时间片轮转算法在单片机程序设计中的应用

时间片轮转算法在单片机程序设计中的应用 摘要:提出一种采用时间片轮转算法改进单片机系统程序设计,实现多任务机制的软件设计方法,并 给出了在 MCS-51 分级分布式系统中应用该算法进行程序设计的实例。 关键词:时间片 多任务机制 单片机系统 传统的单任务编程思想对于明显的顺序控制要求编程简单、思路清晰、开发周期短;但对于任务较多、控 制功能复杂的问题时,却难以满足要求。因此,有必要对传统的单任务设计思想进行改进。时间片轮转算 法是实现多任务调度的一种常用算法。在这种算法中,系统将所有的任务按顺序排成一个队列,每次调度 时把 CPU 分配给队首的任务, 并令其执行一个时间片, 构成微观上轮流运行、 宏观上并执行的多任务效果。 作者在基于单片机的分级分布式控制系统——程控对讲系统的用户控制器程序中引入多任务机制,采用时 间片轮转算法极大地改善了程序结构, 实现了对 32 个独立用户的有效控制。 这种程序设计思想也可以到其 它以单片机为核心的分级分布控制系统软件设计中。 1 系统组成 程控对讲系统是一个基于 MCS-51 的多级分布式系统, 用户控制器是其中的一级, 整个系统总体结构如图 1 所示。

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主控制器以单片机 AT89C52 为核心扩展非易失性存储器及其它功能器件,完成系统各用户对讲关系的 编程和存储,并根据对讲关系对用户模块进行实时控制。用户控制器以单片机 AT89C52 为核心扩展用户机 接口模块组成,每个用户控制器负责对其下一级的 32 个用户机进行管理与控制。 主控制器与用户控制器之间的信息交换采用主从方式的串行通信。主控制器对 8 个用户控制器轮流查询, 各用户控制器只对与本模块相关的命令作出反应,用户控制器通过双绞线与用户机相连,以降低系统成本。 用户机与用户控制器之间传输距离较远,最远可达 8km。为保证在复杂的环境中正确传输数据,两者之间 的通信采用 DTMF 编码。 2 任务的分配和时间片的划分 2.1 用户控制器子任务的确定 用户控制器需要实时管理 32 个独立的用户机, 一方面实时接收用户机的呼叫信号进行处理后传送给主控制 器;另一方面根据系统工作状况向用户机发送被呼叫信息。 用户控制器接收来自用户机的信号有两类。一类是 DTMF 编码信号,用于检测用户机是否需要呼叫其它用

户机。用户机与控制器之间传送数据的位数是不等长的,每位 DTMF 编码数据的发送至少需要 104ms,发 送时间和空闲时间各占一半。另一类是话,DTMF 编码信号和话音信号的复用可以降低系统的线路成本。

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在每次通信结束后,为使用户控制器能启动下一轮的 DTMF 编码数据的接收,用户机需要给用户控 制器发送一个起始信号——挂机信号。用户机的工作电源直接从用户线路上提取,在话音和 DTMF 编码传 送时用户线路有一定的工作电流(大于 20mA),挂机信号使用户线路上电流接近于零(小于 5mA),用 户控制器检测用户线路上电路的这种变化后,进入新一轮的 DTMF 编码数据通信。挂机信号的持续时间为 78ms。 用户控制器向用户机发送的只有 DTMF 编码数据,用于告诉用户机谁正在呼叫它。


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