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時間片輪轉算法在單片機程序設計中的應用
摘要：提出一種采用時間片輪轉算法改進單片機系統(tǒng)程序設計，實現(xiàn)多任務機制的軟件設計方法，并給出了在MCS-51分級分布式系統(tǒng)中應用該算法進行程序設計的實例。
關鍵詞：時間片 多任務機制 單片機系統(tǒng)
傳統(tǒng)的單任務編程思想對于明顯的順序控制要求編程簡單、思路清晰、開發(fā)周期短；但對于任務較多、控制功能復雜的問題時，卻難以滿足要求。因此，有必要對傳統(tǒng)的單任務設計思想進行改進。時間片輪轉算法是實現(xiàn)多任務調度的一種常用算法。在這種算法中，系統(tǒng)將所有的任務按順序排成一個隊列，每次調度時把CPU分配給隊首的任務，并令其執(zhí)行一個時間片，構成微觀上輪流運行、宏觀上并執(zhí)行的多任務效果。作者在基于單片機的分級分布式控制系統(tǒng)——程控對講系統(tǒng)的用戶控制器程序中引入多任務機制，采用時間片輪轉算法極大地改善了程序結構，實現(xiàn)了對32個獨立用戶的有效控制。這種程序設計思想也可以到其它以單片機為核心的分級分布控制系統(tǒng)軟件設計中。
1 系統(tǒng)組成
程控對講系統(tǒng)是一個基于MCS-51的多級分布式系統(tǒng)，用戶控制器是其中的一級，整個系統(tǒng)總體結構如圖1所示。
主控制器以單片機AT89C52為核心擴展非易失性存儲器及其它功能器件，完成系統(tǒng)各用戶對講關系的編程和存儲，并根據(jù)對講關系對用戶模塊進行實時控制。用戶控制器以單片機AT89C52為核心擴展用戶機接口模塊組成，每個用戶控制器負責對其下一級的32個用戶機進行管理與控制。
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8個用戶控制器輪流查詢，各用戶控制器只對與本模塊相關的命令作出反應，用戶控制器通過雙絞線與用戶機相連，以降低系統(tǒng)成本。用戶機與用戶控制器之間傳輸距離較遠，最遠可達8km。為保證在復雜的環(huán)境中正確傳輸數(shù)據(jù)，兩者之間的通信采用DTMF編碼。
2 任務的分配和時間片的劃分
2.1 用戶控制器子任務的確定
用戶控制器需要實時管理32個獨立的用戶機，一方面實時接收用戶機的呼叫信號進行處理后傳送給主控制器；另一方面根據(jù)系統(tǒng)工作狀況向用戶機發(fā)送被呼叫信息。
用戶控制器接收來自用戶機的信號有兩類。一類是DTMF編碼信號，用于檢測用戶機是否需要呼叫其它用戶機。用戶機與控制器之間傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)是不等長的，每位DTMF編碼數(shù)據(jù)的發(fā)送至少需要104ms，發(fā)送時間和空閑時間各占一半。另一類是話，DTMF編碼信號和話音信號的復用可以降低系統(tǒng)的線路成本。
在每次通信結束后，為使用戶控制器能啟動下一輪的DTMF編碼數(shù)據(jù)的接收，用戶機需要給用戶控制器發(fā)送一個起始信號——掛機信號。用戶機的工作電源直接從用戶線路上提取，在話音和DTMF編碼傳送時用戶線路有一定的工作電流（大于20mA），掛機信號使用戶線路上電流接近于零（小于5mA），用戶控制器檢測用戶線路上電路的這種變化后，進入新一輪的DTMF編碼數(shù)據(jù)
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