0 引言
51微控制器在微型智慧型控制系統中應用很廣，隨著人們對控制系統的要求不斷提高，51微控制器的功能侷限越發明顯。特別是51系列微控制器不具有實時多工支援功能，大大限制其在控制系統中的進一步發展。而多工恰恰是現在作業系統的突出特點，將多工機制引入51微控制器系統，可以大大提高先有微控制器系統的工作效率，滿足多工要求。
1多工機制在51微控制器上的實現原理
多工要求在同一時間內執行多個任務，如果只有乙個處理，計算機並不是真的在給定時間段內執行多個程式，而是按時間片在各個程式間飛快切換，由於求歡非常快，所以就有了在同一時間內執行多個程式的錯覺了。
就作業系統的特點來看，多工系統不外乎兩種方式：協同式和搶占式。在乙個協同式多工系統中，每個執行的程式都要負責釋放cpu控制權以便別的程式能有機會執行，不管是顯式地（explicitly）還是隱式地（implicitly）交出控制權。當乙個程式因執行為某個目的而安排的乙個特殊的系統指令（如程式對磁碟絕對讀寫指令）時，稱它 顯式地放棄控制權；當它因為執行某條系統指令，而該指令在執行時又會放棄cpu的控制權（如作業系統虛擬記憶體技術的頁面切換）時，稱它隱式地放棄了控制權。
在搶占式多工系統中，作業系統必須具有從任何乙個執行的程式上取走控制權和使另乙個程式獲得控制權的能力。乙個搶占式系統下執行的應用程式不用擔心獨佔系統，因為會合理地給每個執行的任務分配時間片。將這種系統稱作搶占式系統是因為它不管在所給時間塊內會發生什麼事，都搶占執行程式的控制權。
51微控制器本身是單任務工作的，即程式只能按單一的線索順序執行，乙個任務完成之後（除非中斷），才能進行下乙個任務。但是，51微控制器內提供了t0和t1兩個16位定時/計數器，若系統時鐘為12mhz，那麼計時器最長可計時65.536ms，最短為1us。也即通過對定時器工作模式進行設定，可以進行1us-65.536ms的定時器工作模式進行設定，可以進行1us-65.536ms的定時中斷。如果把定時中斷用作時間片段的分配，完全可以實現多個任務分時輪換執行。同時，微控制器還提供int0與int1兩個外部中斷（可通過8259擴充多級中斷）和p0,p1,p2三個可程式設計的i/o埠，與定時器配合下，完全可以實現具有優先權判別的多工控制。
2實現策略
2.1 通過定時器分配時間片實現多工輪換執行
由於微控制器內兩個定時器可以同時工作，只要在乙個定時器內開啟/關閉另乙個定時器，定時器交替工作，就可以實現更長時間的定時。兩個16位定時器在不斷增加外部計數單元的情況下，理論上可以實現1us-4.29之間的定時。但是由於中斷和初始化設定等需要消耗微控制器時間，所以單純使用定時器產生的最長時間片比理論值短一些。微控制器內部任務輪換來說已經足夠了。
假設多個任務控制著多個裝置，可以讓微控制器的i/o口連線相應的裝置。每個任務分配一定的時間片，在時間片內占用cpu，進行運算和控制外部裝置，多個任務之間實現輪換，其主流程如圖下：
mov th0,#high(65536-10000);10000微妙定時（時間片）
mov tl0,#low(65536-10000)
setb et0
setb et1
setb tr0
setb tr1
mov 40h,#100 ；中斷次數即時間片數存入40h；以此1秒計時為例，定時器t0執行100次定時中斷
tim0：
push acc
push psw
mov th0,#high(65536-1000);重複產生時間片
mov tl0,#low(65536-10000)
djnz 40h,tim0c
clr trl
noplcall ***x;呼叫任務排程程式
mov 40h,#100;重置時間片數
mov 42h,th1;儲存t1的統計結果
mov 41h,tl1
setb tr1
tim0c:
pop psw
pop acc
reti
;用t1做統計某任務外部訊號頻率
tim1：
clr tr1
... ;其它排程程式
setb trl
reti
2.2 通過外部中斷後掃瞄埠來切換任務
如果微控制器外接較多的感測器，任務的切換需要考慮外部感測器狀態的時候，就需要通過微控制器相應外部中斷的方式切換任務。但是，51微控制器只是提供了兩個外部中斷，在實際的智慧型儀器中完全不夠用，只有擴充中斷口。最常用的中斷擴充套件晶元是8259a，其是一塊功能很強的肯程式設計中斷控制器，可將多個外部中斷請求連線在微控制器的外部中斷請求引腳intr，並且有多種工作方式和中斷優先順序排序機制。這樣處理勢必增加電路的成本和複雜度，對改造先有微控制器任務機制的微控制器控制系統是很不利的。
考慮到很多微型控制系統中微控制器的i/o埠並未全部利用，可以將剩餘的i/o埠作為外部感測器的狀態輸入端（微控制器電源為+5v），同時讓感測器輸出端通過反相器統一接在微控制器的外部中斷請求引腳，任何乙個感測器都可以向微控制器發出中斷請求。在中斷後，通過程式掃瞄輸入埠狀態，確定是哪乙個裝置要求中斷，從而切換到相應的任務。在沒有中斷請求時，系統按任務的產生順序執行。在此有二問題需要解決：
（1）若微控制器i/o埠不多餘時，怎樣處理多個中斷請求。採用多路編碼的方式可以緩解微控制器埠不足的問題。例如晶元74ls148，是一塊8-3編碼器，完成八路訊號編碼到三位二進位制訊號，只要將三位輸出訊號端接入微控制器i/o埠就可以通過程式判定八路外部中斷。其電路圖如圖二所示。以此類推，可以滿足更多感測器或裝置與微控制器相連。
（2）外部中斷的優先順序如何處理。由於實際的微型控制系統中，微控制器連線的外部裝置比較固定，也即各外部裝置中斷的優先順序比較固定，完全可以用較簡單的優先順序表法實現優先順序的確定。只要在記憶體中預置一片資料區，對應表示外部裝置的中斷優先順序，那麼就可以通過檢查表的方式獲得優先級別，從而判斷任務的切換方向。進一步可以通過程式動態的修改長期等待和長期執行的任務對應的優先順序，所有任務都有機會獲得cpu。
3二種策略的比較
上述第一種策略的主要特點是：各任務在任務排程程式控制下有條不紊的執行，每個任務在給定的時間片內完全占有cpu，可以完成既定子任務，同時又在時間片結束時讓出cpu，以便其他任務執行。只要恰當地選取時間片，就可以很好地協調多個任務連續執行，比較適合於批處理系統和任務既定控制系統。第二種策略的主要特點是：實時性很好，可以實現系統與外界互動，及時地排程相應任務。因為，在受外界影響很大的實時控制系統中，更多的需要考慮任務的優先順序和外部感測器的狀態，使用外部中斷切換任務是比較理想的。而且使用了先中斷再查詢的策略，大大提高了查詢速度和準確性，同時對多路控制也有較好的支援。
4結束現在有單任務機制的51微控制器系統中實現多工機制，僅僅在公升級軟體（即rom晶元中程式的重新燒寫）和增加，更改少許硬體電路的條件下，就可以使控制系統支援多工處理和控制，不僅公升級成本低，而且大大延續系統的壽命和擴充系統的功能，具有較高的使用價值。
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