用單片機AT89C51改造普通雙桶洗衣機：AT89C2051作為AT89C51的簡化版雖然去掉了P0、P2等端口，使I/O口減少了，但是卻增加了一個電壓比較器，因此其功能在某些方面反而有所增強，如能用來處理模擬量、進行簡單的模數轉換等。本文利用這一功能設計了一個數字電容表，可測量容量小于2微法的電容器的容量，采用3位半數字顯示，最大顯示值為1999，讀數單位統一采用毫微法（nf），量程分四檔，讀數分別乘以相應的倍率。電路工作原理 本數字電容表以電容器的充電規律作為測量依據，測試原理見圖1。電源電路圖。 壓E+經電阻R給被測電容CX充電，CX兩端原電壓隨充電時間的增加而上升。當充電時間t等于RC時間常數τ時，CX兩端電壓約為電源電壓的63.2%，即0.632E+。數字電容表就是以該電壓作為測試基準電壓，測量電容器充電達到該電壓的時間，便能知道電容器的容量。例如，設電阻R的阻值為1千歐，CX兩端電壓上升到0.632E+所需的時間為1毫秒，那么由公式τ=RC可知CX的容量為1微法。 測量電路如圖2所示。A為AT89C2051內部構造的電壓比較器，AT89C2051 圖2 的P1.0和P1.1口除了作I/O口外，還有一個功能是作為電壓比較器的輸入端，P1.0為同相輸入端，P1.1為反相輸入端，電壓比較器的比較結果存入P3.6口對應的寄存器，P3.6口在AT89C2051外部無引腳。電壓比較器的基準電壓設定為0.632E+，在CX兩端電壓從0升到0.632E+的過程中，P3.6口輸出為0，當電池電壓CX兩端電壓一旦超過0.632E+時，P3.6口輸出變為1。以P3.6口的輸出電平為依據，用AT89C2051內部的定時器T0對充電時間進行計數，再將計數結果顯示出來即得出測量結果。整機電路見圖3。電路由單片機電路、電容充電測量電路和數碼顯示電路等 圖3 部分組成。AT89C2051內部的電壓比較器和電阻R2-R7等組成測量電路，其中R2-R5為量程電阻，由波段開關S1選擇使用，電壓比較器的基準電壓由5V電源電壓經R6、RP1、R7分壓后得到，調節RP1可調整基準電壓。當P1.2口在程序的控制下輸出高電平時，電容CX即開始充電。量程電阻R2-R5每檔以10倍遞減，故每檔顯示讀數以10倍遞增。由于單片機內部P1.2口的上拉電阻經實測約為200K，其輸出電平不能作為充電電壓用，故用R5兼作其上拉電阻，由于其它三個充電電阻和R5是串聯關系，因此R2、R3、R4應由標準值減去1K，分別為999K、99K、9K。由于999K和1M相對誤差較小，所以R2還是取1M。數碼管DS1-DS4、電阻R8-R14等組成數碼顯示電路。本機采用動態掃描顯示的方式，用軟件對字形碼譯碼。P3.0-P3.5、P3.7口作數碼顯示七段筆劃字形碼的輸出，P1.3-P1.6口作四個數碼管的動態掃描位驅動碼輸出。這里采用了共陰數碼管，由于AT89C2051的P1.3-P1.6口有25mA的下拉電流能力，所以不用三極管就能驅動數碼管。R8-R14為P3.0-P3.5、P3.7口的上拉電阻，用以驅動數碼管的各字段，當P3的某一端口輸出低電平時其對應的字段筆劃不點亮，而當其輸出高電平時，則對應的上拉電阻即能點亮相應的字段筆劃。
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單片機音樂中音調和節拍的確定方法:調號-音樂上指用以確定樂曲主音高度的符號。很明顯一個八度就有12個半音。A、B、C、D、E、F、G。經過聲學家的研究，全世界都用這些字母來表示固定的音高。比如，A這個音，標準的音高為每秒鐘振動440周。 升C調：1＝#C，也就是降D調：1＝BD；277（頻率）升D調：1＝#D，也就是降E調：1＝BE；311升F調：1＝#F，也就是降G調：1＝BG；369升G調：1＝#G，也就是降A調：1＝BA；415升A調：1＝#A，也就是降B調：1＝BB。466,C 262 #C277 D 294 #D(bE)311 E 330 F 349 #F369 G 392 #G415A 440. #A466 B 494 所謂1＝A，就是說，這首歌曲的“導”要唱得同A一樣高，人們也把這首歌曲叫做A調歌曲，或叫“唱A調”。1＝C，就是說，這首歌曲的“導”要唱得同C一樣高，或者說“這歌曲唱C調”。同樣是“導”，不同的調唱起來的高低是不一樣的。各調的對應的標準頻率為： 單片機演奏音樂時音調和節拍的確定方法 經常看到一些剛學單片機的朋友對單片機演奏音樂比較有興趣，本人也曾是這樣。在此，本人將就這方面的知識做一些簡介，但愿能對單片機演奏音樂比較有興趣而又不知其解的朋友能有所啟迪。 一般說來，單片機演奏音樂基本都是單音頻率，它不包含相應幅度的諧波頻率，也就是說不能象電子琴那樣能奏出多種音色的聲音。因此單片機奏樂只需弄清楚兩個概念即可，也就是“音調”和“節拍”。音調表示一個音符唱多高的頻率，節拍表示一個音符唱多長的時間。 在音樂中所謂“音調”，其實就是我們常說的“音高”。在音樂中常把中央C上方的A音定為標準音高，其頻率f=440Hz。當兩個聲音信號的頻率相差一倍時，也即f2=2f1時，則稱f2比f1高一個倍頻程, 在音樂中1（do）與 ，2（來）與 ……正好相差一個倍頻程，在音樂學中稱它相差一個八度音。在一個八度音內，有12個半音。以1—i八音區為例， 12個半音是：1—＃1、＃1—2、2—＃2、＃2—3、3—4、4—＃4，＃4—5、5一＃5、＃5—6、6—＃6、＃6—7、7—i。這12個音階的分度基本上是以對數關系來劃分的。如果我們只要知道了這十二個音符的音高，也就是其基本音調的頻率，我們就可根據倍頻程的關系得到其他音符基本音調的頻率。 知道了一個音符的頻率后，怎樣讓單片機發出相應頻率的聲音呢？一般說來，常采用的方法就是通過單片機的定時器定時中斷，將單片機上對應蜂鳴器的I/O口來回取反，或者說來回清零，置位，從而讓蜂鳴器發出聲音，為了讓單片機發出不同頻率的聲音，我們只需將定時器予置不同的定時值就可實現。那么怎樣確定一個頻率所對應的定時器的定時值呢？以標準音高A為例： A的頻率f = 440 Hz,其對應的周期為：T = 1/ f = 1/440 =2272μs 由上圖可知,單片機上對應蜂鳴器的I/O口來回取反的時間應為：t = T/2 = 2272/2 = 1136μs這個時間t也就是單片機上定時器應有的中斷觸發時間。一般情況下，單片機奏樂時，其定時器為工作方式1，它以振蕩器的十二分頻信號為計數脈沖。設振蕩器頻率為f0，則定時器的予置初值由下式來確定： t = 12 *（TALL – THL）/ f0 式中TALL = 216 = 65536,THL為定時器待確定的計數初值。因此定時器的高低計數器的初值為： TH = THL / 256 = ( TALL – t* f0/12) / 256 TL = THL % 256 = ( TALL – t* f0/12) %256 將t=1136μs代入上面兩式（注意：計算時應將時間和頻率的單位換算一致），即可求出標準音高A在單片機晶振頻率f0=12Mhz，定時器在工作方式1下的定時器高低計數器的予置初值為 ： TH440Hz = (65536 – 1136 * 12/12) /256 = FBH TL440Hz = (65536 – 1136 * 12/12)%256 = 90H根據上面的求解方法，我們就可求出其他音調相應的計數器的予置初值。 音符的節拍我們可以舉例來說明。在一張樂譜中，我們經常會看到這樣的表達式，如1=C 、1=G …… 等等，這里1=C,1=G表示樂譜的曲調，和我們前面所談的音調有很大的關聯， 、 就是用來表示節拍的。以 為例加以說明，它表示樂譜中以四分音符為節拍，每一小結有三拍。比如： 其中1 、2 為一拍，3、4、5為一拍，6為一拍共三拍。1 、2的時長為四分音符的一半，即為八分音符長，3、4的時長為八分音符的一半，即為十六分音符長，5的時長為四分音符的一半，即為八分音符長，6的時長為四分音符長。那么一拍到底該唱多長呢？一般說來，如果樂曲沒有特殊說明，一拍的時長大約為400—500ms 。我們以一拍的時長為400ms為例，則當以四分音符為節拍時，四分音符的時長就為400ms，八分音符的時長就為200ms，十六分音符的時長就為100ms。可見，在單片機上控制一個音符唱多長可采用循環延時的方法來實現。首先，我們確定一個基本時長的延時程序，比如說以十六分音符的時長為基本延時時間，那么，對于一個音符，如果它為十六分音符，則只需調用一次延時程序，如果它為八分音符，則只需調用二次延時程序，如果它為四分音符，則只需調用四次延時程序，依次類推。通過上面關于一個音符音調和節拍的確定方法，我們就可以在單片機上實現演奏音樂了。具體的實現方法為：將樂譜中的每個音符的音調及節拍變換成相應的音調參數和節拍參數，將他們做成數據表格，存放在存儲器中，通過程序取出一個音符的相關參數，播放該音符，該音符唱完后，接著取出下一個音符的相關參數……，如此直到播放完畢最后一個音符，根據需要也可循環不停地播放整個樂曲。另外，對于樂曲中的休止符，一般將其音調參數設為FFH，FFH，其節拍參數與其他音符的節拍參數確定方法一致，樂曲結束用節拍參數為00H來表示。下面給出部分音符（三個八度音）的頻率以及以單片機晶振頻率f0=12Mhz，定時器在工作方式1下的定時器高低計數器的予置初值 ： C調音符 頻率Hz 262 277 293 311 329 349 370 392 415 440 466 494TH/TL F88B F8F2 F95B F9B7 FA14 FA66 FAB9 FB03 FB4A FB8F FBCF FC0BC調音符 1 1# 2 2# 3 4 4# 5 5# 6 6# 7頻率Hz 523 553 586 621 658 697 739 783 830 879 931 987TH/TL FC43 FC78 FCAB FCDB FD08 FD33 FD5B FD81 FDA5 FDC7 FDE7 FE05C調音符 頻率Hz 1045 1106 1171 1241 1316 1393 1476 1563 1658 1755 1860 1971TH/TL FB21 FE3C FE55 FE6D FE84 FE99 FEAD FEC0 FE02 FEE3 FEF3 FF02
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AVR單片機GCC程序設計:第一章 概述1.1 AVR 單片機GCC 開發概述1.2 一個簡單的例子1.3 用MAKEFILE 管理項目1.4 開發環境的配置1.5 實驗板CA-M8第二章 存儲器操作編程2.1 AVR 單片機存儲器組織結構2.2 I/O 寄存器操作2.3 SRAM 內變量的使用2.4 在程序中訪問FLASH 程序存儲器2.5 EEPROM 數據存儲器操作2.6 avr-gcc 段結構與再定位2.7 外部RAM 存儲器操作2.8 堆應用第三章 GCC C 編譯器的使用3.1 編譯基礎3.2 生成靜態連接庫第四章 AVR 功能模塊應用實驗4.1 中斷服務程序4.2 定時器/計數器應用4.3 看門狗應用4.4 UART 應用4.5 PWM 功能編程4.6 模擬比較器4.7 A/D 轉換模塊編程4.8 數碼管顯示程序設計4.9 鍵盤程序設計4.10 蜂鳴器控制第五章 使用C 語言標準I/O 流調試程序5.1 avr-libc 標準I/O 流描述5.2 利用標準I/0 流調試程序5.3 最小化的格式化的打印函數第六章 CA-M8 上實現AT89S52 編程器的實現6.1 編程原理6.2 LuckyProg2004 概述6.3 AT989S52 isp 功能簡介6.4 下位機程序設計第七章 硬件TWI 端口編程7.1 TWI 模塊概述7.2 主控模式操作實時時鐘DS13077.3 兩個Mega8 間的TWI 通信第八章 BootLoader 功能應用8.1 BootLoader 功能介紹8.2 avr-libc 對BootLoader 的支持8.3 BootLoader 應用實例8.4 基于LuckyProg2004 的BootLoader 程序第九章 匯編語言支持9.1 C 代碼中內聯匯編程序9.2 獨立的匯編語言支持9.3 C 與匯編混合編程第十章 C++語言支持附錄 1 avr-gcc 選項附錄 2 Intel HEX 文件格式描述
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多路電壓采集系統一、實驗目的１．熟悉可編程芯片ADC0809，8253的工作過程，掌握它們的編程方法。２．加深對所學知識的理解并學會應用所學的知識，達到在應用中掌握知識的目的。 二、實驗內容與要求1．基本要求通過一個A/D轉換器循環采樣4路模擬電壓，每隔一定時間去采樣一次，一次按順序采樣4路信號。A/D轉換器芯片AD0809將采樣到的模擬信號轉換為數字信號，轉換完成后，CPU讀取數據轉換結果，并將結果送入外設即CRT/LED顯示，顯示包括電壓路數和數據值。2． 提高要求 (1) 可以實現循環采集和選擇采集2種方式。（2）在CRT上繪制電壓變化曲線。 三、實驗報告要求 １．設計目的和內容 ２．總體設計 ３．硬件設計：原理圖（接線圖）及簡要說明 ４．軟件設計框圖及程序清單５．設計結果和體會（包括遇到的問題及解決的方法） 四、總體設計設計思路如下：1) 4路模擬電壓信號通過4個電位器提供0-5V的電壓信號。2) 選擇ADC0809芯片作為A/D轉換器，4路輸入信號分別接到ADC0809的IN0—IN4通道，每隔一定的時間采樣一次，采完一路采集下一路，4路電壓循環采集。3) 利用3個LED數碼管顯示數據，1個數碼管用來顯示輸入電壓路數，3個數碼管用來顯示電壓采樣值。4) 延時由8253定時/計數器來實現。 五、硬件電路設計根據設計思路，硬件主要利用了微機實驗平臺上的ADC0809模數轉換器、8253定時/計數器以及LED顯示輸出等模塊。電路原理圖如下：1．基本接口實驗板部分1) 電位計模塊，4個電位計輸出4路1－5V的電壓信號。2) ADC0809模數轉換器，將4路電壓信號接到IN0－IN3，ADD_A、ADD_B、ADD_C分別接A0、A1、A2，CS_AD接CS0時，4個采樣通道對應的地址分別為280H—283H。3) 延時模塊，8253和8255組成延時電路。8255的PA0接到8253的OUT0，程序中查詢計數是否結束。硬件電路圖如圖1所示。 圖1 基本實驗板上的電路圖實驗板上的LED顯示部分實驗板上主要用到了LED數碼管顯示電路，插孔CS1用于數碼管段碼的輸出選通，插孔CS2用于數碼管位選信號的輸出選通。電路圖如圖2所示。
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《現代微機原理與接口技術》實驗指導書 TPC-H實驗臺C語言版 1.實驗臺結構1）I / O 地址譯碼電路如上圖1所示地址空間280H～2BFH共分8條譯碼輸出線：Y0～Y7 其地址分別是280H～287H、288H～28FH、290H～297H、298H～29FH、2A0H～2A7H、2A8H～2AFH、2B0H～2B7H、2B8H～2BFH，8根譯碼輸出線在實驗臺I/O地址處分別由自鎖緊插孔引出供實驗選用（見圖2）。 2) 總線插孔采用“自鎖緊”插座在標有“總線”區引出數據總線D7～D0；地址總線A9～A0，讀、寫信號IOR、IOW；中斷請求信號IRQ ；DMA請求信號DRQ1；DMA響應信號DACK1 及AEN信號，供學生搭試各種接口實驗電路使用。3) 時鐘電路如圖-3所示可以輸出1MHZ 2MHZ兩種信號供A/D轉換器定時器/計數器串行接口實驗使用。圖34) 邏輯電平開關電路如圖-4所示實驗臺右下方設有8個開關K7～K0，開關撥到“1”位置時開關斷開，輸出高電平。向下打到“0”位置時開關接通，輸出低電平。電路中串接了保護電阻使接口電路不直接同＋5V 、GND相連，可有效地防止因誤操作誤編程損壞集成電路現象。圖 4 圖 55) L E D 顯示電路如圖-5所示實驗臺上設有8個發光二極管及相關驅動電路（輸入端L7～L0），當輸入信號為“1” 時發光，為“0”時滅6) 七段數碼管顯示電路如圖-6所示實驗臺上設有兩個共陰極七段數碼管及驅動電路，段碼為同相驅動器，位碼為反相驅動器。從段碼與位碼的驅動器輸入端（段碼輸入端a、b、c、d、e、f、g、dp，位碼輸入端s1、 s2）輸入不同的代碼即可顯示不同數字或符號。
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[學習要求] 掌握MCS-51單片機的基本應用。[重點與難點]重點：動態掃描LED顯示電路編程范例；定時/計數器軟件編程范例；A/D接口電路；矩陣式鍵盤接口技術及編程。難點：動態掃描LED顯示電路編程范例；定時/計數器軟件編程范例。[理論內容]一、并行I/O口編程范例單片機I/O的應用最典型的是通過I/O口與7段LED數碼管構成顯示電路，下面從常用的LED顯示原理開始，詳盡講解利用單片機驅動LED數碼管的電路及編程原理，目的在于通過這一編程范例，讓初學者了解I/O口的編程原理，意在起舉一反三，拋磚引玉的作用。LED的發光原理，稍有電子技術基礎的人士都很清楚，這里不想作過多的介紹，7段LED數碼管，則在一定形狀的絕緣材料上，利用單只LED組合排列成“8”字型的數碼管，分別引出它們的電極，點亮相應的點劃來顯示出0-9的數字。LED數碼管根據LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖1是共陰和共陽極數碼管的內部電路，它們的發光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。
上傳時間： 2013-10-19
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Σ-ΔA/D技術具有高分辨率、高線性度和低成本的特點。本文基于TI公司的MSP430F1121單片機，介紹了采用內置比較器和外圍電路構成類似于Σ-△的高精度A/D實現方案，適合用于對溫度、壓力和電壓等緩慢變化信號的采集應用。 在各種A/D轉換器中，最常用是逐次逼近法(SAR)A/D，該類器件具有轉換時間固定且快速的特點，但難以顯著提高分辨率；積分型A/D 有較強的抗干擾能力，但轉換時間較長；過采樣Σ-ΔA/D由于其高分辨率，高線性度及低成本的特點，正得到越來越多的應用。根據這些特點，本文以TI公司的MSP430F1121單片機實現了一種類似于Σ-ΔA/D技術的高精度轉換器方案。 MSP430F1121是16位RISC結構的FLASH型單片機，該芯片有14個雙向I/O口并兼有中斷功能，一個16位定時器兼有計數和定時功能。I/O口輸出高電平時電壓接近Vcc，低電平時接近Vss，因此，一個I/O口可以看作一位DAC，具有PWM功能。 該芯片具有一個內置模擬電壓比較器，只須外接一只電阻和電容即可構成一個類似于Σ-Δ技術的高精度單斜率A/D。一般而言，比較器在使用過程中會受到兩種因素的影響，一種是比較器輸入端的偏置電壓的積累；另一種是兩個輸入端電壓接近到一程度時，輸出端會產生振蕩。 MSP430F1121單片機在比較器兩輸入端對應的單片機端口與片外輸入信號的連接線路保持不變的情況下，可通過軟件將比較器兩輸入端與對應的單片機端口的連接線路交換，并同時將比較器的輸出極性變換，這樣抵消了比較器的輸入端累積的偏置電壓。通過在內部將輸出連接到低通濾波器后，即使在比較器輸入端兩比較電壓非常接近，經過濾波后也不會出現輸出端的振蕩現象，從而消除了輸出端震蕩的問題。利用內置比較器實現高精度A/D圖1是一個可直接使用的A/D轉換方案，該方案是一個高精度的積分型A/D轉換器。其基本原理是用單一的I/O端口，執行1位的數模轉換，以比較器的輸出作反饋，來維持Vout與Vin相等。圖1：利用MSP430F1121實現的實用A/D轉換器電路方案。
上傳時間： 2013-11-10
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C51單片機是我們生活中最常用的系列,MCS-51系列單片機有4個并行口(P0,P1,P2,P3口),但對一個稍微復雜的應用系統來說,真正可供用戶使用的并行口,只有P1口可用,況且常常因擴展I2C和SPI的器件需占用某些P1口,迫使用戶不得不擴展并行口以滿足實際的需要。習慣上,常用的并行口接口芯片有8255、8155,這兩種芯片功能比較齊全,可以使用在相對比較復雜的系統中,但如是對一般的系統而言,這些功能往往閑置不用。那么就可以選用一些本來閑置不用的口線作為選通信號來進行并行口的擴展,這樣就能充分利用單片機有限的I/O資源,在本設計中是將P1口擴展成一個或幾個8位并行口,在每一個八位口上接入8個發光二極管做為輸出,二極管是做開關量來使用的,在這里設計了跑馬燈和流水燈程序,做到對開關量的開斷控制;配合開關量的控制筆者設計了一個共陽LED數碼管,用來顯示當前發光二極管發亮的序號,做到更加直觀的雙重控制效果,然后再將P0口通過D/A轉換器和一放大器輸出一個模擬信號,其結果可以通過示波器看出。這樣整個系統即有了數字信號輸出和模擬信號輸出,也有數碼管顯示功能,實用性能大提高了。2、 基于89C51的系統硬件設計2.1 并行口的擴展的電路設計 眾所周知,C51系列的單片機都有四個I/O口(P0、P1、P2、P3),那么AT89C51也不例外,但我們通常僅僅使用P1口作為并行口,而令其余口(P2、P3)處于閑置狀態,所以這次設計,我們就是使用閑置不用的P3口做為選能信號線來將P1口進行并行口擴展。 (1) 種方式的并行口擴展優點 連線簡單; 不占用存儲器空間; (2) 編程也方便靈活。但也有很大的缺點 并行口擴展能力有限,(如使用74LS573(74LS373)且不進行驅動處理,則最多可擴展4個同樣類型的并行輸出端口,當然還需要與之對應的四個選通信號。) 如擴展較多,選通信號占用并行口位數太多,例如欲擴展8個并行輸出端口,則需要8個選能信號,此時,僅選能信號就占用了一個8位并行口,這對在I/O端口線有限的單片機系統中,如此浪費資源的現象是不能容忍的。在本次的設計中,采用芯片74HC573(帶三態輸出的八進制透明D型鎖存器)對P1口進行了一個8位并行口的擴展,選通信號選用P3口的P3.3引腳。原理圖如圖1所示:
上傳時間： 2013-11-18
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九.輸入/輸出保護為了支持多任務，80386不僅要有效地實現任務隔離，而且還要有效地控制各任務的輸入/輸出，避免輸入/輸出沖突。本文將介紹輸入輸出保護。 這里下載本文源代碼。 <一>輸入/輸出保護80386采用I/O特權級IPOL和I/O許可位圖的方法來控制輸入/輸出，實現輸入/輸出保護。 1.I/O敏感指令輸入輸出特權級(I/O Privilege Level)規定了可以執行所有與I/O相關的指令和訪問I/O空間中所有地址的最外層特權級。IOPL的值在如下圖所示的標志寄存器中。 標 志寄存器 BIT31—BIT18 BIT17 BIT16 BIT15 BIT14 BIT13—BIT12 BIT11 BIT10 BIT9 BIT8 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 00000000000000 VM RF 0 NT IOPL OF DF IF TF SF ZF 0 AF 0 PF 1 CF I/O許可位圖規定了I/O空間中的哪些地址可以由在任何特權級執行的程序所訪問。I/O許可位圖在任務狀態段TSS中。 I/O敏感指令 指令 功能 保護方式下的執行條件 CLI 清除EFLAGS中的IF位 CPL<=IOPL STI 設置EFLAGS中的IF位 CPL<=IOPL IN 從I/O地址讀出數據 CPL<=IOPL或I/O位圖許可 INS 從I/O地址讀出字符串 CPL<=IOPL或I/O位圖許可 OUT 向I/O地址寫數據 CPL<=IOPL或I/O位圖許可 OUTS 向I/O地址寫字符串 CPL<=IOPL或I/O位圖許可 上表所列指令稱為I/O敏感指令，由于這些指令與I/O有關，并且只有在滿足所列條件時才可以執行，所以把它們稱為I/O敏感指令。從表中可見，當前特權級不在I/O特權級外層時，可以正常執行所列的全部I/O敏感指令；當特權級在I/O特權級外層時，執行CLI和STI指令將引起通用保護異常，而其它四條指令是否能夠被執行要根據訪問的I/O地址及I/O許可位圖情況而定(在下面論述)，如果條件不滿足而執行，那么將引起出錯碼為0的通用保護異常。 由于每個任務使用各自的EFLAGS值和擁有自己的TSS，所以每個任務可以有不同的IOPL，并且可以定義不同的I/O許可位圖。注意，這些I/O敏感指令在實模式下總是可執行的。 2.I/O許可位圖如果只用IOPL限制I/O指令的執行是很不方便的，不能滿足實際要求需要。因為這樣做會使得在特權級3執行的應用程序要么可訪問所有I/O地址，要么不可訪問所有I/O地址。實際需要與此剛好相反，只允許任務甲的應用程序訪問部分I/O地址，只允許任務乙的應用程序訪問另一部分I/O地址，以避免任務甲和任務乙在訪問I/O地址時發生沖突，從而避免任務甲和任務乙使用使用獨享設備時發生沖突。 因此，在IOPL的基礎上又采用了I/O許可位圖。I/O許可位圖由二進制位串組成。位串中的每一位依次對應一個I/O地址，位串的第0位對應I/O地址0，位串的第n位對應I/O地址n。如果位串中的第位為0，那么對應的I/O地址m可以由在任何特權級執行的程序訪問；否則對應的I/O地址m只能由在IOPL特權級或更內層特權級執行的程序訪問。如果在I/O外層特權級執行的程序訪問位串中位值為1的位所對應的I/O地址，那么將引起通用保護異常。 I/O地址空間按字節進行編址。一條I/O指令最多可涉及四個I/O地址。在需要根據I/O位圖決定是否可訪問I/O地址的情況下，當一條I/O指令涉及多個I/O地址時，只有這多個I/O地址所對應的I/O許可位圖中的位都為0時，該I/O指令才能被正常執行，如果對應位中任一位為1，就會引起通用保護異常。 80386支持的I/O地址空間大小是64K，所以構成I/O許可位圖的二進制位串最大長度是64K個位，即位圖的有效部分最大為8K字節。一個任務實際需要使用的I/O許可位圖大小通常要遠小于這個數目。 當前任務使用的I/O許可位圖存儲在當前任務TSS中低端的64K字節內。I/O許可位圖總以字節為單位存儲，所以位串所含的位數總被認為是8的倍數。從前文中所述的TSS格式可見，TSS內偏移66H的字確定I/O許可位圖的開始偏移。由于I/O許可位圖最長可達8K字節，所以開始偏移應小于56K，但必須大于等于104，因為TSS中前104字節為TSS的固定格式，用于保存任務的狀態。 1.I/O訪問許可檢查細節保護模式下處理器在執行I/O指令時進行許可檢查的細節如下所示。 (1)若CPL<=IOPL，則直接轉步驟(8)；(2)取得I/O位圖開始偏移；(3)計算I/O地址對應位所在字節在I/O許可位圖內的偏移；(4)計算位偏移以形成屏蔽碼值，即計算I/O地址對應位在字節中的第幾位；(5)把字節偏移加上位圖開始偏移，再加1，所得值與TSS界限比較，若越界，則產生出錯碼為0的通用保護故障；(6)若不越界，則從位圖中讀對應字節及下一個字節；(7)把讀出的兩個字節與屏蔽碼進行與運算，若結果不為0表示檢查未通過，則產生出錯碼為0的通用保護故障；(8)進行I/O訪問。設某一任務的TSS段如下： TSSSEG SEGMENT PARA USE16 TSS <> ;TSS低端固定格式部分 DB 8 DUP(0) ;對應I/O端口00H—3FH DB 10000000B ;對應I/O端口40H—47H DB 01100000B ;對用I/O端口48H—4FH DB 8182 DUP(0ffH) ;對應I/O端口50H—0FFFFH DB 0FFH ;位圖結束字節TSSLen = $TSSSEG ENDS 再假設IOPL=1，CPL=3。那么如下I/O指令有些能正常執行，有些會引起通用保護異常： in al,21h ;(1)正常執行 in al,47h ;(2)引起異常 out 20h,al ;(3)正常實行 out 4eh,al ;(4)引起異常 in al,20h ;(5)正常執行 out 20h,eax ;(6)正常執行 out 4ch,ax ;(7)引起異常 in ax,46h ;(8)引起異常 in eax,42h ;(9)正常執行 由上述I/O許可檢查的細節可見，不論是否必要，當進行許可位檢查時，80386總是從I/O許可位圖中讀取兩個字節。目的是為了盡快地執行I/O許可檢查。一方面，常常要讀取I/O許可位圖的兩個字節。例如，上面的第(8)條指令要對I/O位圖中的兩個位進行檢查，其低位是某個字節的最高位，高位是下一個字節的最低位。可見即使只要檢查兩個位，也可能需要讀取兩個字節。另一方面，最多檢查四個連續的位，即最多也只需讀取兩個字節。所以每次要讀取兩個字節。這也是在判別是否越界時再加1的原因。為此，為了避免在讀取I/O許可位圖的最高字節時產生越界，必須在I/O許可位圖的最后填加一個全1的字節，即0FFH。此全1的字節應填加在最后一個位圖字節之后，TSS界限范圍之前，即讓填加的全1字節在TSS界限之內。 I/O許可位圖開始偏移加8K所得的值與TSS界限值二者中較小的值決定I/O許可位圖的末端。當TSS的界限大于I/O許可位圖開始偏移加8K時，I/O許可位圖的有效部分就有8K字節，I/O許可檢查全部根據全部根據該位圖進行。當TSS的界限不大于I/O許可位圖開始偏移加8K時，I/O許可位圖有效部分就不到8K字節，于是對較小I/O地址訪問的許可檢查根據位圖進行，而對較大I/O地址訪問的許可檢查總被認為不可訪問而引起通用保護故障。因為這時會發生字節越界而引起通用保護異常，所以在這種情況下，可認為不足的I/O許可位圖的高端部分全為1。利用這個特點，可大大節約TSS中I/O許可位圖占用的存儲單元，也就大大減小了TSS段的長度。 <二>重要標志保護輸入輸出的保護與存儲在標志寄存器EFLAGS中的IOPL密切相關，顯然不能允許隨便地改變IOPL，否則就不能有效地實現輸入輸出保護。類似地，對EFLAGS中的IF位也必須加以保護，否則CLI和STI作為敏感指令對待是無意義的。此外，EFLAGS中的VM位決定著處理器是否按虛擬8086方式工作。 80386對EFLAGS中的這三個字段的處理比較特殊，只有在較高特權級執行的程序才能執行IRET、POPF、CLI和STI等指令改變它們。下表列出了不同特權級下對這三個字段的處理情況。 不同特權級對標志寄存器特殊字段的處理 特權級 VM標志字段 IOPL標志字段 IF標志字段 CPL=0 可變(初POPF指令外) 可變 可變 0 不變 不變 可變 CPL>IOPL 不變 不變 不變 從表中可見，只有在特權級0執行的程序才可以修改IOPL位及VM位；只能由相對于IOPL同級或更內層特權級執行的程序才可以修改IF位。與CLI和STI指令不同，在特權級不滿足上述條件的情況下，當執行POPF指令和IRET指令時，如果試圖修改這些字段中的任何一個字段，并不引起異常，但試圖要修改的字段也未被修改，也不給出任何特別的信息。此外，指令POPF總不能改變VM位，而PUSHF指令所壓入的標志中的VM位總為0。 <三>演示輸入輸出保護的實例(實例九)下面給出一個用于演示輸入輸出保護的實例。演示內容包括：I/O許可位圖的作用、I/O敏感指令引起的異常和特權指令引起的異常；使用段間調用指令CALL通過任務門調用任務，實現任務嵌套。 1.演示步驟實例演示的內容比較豐富，具體演示步驟如下：(1)在實模式下做必要準備后，切換到保護模式；(2)進入保護模式的臨時代碼段后，把演示任務的TSS段描述符裝入TR，并設置演示任務的堆棧；(3)進入演示代碼段，演示代碼段的特權級是0；(4)通過任務門調用測試任務1。測試任務1能夠順利進行；(5)通過任務門調用測試任務2。測試任務2演示由于違反I/O許可位圖規定而導致通用保護異常；(6)通過任務門調用測試任務3。測試任務3演示I/O敏感指令如何引起通用保護異常；(7)通過任務門調用測試任務4。測試任務4演示特權指令如何引起通用保護異常；(8)從演示代碼轉臨時代碼，準備返回實模式；(9)返回實模式，并作結束處理。
上傳時間： 2013-12-11
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用單片機實現溫度遠程顯示摘 要：文章介紹了用AT89S8252單片機的串行接口與智能溫度巡回檢測儀（XJ-08S）通過RS—485總線相互通訊實現熱水溫度遠程顯示的一種低成本解決方案，內容涉及RS—485總線通訊、單片機驅動數碼管顯示、數據轉換以及鍵盤處理軟硬件設計等內容。關鍵詞：單片機 RS—485總線 數碼管顯示 數據轉換 鍵盤處理一、前 言目前檢測溫度一般采用熱電偶或熱敏電阻作為傳感器，這種傳感器至儀表之間一般都要用專用的溫度補償導線，而溫度補償導線價格很貴，并且線路太長也會影響測量精度。在實際應用中往往需要對較遠處（1KM左右）的溫度信號進行監視。現有的解決方案有很多，例如：1、 在現場用智能儀表對溫度信號進行測量，用計算機作上位機與智能儀表進行通訊來實現遠程溫度監測（采用這種方案要增加計算機設備及相關計算機軟件）。2、 NCU+DDC實現遠程溫度監測。用兩個DDC，一個安裝在現場測量溫度，另一個安裝在監視地，兩個DDC通過NCU進行通訊從而實現遠程溫度監測。但以上方案都存在成本高的問題，有沒有低成本的解決方案呢？其實，在單片機應用日益廣泛的今天，完全可以用單片機以極低的成本來實現遠程溫度監測。二、問題的提出我單位管理的鍋爐房同時給兩棟建筑物內的兩家酒店供應蒸汽，由安裝在兩棟建筑物地下室的熱交換器進行熱交換后產生熱水送給客房。從鍋爐房至兩個熱交換站的距離分別約600米，值班人員要不停地奔波于兩個熱交換站與鍋爐房之間進行設備巡視，檢查熱水溫度是否控制在規定的范圍，這樣不僅增加了值班人員的勞動強度，同時也使鍋爐房經常無人(因每班1人值班)。如果能在鍋爐房顯示兩個熱交換站內各熱交換器的熱水溫度，則值班人員僅在熱水溫度異常時才需到各熱交換站檢查設備，這樣便可解決上述問題。我公司曾就此問題找專業公司作過方案，其報價在人民幣１０萬元左右，后因種種原因該項目未實施。經過分析，本人發現可以用單片機+智能儀表以低成本實現溫度遠程顯示，并且經過實驗取得了成功，現將設計方案簡述如下：三、控制要求及解決方案選擇 1、 兩個熱交換站分高低區共安裝有8個熱交換器，正常水溫在45oC至65oC之間；兩個熱交換站與鍋爐房的距離分別為500米和600米左右。2、 要求在鍋爐房能以巡回及定點兩種方式顯示8個熱交換器的熱水溫度，巡回方式以3秒為周期輪流更新及顯示各熱交換器熱水溫度。定點方式時每按上鍵或下鍵一次則顯示上或下一個熱交換器熱水溫度，每3秒自動更新數據一次。3、 根據控制要求選擇單片機+智能儀表的解決方案：用帶通訊接口的智能儀表安裝在現場測量溫度，設計制作一個單片機裝置完成與智能儀表的通訊及數據顯示。四、通訊協議、智能儀表選擇及其參數介紹因熱水溫度信號變化較慢，因而對通信的速度要求不高，對于這種低速率遠距離的通訊選用RS-485總線適宜。RS-485是EIA（美國電子工業聯合會）在1983年公布的新的平衡傳輸標準，是工業界使用最為廣泛的雙向、平衡傳輸線標準接口，它以半雙工方式通信，支持多點連接，傳統驅動器允許創建多達32個節點的網絡，且其具有傳輸距離遠（最大傳輸距離為1200M），傳輸速度快（1200M時為100KBPS）等優點。其連接方法如下圖所示。
上傳時間： 2013-10-12
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