基于AVR單片機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)軟件體系分為幾個(gè)部分：

(1)系統(tǒng)的循環(huán)檢測(cè)部分，用于檢測(cè)各通道的系統(tǒng)設(shè)備工作是否正常，出現(xiàn)異常時(shí)則通過三色指示燈報(bào)警(綠色代表正常，紅色代表異常，黃色為中間狀態(tài))。
(2)系統(tǒng)的設(shè)置部分，接受用戶按鍵，用戶可以在GUI上設(shè)置希望設(shè)置的參數(shù)。
(3)網(wǎng)絡(luò)接口部分，此時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)不參與設(shè)置，主要功能將網(wǎng)絡(luò)部分獲得的數(shù)據(jù)導(dǎo)至各通道。軟件系統(tǒng)的核心部分在于菜單結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

本系統(tǒng)采用一種基于節(jié)點(diǎn)編號(hào)的三叉樹狀菜單的設(shè)計(jì)。將整個(gè)菜單看作一個(gè)菜單樹，每個(gè)界面對(duì)應(yīng)于樹中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，父節(jié)點(diǎn)為當(dāng)前菜單的上一級(jí)菜單；右節(jié)點(diǎn)為當(dāng)前菜單的“兄弟”菜單，亦即上級(jí)菜單的其余子菜單。

我們采用對(duì)節(jié)點(diǎn)編號(hào)的方式將整個(gè)菜單樹串起來(lái)，通過識(shí)別節(jié)點(diǎn)編號(hào)(ID)就能知道該節(jié)點(diǎn)處于哪一級(jí)菜單，同時(shí)也便于我們將菜單數(shù)初始化。編號(hào)方式：每級(jí)子菜單的編號(hào)為上級(jí)父菜單ID乘以10再加上該級(jí)子菜單在上級(jí)菜單中對(duì)應(yīng)的子項(xiàng)號(hào)(1，2，3.)，我們將根節(jié)點(diǎn)ID編號(hào)為1，則根節(jié)點(diǎn)菜單的子菜單對(duì)應(yīng)的ID分別為11，12，13。ID為11的節(jié)點(diǎn)的下級(jí)菜單ID為：111，112，113。一個(gè)樹型結(jié)構(gòu)菜單的結(jié)構(gòu)和ID編號(hào)的實(shí)例如圖2所示。

Typedef structmenu{
long ID; / /當(dāng)前菜單ID
void ( * disp laymenu) ( long i, unsigned char j) ; / /當(dāng)前菜單對(duì)應(yīng)處理函數(shù)
char cur; / /當(dāng)前菜單子項(xiàng)
char total; / /子菜單總數(shù)
structmenu * up, * down, * right; / /毗鄰子菜單
}MENU;

圖2　一個(gè)菜單樹的實(shí)例

對(duì)于用戶按鍵操作切換不同的菜單時(shí)，我們只需修改一個(gè)指向?qū)?yīng)菜單節(jié)點(diǎn)的全局菜單節(jié)點(diǎn)指針即可。當(dāng)用戶按下“ESC”鍵時(shí)，菜單指針指向當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)，按下“Enter”鍵時(shí)，則指針指向?qū)?yīng)節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)。

用于AVR單片機(jī)的RAM空間較小，只有4KB，我們需設(shè)計(jì)一種合理而簡(jiǎn)潔的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，我們將菜單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義為(C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn))。

圖3　menuselect函數(shù)的流程圖

將菜單分為顯示型菜單和功能性菜單，顯示型菜單項(xiàng)用于切換各級(jí)菜單，功能型菜單則執(zhí)行最底層菜單所對(duì)應(yīng)的操作，total變量為0則表示為功能型菜單，大于0則表示選擇型菜單。通過菜單的ID，即可以知道當(dāng)前菜單的顯示位置和內(nèi)容，將此信息放在對(duì)應(yīng)的displaymenu函數(shù)中可以節(jié)省數(shù)據(jù)空間，不用對(duì)于功能型菜單建立額外的ID與處理函數(shù)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系表，從而實(shí)現(xiàn)功能型菜單和顯示型菜單的一致性操作。一個(gè)供參考的執(zhí)行函數(shù)可以寫作：

if(g_pmenu->total>0)
{
g_pmenu=menuselect(g_pmenu，Key)；
}
else
{
(g_pmenu->displaymenu)(g_pmenu->ID，g_pmenu->cur)；
}

其中menuselect函數(shù)用于切換對(duì)應(yīng)的菜單子項(xiàng)，按鍵為“UP”鍵和“DOWN”鍵時(shí)，只需修改g_pmune->cur即可；按下“ENTER”鍵時(shí)，則g_pmenu=g_pmenu->down，再根據(jù)cur值，g_pmenu=g_pmenu->right；按下“ESC”鍵，則g_pmenu=g_pmenu->up。

這種設(shè)計(jì)使得代碼數(shù)據(jù)量變得較小，同時(shí)增強(qiáng)了程序的擴(kuò)展性，需要增加或修改菜單項(xiàng)時(shí)，不論是功能型菜單還是執(zhí)行性菜單，只需要修改對(duì)應(yīng)的菜單結(jié)構(gòu)的數(shù)組即可，而不必修改對(duì)應(yīng)的執(zhí)行代碼。經(jīng)過這樣的簡(jiǎn)化后，發(fā)現(xiàn)對(duì)于菜單數(shù)較多的多通道輸入/輸出系統(tǒng)，系統(tǒng)RAM區(qū)還是不夠用。對(duì)于一個(gè)8輸入通道的系統(tǒng)，每個(gè)通道的參數(shù)設(shè)置項(xiàng)可能多達(dá)40項(xiàng)，總菜單節(jié)點(diǎn)大于300個(gè)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)占用14B，則整個(gè)菜單節(jié)點(diǎn)所占的RAM已超過4K，所以這種方式還是需要進(jìn)一步改進(jìn)。