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頻發(fā)事件中的環(huán)形緩沖器應(yīng)用

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-21     來源:[標(biāo)簽:出處]     作者:[標(biāo)簽:作者]     瀏覽次數(shù):119
核心提示:

引 言
    單片機的應(yīng)用越來越廣泛,而實際應(yīng)用中對單片機的要求也越來越高。人們總是希望單片機成本盡可能的低,功耗盡可能的低,處理能力又要盡可能的強。這三者是相互矛盾的。
    在設(shè)計具體產(chǎn)品前,一般是根據(jù)成本和估計的處理能力,先選中一款單片機,接下來的軟件工作就是利用各種技巧,讓單片機能夠應(yīng)付多項任務(wù)和多個進(jìn)程而不發(fā)生沖突。使用實時操作系統(tǒng)可以很容易地避免這些沖突,但實時操作系統(tǒng)因程序代碼過大常讓人不敢問津。
    對于不使用實時操作系統(tǒng)的前后臺模式的程序,解決時間沖突或任務(wù)沖突的方式有很多,常用的有:任務(wù)的時間片穿插、信號量或標(biāo)志位的使用、數(shù)據(jù)緩沖等等。數(shù)據(jù)緩沖方式一般有硬件上的F/F緩沖和軟件上的環(huán)形緩沖兩種方式。軟件環(huán)形緩沖器按實際需要,又可做成單向或雙向兩種操作方式。環(huán)形緩沖的方式非常適合高頻率發(fā)生事件的處理。


1 環(huán)形緩沖器的操作
    
軟件環(huán)形緩沖器,因為要通過定義數(shù)組在內(nèi)存中開辟數(shù)據(jù)空間,所以也常稱之為“環(huán)形緩沖區(qū)”。還要定義兩個指針:一個數(shù)據(jù)寫入指針PtrIn,用來指向下一次數(shù)據(jù)寫入的地址;另一個是數(shù)據(jù)讀出指針PtrOut,指向下一次讀出數(shù)據(jù)的地址,如圖1所示。

    數(shù)據(jù)隊列中若沒有必須緊急處理的事件,環(huán)形緩沖器就只考慮單向操作。
1.1 環(huán)形緩沖器的單向操作
    
所謂“單向操作”,是指環(huán)形緩沖器中的數(shù)據(jù)總是從前面讀出,在最后追加。創(chuàng)建緩沖器時,寫入指針PtrIn和讀出指針PtrOut都初始化到緩沖器的起點BUF_BE-GIN,即數(shù)組的第一個地址空間。寫入數(shù)據(jù)后,兩指針不再指向同一地址。隨著數(shù)據(jù)的不斷寫入,寫入指針可能會追上讀出指針,兩個指針再次指向同一地址。兩指針指向同一地址時,如何判斷緩沖區(qū)是滿還是空呢?有兩個常用的方法:一個方法是不讓寫入指針追上讀出指針。當(dāng)寫入指針追上讀出指針時,讓寫入指針再后退一個地址,先寫入的數(shù)據(jù)也就無效了。顯然,這樣緩沖器中實際可使用的最大空間比定義的空間要少一個。當(dāng)緩沖空間的數(shù)據(jù)是多字節(jié)的結(jié)構(gòu)變量時,這個方法會浪費太多空間。另一個方法是增加一個緩沖區(qū)滿標(biāo)志變量,此變量若為真,表示兩指針相同時,緩沖器數(shù)據(jù)是滿的,否則緩沖器為空。還有一個不太常用的方法,是利用數(shù)據(jù)是否有效的辦法,詳見本文第2部分。
    讀出指針是可以追上寫入指針的。這時緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)被讀空。下面以16個字空間為例給出操作程序:

開辟空間


1.2 環(huán)形緩沖器的雙向操作
    
如果環(huán)形緩沖器中有必須優(yōu)先處理的數(shù)據(jù),就要把這樣的數(shù)據(jù)寫到緩沖器的開頭,即讓讀出指針PtrOut后退一個空間,把數(shù)據(jù)寫入。這也叫“后入先出”數(shù)據(jù)操作。前面提到的寫入方式又叫先入先出數(shù)據(jù)操作。下面再給出后入先出的寫入程序:


    一個環(huán)形緩沖器,有了以上這3段操作程序,就成了可以雙向操作的環(huán)形緩沖器。


2 環(huán)形緩沖在二維步進(jìn)電機控制中的應(yīng)用
    
二維數(shù)控機床有X方向和Y方向兩個步進(jìn)電機,單片機要控制這兩個步進(jìn)電機共同攜帶的刀具走出預(yù)定的曲線,有以下4項任務(wù):
    ①計算出下一步,是僅X方向(或僅Y方向)的步進(jìn)電機走一步,還是X、Y方向的步進(jìn)電機同時走一步。
    ②控制兩個步進(jìn)電機盡量以恒轉(zhuǎn)矩加減速,防止失步。
    ③隨時接收來自鍵盤的動作指令。
    ④在圖形LCD上顯示X和Y方向路線圖。
    兩個步進(jìn)電機以最高速度運轉(zhuǎn)時,都是333μs走一步,

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