需要104ms，發(fā)送時(shí)間和空閑時(shí)間各占一半。另一類是話，DTMF編碼信號(hào)和話音信號(hào)的復(fù)用可以降低系統(tǒng)的線路成本。
在每次通信結(jié)束后，為使用戶控制器能啟動(dòng)下一輪的DTMF編碼數(shù)據(jù)的接收，用戶機(jī)需要給用戶控制器發(fā)送一個(gè)起始信號(hào)——掛機(jī)信號(hào)。用戶機(jī)的工作電源直接從用戶線路上提取，在話音和DTMF編碼傳送時(shí)用戶線路有一定的工作電流（大于20mA），掛機(jī)信號(hào)使用戶線路上電流接近于零（小于5mA），用戶控制器檢測(cè)用戶線路上電路的這種變化后，進(jìn)入新一輪的DTMF編碼數(shù)據(jù)
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