PC機之間串口通信的實現一、實驗目的 １．熟悉微機接口實驗裝置的結構和使用方法。 ２．掌握通信接口芯片8251和8250的功能和使用方法。 ３．學會串行通信程序的編制方法。 二、實驗內容與要求 １．基本要求主機接收開關量輸入的數據（二進制或十六進制），從鍵盤上按“傳輸”鍵（可自行定義），就將該數據通過8251A傳輸出去。終端接收后在顯示器上顯示數據。具體操作說明如下：（１）出現提示信息“start with R in the board!”，通過調整乒乓開關的狀態，設置8位數據；（２）在小鍵盤上按“R”鍵，系統將此時乒乓開關的狀態讀入計算機I中，并顯示出來，同時顯示經串行通訊后，計算機II接收到的數據；（３）完成后，系統提示“do you want to send another data? Y/N”，根據用戶需要，在鍵盤按下“Y”鍵，則重復步驟（1），進行另一數據的通訊；在鍵盤按除“Y”鍵外的任意鍵，將退出本程序。２．提高要求 能夠進行出錯處理，例如采用奇偶校驗，出錯重傳或者采用接收方回傳和發送方確認來保證發送和接收正確。 三、設計報告要求 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、8251A通用串行輸入/輸出接口芯片由于CPU與接口之間按并行方式傳輸，接口與外設之間按串行方式傳輸，因此，在串行接口中，必須要有“接收移位寄存器”（串→并）和“發送移位寄存器”（并→串）。能夠完成上述“串←→并”轉換功能的電路，通常稱為“通用異步收發器”（UART：Universal Asynchronous Receiver and Transmitter）,典型的芯片有：Intel 8250/8251。8251A異步工作方式：如果8251A編程為異步方式，在需要發送字符時，必須首先設置TXEN和CTS#為有效狀態，TXEN(Transmitter Enable)是允許發送信號，是命令寄存器中的一位；CTS#(Clear To Send)是由外設發來的對CPU請求發送信號的響應信號。然后就開始發送過程。在發送時，每當CPU送往發送緩沖器一個字符，發送器自動為這個字符加上1個起始位，并且按照編程要求加上奇／偶校驗位以及1個、1.5個或者2個停止位。串行數據以起始位開始，接著是最低有效數據位，最高有效位的后面是奇／偶校驗位，然后是停止位。按位發送的數據是以發送時鐘TXC的下降沿同步的，也就是說這些數據總是在發送時鐘TXC的下降沿從8251A發出。數據傳輸的波特率取決于編程時指定的波特率因子，為發送器時鐘頻率的1、1/16或1/64。當波特率指定為16時，數據傳輸的波特率就是發送器時鐘頻率的1/16。CPU通過數據總線將數據送到8251A的數據輸出緩沖寄存器以后，再傳輸到發送緩沖器，經移位寄存器移位，將并行數據變為串行數據，從TxD端送往外部設備。在8251A接收字符時，命令寄存器的接收允許位RxE(Receiver Enable)必須為1。8251A通過檢測RxD引腳上的低電平來準備接收字符，在沒有字符傳送時RxD端為高電平。8251A不斷地檢測RxD引腳，從RxD端上檢測到低電平以后，便認為是串行數據的起始位，并且啟動接收控制電路中的一個計數器來進行計數，計數器的頻率等于接收器時鐘頻率。計數器是作為接收器采樣定時，當計數到相當于半個數位的傳輸時間時再次對RxD端進行采樣，如果仍為低電平，則確認該數位是一個有效的起始位。若傳輸一個字符需要16個時鐘，那么就是要在計數8個時鐘后采樣到低電平。之后，8251A每隔一個數位的傳輸時間對RxD端采樣一次，依次確定串行數據位的值。串行數據位順序進入接收移位寄存器，通過校驗并除去停止位，變成并行數據以后通過內部數據總線送入接收緩沖器，此時發出有效狀態的RxRDY信號通知CPU，通知CPU8251A已經收到一個有效的數據。一個字符對應的數據可以是5～8位。如果一個字符對應的數據不到8位，8251A會在移位轉換成并行數據的時候，自動把他們的高位補成0。 五、系統總體設計方案根據系統設計的要求，對系統設計的總體方案進行論證分析如下：1．獲取8位開關量可使用實驗臺上的8255A可編程并行接口芯片，因為只要獲取8位數據量，只需使用基本輸入和8位數據線，所以將8255A工作在方式0，PA0-PA7接實驗臺上的8位開關量。2．當使用串口進行數據傳送時，雖然同步通信速度遠遠高于異步通信，可達500kbit/s，但由于其需要有一個時鐘來實現發送端和接收端之間的同步，硬件電路復雜，通常計算機之間的通信只采用異步通信。3．由于8251A本身沒有時鐘，需要外部提供，所以本設計中使用實驗臺上的8253芯片的計數器2來實現。4：顯示和鍵盤輸入均使用DOS功能調用來實現。設計思路框圖，如下圖所示： 六、硬件設計硬件電路主要分為8位開關量數據獲取電路，串行通信數據發送電路，串行通信數據接收電路三個部分。1．8位開關量數據獲取電路該電路主要是利用8255并行接口讀取8位乒乓開關的數據。此次設計在獲取8位開關數據量時采用8255令其工作在方式0，A口輸入8位數據，CS#接實驗臺上CS1口，對應端口為280H-283H，PA0-PA7接8個開關。2．串行通信電路串行通信電路本設計中8253主要為8251充當頻率發生器，接線如下圖所示。
上傳時間： 2013-12-19
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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。
上傳時間： 2013-11-06
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交通燈控制器的設計與實現一、實驗目的1． 了解交通燈管理的基本工作原理。2． 熟悉8253計數器/定時器、8259A中斷控制器和8255A并行接口的工作方式及應用編程。3． 掌握多位LED顯示的方法。 二、 實驗內容與要求設計一個用于十字路口的交通燈控制器。1．基本要求： 1) 東西和南北方向各有一組紅,黃,綠燈用于指揮交通,紅,黃,綠的持續時間分別為25s,5s,20s。2) 當有緊急情況（如消防車）時，兩個方向均為紅燈亮，計時停止，當特殊情況結束后，控制器恢復原來狀態，正常工作。3) 一組數碼管，以倒計時方式顯示兩個方向允許通行或禁止通行的時間。2．提高部分：1) 實時修改交通燈的持續時間。2) 根據不同時段對主要交通方向的信號進行調整。3) 可以使用LCD顯示提示信息。 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、總體設計交通燈的工作過程如下：設十字路口的1、3為南，北方向，2、4為東西方向，初始態為4個路口的紅燈全亮。之后，1、3路口的綠燈亮，2、4路口的紅燈亮，1、3路口方向通車，2個路口的LED數碼管開始倒計時25秒。延遲20秒后，1、3路口的綠燈熄滅，而1，3路口的黃燈開始閃爍（1HZ）。閃爍5次后，1、3路口的紅燈亮，同時2、4路口的綠燈亮，2、4路口方向開始通車，2個路口的LED數碼管重新開始倒計時25秒。延遲20秒時間后，2、4路口的綠燈熄滅，而黃燈開始閃爍。閃爍5次后，再切換到1、3路口方向。之后，重復上述過程。當有緊急情況時，2個方向都紅燈亮，倒計時停止，車輛禁止通行，當緊急情況結束后，控制器恢復以前的狀態繼續工作。 在設計中采用6個發光二極管來模擬2個路口的黃紅綠燈，每個路口用2個數碼管來顯示通行或禁止剩余的時間。緊急情況用一個單脈沖發生單元申請中斷來模擬，緊急情況結束后，再發一個中斷來恢復以前的狀態。 根據前面的介紹，本設計硬件由定時模塊、發光二極管模塊、數碼管顯示模塊和緊急中斷模塊組成。定時模塊采用硬件定時和軟件定時相結合的方法，用8253定時/計數器定時100ms，再用軟件計時實現所需的定時。發光二極管模塊由8255控制發光二極管來實現。數碼管顯示模塊由實驗平臺上的LED顯示模塊實現。緊急中斷模塊是由單脈沖發生單元和8279中斷控制器組成。 程序主要是由定時子程序、發光二極管顯示子程序、數碼管顯示子程序和中斷服務程序組成。包括對8253、8255以及8259等可編程器件的編程。 五、硬件設計 本課題的設計可通過實驗平臺上的一些功能模塊電路組成，由于各模塊電路內部已經連接，用戶在使用時只要設計模塊間電路的連接，因此，硬件電路的設計及實現相對簡單。完整系統的硬件連接如圖1所示。硬件電路由定時模塊、發光二極管模塊、數碼管顯示模塊和緊急中斷模塊組成。 定時模塊是由8253的計數器0來實現定時100ms。Clk0接實驗平臺分頻電路輸出Q6，f＝46875hz。GATE0接8255的PA0，由8255輸出來控制計數器的起停。OUT0接8259的IRQ2，定時完成申請中斷，進入中斷服務程序。 發光二極管顯示模塊由8255輸出來控制發光二極管的亮滅。8255輸出為低電平時，對應的發光二極管就點亮，否則就熄滅。8255的接口電路如圖2所示。交通燈的對應關系如下：L7 L6 L5 L2 L1 L0PC7 PC6 PC5 PC2 PC1 PC013紅燈 13黃燈 13綠燈 24紅燈 24黃燈 24綠燈 實驗平臺上提供一組六個LED數碼管。插孔CS1用于數碼管段選的輸出選通，插孔CS2用于數碼管位選信號的輸出選通。本設計用4個數碼管來倒計時。 緊急中斷模塊是由單脈沖發生單元和8259中斷控制器，單脈沖發生單元主要用來請求中斷，然后做出緊急情況處理。
標簽： 交通燈控制器
上傳時間： 2013-10-07
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家電制造業的競爭日益激烈，市場調整壓力越來越大，原始設備制造商們（OEM）為了面對這一挑戰，必須在滿足電磁兼容性的條件下，不斷降低產品的成本。由于強調成本控制，為防止由電源和信號線的瞬變所產生的電器故障而實施必要的瞬態免疫保護，對于家電設計者來說變得更具挑戰性。由于傳統的電源設計和電磁干擾（EMI）控制措施為節約成本讓路，家電設計者必須開發出新的技術來滿足不斷調整的電磁兼容（EMC）需求。本應用筆記探討了瞬態電氣干擾對嵌入式微控制器（MCU）的影響，并提供了切實可行的硬件和軟件設計技術，這些技術可以為電快速瞬變（EFT）、靜電放電（ESD）以及其它電源線或信號線的短時瞬變提供低成本的保護措施。雖然這種探討是主要針對家電制造商，但是也適用于消費電子、工業以及汽車電子方面的應用。 低成本的基于MCU 的嵌入式應用特別容易受到ESD 和EFT 影響降低性能。即使是運行在較低時鐘頻率下的微控制器，通常對快速上升時間瞬變也很敏感。這種敏感性歸咎于所使用的工藝技術。如今針對低成本8/16位的MCU的半導體工藝技術所實現的晶體管柵極長度在0.65 μm～0.25 μm范圍內。此范圍內的柵極長度能產生和響應上升時間在次納秒范圍內（或超過300 MHz 的等同帶寬）的信號。因此， MCU 能夠響應進入其引腳的ESD 或EFT 信號。除上述工藝技術之外， MCU 在ESD 或EFT 事件中的性能還會受到IC 設計及其封裝、印刷電路板（PCB）的設計、MCU 上運行的軟件、系統設計以及ESD 或EFT 波形特征的影響。各因素的相對影響（強調對最大影響的貢獻）如圖1 所示。
上傳時間： 2013-11-09
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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。
上傳時間： 2013-11-22
上傳用戶：sssnaxie
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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隨著單片機性能不斷提高而價格卻不斷下降, 單片機控制在越來越多的領域得以應用。按照傳統的模式, 在整個項目開發過程中, 先根據控制系統要求設計原理圖, PCB 電路圖繪制, 電路板制作, 元器件的焊接, 然后進行軟件編程, 通過仿真器對系統硬件和軟件調試, 最后將調試成功的程序固化到單片機中。這一過程中的主要問題是, 應用程序需要在硬件完成的情況下才能進行調試。雖然有的軟件可以進行模擬調試, 但是對于一些復雜的程序如人機交互程序, 在沒有硬件的時候, 沒有界面的真實感, 給調試帶來困難。在軟硬件的配合中如需要修改硬件, 要重新制板, 在時間和投入上帶來很大的麻煩。縱觀整個過程, 無論是從硬件成本上, 還是從調試周期上, 傳統開發模式的效率有待提高。能否只使用一種開發工具兼顧仿真, 調試, 制板, 以及最大限度的軟件模擬來作為單片機的開發平臺, 用它取代編程器、仿真器、成品前的硬件測試等工作是廣大單片機開發者的夢想。 PROTEUS 軟件介紹為了更加直觀具體地說明Proteus 軟件的實用價值, 本文以一具體的TAXI 的計價器和計時器電路板的設計過程為例。其電路板要實現的功能是:㈠計時功能(相當于時鐘);㈡里程計價功能:兩公里以內價格為4 元, 以后每一公里加0.7 元, 不足一公里取整(如10.3 公里取11 公里);㈢通過鍵盤輸入里程, 模擬計算里程費, 實現Y= (X- 2)*0.7+4 的簡單計算。基于上述功能, 選用ATMEL 公司生產的通用芯片AT89C51 單片機構成應用系統。AT89C51 是內含8 位4K 程序存儲器, 128B 數據存儲器, 2 個定時器/計數器的通用芯片。系統開發環境采用ProteusISIS 6。2.1 計價器模擬系統硬件構成系統主要由一個AT89C51 單片機、74LS373、74LS240、矩陣鍵盤、4 位7 段數碼管等組成。通用AT89C51 單片機芯片作為整個電路的核心部分、74LS373 作為LED 段選控制、74LS240四路反相器則為4 位共陰極7 段數碼管提供位選通信號、矩陣鍵盤輸入控制信號。
上傳時間： 2013-11-09
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4位八段數碼管的十進制加計數仿真實驗，程序采用匯編語言編寫。此程序在仿真軟件上與EDN-51實驗板上均通過。仿真圖中的數碼管位驅動采用74HC04，如按EDN-51板上用想同的PNP三極管驅動在仿真軟件上則無法正常顯示。程序共分5塊，STAR0為數據初始化，STAR2為計數子程序，STAR3為4位數碼管動態顯示子程序，STAR4為按鍵掃描子程序，STS00是延時子程序。由于EDN-51實驗板上沒裝BCD譯碼器，所以編寫程序比較煩瑣。 程序如下： ORG 0000H LJMP STAR0 ;轉程序 SRAR0ORG 0200H ;程序地址 0200HSTAR0: CLR 00 ;位 00 清 0 MOV P1,#0FFH ;#0FFH-->P1 MOV P2,#0FH ;#0FH-->P2 MOV P0,#0FFH ;#0FFH-->P0 MOV 30H,#00H ;#00H-->30H MOV 31H,#00H ;#00H-->30H MOV 32H,#00H ;#00H-->30H MOV 33H,#00H ;#00H-->30H LJMP STAR3 ;轉程序 SRAR3STAR2: MOV A,#0AH ;#0AH-->A INC 30H ;30H+1 CJNE A,30H,STJE ;30H 與 A 比較,不等轉移 STJE MOV 30H,#00H ;#00H-->30H INC 31H ;31H+1 CJNE A,31H,STJE ;31H 與 A 比較,不等轉移 STJE MOV 31H,#00H ;#00H-->31H INC 32H ;32H+1 CJNE A,32H,STJE ;32H 與 A 比較,不等轉移 STJE MOV 32H,#00H ;#00H-->32H INC 33H ;33H+1 CJNE A,33H,STJE ;33H 與 A 比較,不等轉移 STJE MOV 33H,#00H ;#00H-->33H MOV 32H,#00H ;#00H-->32H MOV 31H,#00H ;#00H-->31H MOV 30H,#00H ;#00H-->30HSTJE: RET ;子程序調用返回STAR3: MOV R0,#30H ;#30H-->R0 MOV R6,#0F7H ;#0F7H-->R6SMG0: MOV P1,#0FFH ;#0FFH-->P1 MOV A,R6 ;R6-->A MOV P1,A ;A-->P1 RR A ;A向右移一位 MOV R6,A ;A-->R6 MOV A,@R0 ;@R0-->A ADD A,#04H ;#04H-->A MOVC A,@A+PC ;A+PC--> MOV P0,A ;A-->P0 AJMP SMG1 ;轉程序 SMG1SDATA: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H DB 92H,82H,0F8H,80H,90H SMG1: LCALL STAR4 ;轉子程序 SRAR4 LCALL STS00 ;轉子程序 STS00 INC R0 ;R0+1 CJNE R6,#07FH,SMG0 ;#07FH 與 R6 比較,不等轉移 SMG0 AJMP STAR3 ;轉程序 SRAR3STAR4: JNB P2.0,ST1 ;P2.0=0 轉 ST1 CLR 00 ;位 00 清 0 SJMP ST3 ;轉ST3ST1: JNB 00,ST2 ;位 00=0 轉 ST2 SJMP ST3 ;轉 ST3ST2: LCALL STAR2 ;調子程序 STAR2 SETB 00 ;位 00 置 1ST3: RET ;子程序調用返回ORG 0100H ;地址 0100HSTS00: MOV 60H,#003H ;#003H-->60H (211)DE001: MOV 61H,#0FFH ;#0FFH-->61H (255)DE002: DJNZ 61H,DE002 ;61H 減 1 不等于 0 轉 DE002 DJNZ 60H,DE001 ;60H 減 1 不等于 0 轉 DE001 RET ;子程序調用返回 END ;結束 上次的程序共有293句，經小組成員建議，本人經幾天的研究寫了下面的這個程序，現在的程序用了63句，精簡了230句。功能沒有減。如誰有更簡練的程序，請發上來，大家一起學習。 4位八段數碼管的十進制加計數仿真實驗(含電路圖和仿真文件)
上傳時間： 2013-10-11
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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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6位LED顯示接口說明：P0.0---P0.7 通過7406 驅動LED的8個段；P2.0---P2.5 通過UN2003驅動6個LED 的公共端
上傳時間： 2013-10-26
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