基于AVR单片机的控制系统设计

系统软件结构

系统软件体系分为几个部分：

(1)系统的循环检测部分，用于检测各通道的系统设备工作是否正常，出现异常时则通过三色指示灯报警(绿色代表正常，红色代表异常，黄色为中间状态)。
(2)系统的设置部分，接受用户按键，用户可以在GUI上设置希望设置的参数。
(3)网络接口部分，此时单片机系统不参与设置，主要功能将网络部分获得的数据导至各通道。软件系统的核心部分在于菜单结构的设计。

本系统采用一种基于节点编号的三叉树状菜单的设计。将整个菜单看作一个菜单树，每个界面对应于树中的一个节点，父节点为当前菜单的上一级菜单；右节点为当前菜单的“兄弟”菜单，亦即上级菜单的其余子菜单。

我们采用对节点编号的方式将整个菜单树串起来，通过识别节点编号(ID)就能知道该节点处于哪一级菜单，同时也便于我们将菜单数初始化。编号方式：每级子菜单的编号为上级父菜单ID乘以10再加上该级子菜单在上级菜单中对应的子项号(1，2，3.)，我们将根节点ID编号为1，则根节点菜单的子菜单对应的ID分别为11，12，13。ID为11的节点的下级菜单ID为：111，112，113。一个树型结构菜单的结构和ID编号的实例如图2所示。

Typedef structmenu{
long ID; / /当前菜单ID
void ( * disp laymenu) ( long i, unsigned char j) ; / /当前菜单对应处理函数
char cur; / /当前菜单子项
char total; / /子菜单总数
structmenu * up, * down, * right; / /毗邻子菜单
}MENU;

图2　一个菜单树的实例

对于用户按键操作切换不同的菜单时，我们只需修改一个指向对应菜单节点的全局菜单节点指针即可。当用户按下“ESC”键时，菜单指针指向当前节点的父节点，按下“Enter”键时，则指针指向对应节点的子节点。

用于AVR单片机的RAM空间较小，只有4KB，我们需设计一种合理而简洁的数据结构，我们将菜单的数据结构定义为(C语言实现)。

图3　menuselect函数的流程图

将菜单分为显示型菜单和功能性菜单，显示型菜单项用于切换各级菜单，功能型菜单则执行最底层菜单所对应的操作，total变量为0则表示为功能型菜单，大于0则表示选择型菜单。通过菜单的ID，即可以知道当前菜单的显示位置和内容，将此信息放在对应的displaymenu函数中可以节省数据空间，不用对于功能型菜单建立额外的ID与处理函数间的对应关系表，从而实现功能型菜单和显示型菜单的一致性操作。一个供参考的执行函数可以写作：

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

其中menuselect函数用于切换对应的菜单子项，按键为“UP”键和“DOWN”键时，只需修改g_pmune->cur即可；按下“ENTER”键时，则g_pmenu=g_pmenu->down，再根据cur值，g_pmenu=g_pmenu->right；按下“ESC”键，则g_pmenu=g_pmenu->up。

这种设计使得代码数据量变得较小，同时增强了程序的扩展性，需要增加或修改菜单项时，不论是功能型菜单还是执行性菜单，只需要修改对应的菜单结构的数组即可，而不必修改对应的执行代码。经过这样的简化后，发现对于菜单数较多的多通道输入/输出系统，系统RAM区还是不够用。对于一个8输入通道的系统，每个通道的参数设置项可能多达40项，总菜单节点大于300个，每个节点占用14B，则整个菜单节点所占的RAM已超过4K，所以这种方式还是需要进一步改进。