本系統針對設計制作簡易多功能計數器能接收函數信號發生器產生的信號，實現周期測量、頻率測量和時間間隔測量的功能的要求。通過分頻和整形，利用C8051F020 [1] 的可編程計數器陣列（PCA）的邊沿捕捉模式對信號的上升沿捕捉并計時，從而達到對頻率、周期和時間間隔測量的目的，并能使測量的范圍和測量精度達到預期的要求，還能實現顯示溫度、時間和記憶10 個測量過的歷史數據、顯示峰值等擴展需求。
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本文設計一種以C8051F020 單片機為處理器，雙模式USB 為接口的比色計儀器。該儀器可以工作在USB 設備和主機兩種模式。在設備模式下，能直接與計算機進行數據通信；在主機模式下，能讀寫Ｕ盤，通過U 盤進行數據的傳輸。儀器采用雙USB 插座，由單片機判斷確定設備的工作方式。
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MSP430系列flash型超低功耗16位單片機MSP430系列單片機在超低功耗和功能集成等方面有明顯的特點。該系列單片機自問世以來，頗受用戶關注。在2000年該系列單片機又出現了幾個FLASH型的成員，它們除了仍然具備適合應用在自動信號采集系統、電池供電便攜式裝置、超長時間連續工作的設備等領域的特點外，更具有開發方便、可以現場編程等優點。這些技術特點正是應用工程師特別感興趣的。《MSP430系列FLASH型超低功耗16位單片機》對該系列單片機的FLASH型成員的原理、結構、內部各功能模塊及開發方法與工具作詳細介紹。MSP430系列FLASH型超低功耗16位單片機 目錄 第1章 引 論1.1 MSP430系列單片機1.2 MSP430F11x系列1.3 MSP430F11x1系列1.4 MSP430F13x系列1.5 MSP430F14x系列第2章 結構概述2.1 引 言2.2 CPU2.3 程序存儲器2.4 數據存儲器2.5 運行控制2.6 外圍模塊2.7 振蕩器與時鐘發生器第3章 系統復位、中斷及工作模式3.1 系統復位和初始化3.1.1 引 言3.1.2 系統復位后的設備初始化3.2 中斷系統結構3.3 MSP430 中斷優先級3.3.1 中斷操作--復位/NMI3.3.2 中斷操作--振蕩器失效控制3.4 中斷處理 3.4.1 SFR中的中斷控制位3.4.2 中斷向量地址3.4.3 外部中斷3.5 工作模式3.5.1 低功耗模式0、1（LPM0和LPM1）3.5.2 低功耗模式2、3（LPM2和LPM3）3.5.3 低功耗模式4（LPM4）22 3.6 低功耗應用的要點23第4章 存儲空間4.1 引 言4.2 存儲器中的數據4.3 片內ROM組織4.3.1 ROM 表的處理4.3.2 計算分支跳轉和子程序調用4.4 RAM 和外圍模塊組織4.4.1 RAM4.4.2 外圍模塊--地址定位4.4.3 外圍模塊--SFR4.5 FLASH存儲器4.5.1 FLASH存儲器的組織4.5.2 FALSH存儲器的數據結構4.5.3 FLASH存儲器的控制寄存器4.5.4 FLASH存儲器的安全鍵值與中斷4.5.5 經JTAG接口訪問FLASH存儲器39第5章 16位CPU5.1 CPU寄存器5.1.1 程序計數器PC5.1.2 系統堆棧指針SP5.1.3 狀態寄存器SR5.1.4 常數發生寄存器CG1和CG25.2 尋址模式5.2.1 寄存器模式5.2.2 變址模式5.2.3 符號模式5.2.4 絕對模式5.2.5 間接模式5.2.6 間接增量模式5.2.7 立即模式5.2.8 指令的時鐘周期與長度5.3 指令組概述5.3.1 雙操作數指令5.3.2 單操作數指令5.3.3 條件跳轉5.3.4 模擬指令的簡短格式5.3.5 其他指令第6章 硬件乘法器6.1 硬件乘法器6.2 硬件乘法器操作6.2.1 無符號數相乘(16位×16位、16位×8位、8位×16位、8位×8位)6.2.2 有符號數相乘(16位×16位、16位×8位、8位×16位、8位×8位)6.2.3 無符號數乘加(16位×16位、16位×8位、8位×16位、8位×8位)6.2.4 有符號數乘加(16位×16位、16位×8位、8位×16位、8位×8位)6.3 硬件乘法器寄存器6.4 硬件乘法器的軟件限制6.4.1 尋址模式6.4.2 中斷程序6.4.3 MACS第7章 基礎時鐘模塊7.1 基礎時鐘模塊7.2 LFXT1與XT27.2.1 LFXT1振蕩器7.2.2 XT2振蕩器7.2.3 振蕩器失效檢測7.2.4 XT振蕩器失效時的DCO7.3 DCO振蕩器7.3.1 DCO振蕩器的特性7.3.2 DCO調整器7.4 時鐘與運行模式7.4.1 由PUC啟動7.4.2 基礎時鐘調整7.4.3 用于低功耗的基礎時鐘特性7.4.4 選擇晶振產生MCLK7.4.5 時鐘信號的同步7.5 基礎時鐘模塊控制寄存器7.5.1 DCO時鐘頻率控制7.5.2 振蕩器與時鐘控制寄存器7.5.3 SFR控制位第8章 輸入輸出端口8.1 引 言8.2 端口P1、P28.2.1 P1、P2的控制寄存器8.2.2 P1、P2的原理8.2.3 P1、P2的中斷控制功能8.3 端口P3、P4、P5和P68.3.1 端口P3、P4、P5和P6的控制寄存器8.3.2 端口P3、P4、P5和P6的端口邏輯第9章 看門狗定時器WDT9.1 看門狗定時器9.2 WDT寄存器9.3 WDT中斷控制功能9.4 WDT操作第10章 16位定時器Timer_A10.1 引 言10.2 Timer_A的操作10.2.1 定時器模式控制10.2.2 時鐘源選擇和分頻10.2.3 定時器啟動10.3 定時器模式10.3.1 停止模式10.3.2 增計數模式10.3.3 連續模式10.3.4 增/減計數模式10.4 捕獲/比較模塊10.4.1 捕獲模式10.4.2 比較模式10.5 輸出單元10.5.1 輸出模式10.5.2 輸出控制模塊10.5.3 輸出舉例10.6 Timer_A的寄存器10.6.1 Timer_A控制寄存器TACTL10.6.2 Timer_A寄存器TAR10.6.3 捕獲/比較控制寄存器CCTLx10.6.4 Timer_A中斷向量寄存器10.7 Timer_A的UART應用 第11章 16位定時器Timer_B11.1 引 言11.2 Timer_B的操作11.2.1 定時器長度11.2.2 定時器模式控制11.2.3 時鐘源選擇和分頻11.2.4 定時器啟動11.3 定時器模式11.3.1 停止模式11.3.2 增計數模式11.3.3 連續模式11.3.4 增/減計數模式11.4 捕獲/比較模塊11.4.1 捕獲模式11.4.2 比較模式11.5 輸出單元11.5.1 輸出模式11.5.2 輸出控制模塊11.5.3 輸出舉例11.6 Timer_B的寄存器11.6.1 Timer_B控制寄存器TBCTL11.6.2 Timer_B寄存器TBR11.6.3 捕獲/比較控制寄存器CCTLx11.6.4 Timer_B中斷向量寄存器第12章 USART通信模塊的UART功能12.1 異步模式12.1.1 異步幀格式12.1.2 異步通信的波特率發生器12.1.3 異步通信格式12.1.4 線路空閑多機模式12.1.5 地址位多機通信格式12.2 中斷和中斷允許12.2.1 USART接收允許12.2.2 USART發送允許12.2.3 USART接收中斷操作12.2.4 USART發送中斷操作12.3 控制和狀態寄存器12.3.1 USART控制寄存器UCTL12.3.2 發送控制寄存器UTCTL12.3.3 接收控制寄存器URCTL12.3.4 波特率選擇和調整控制寄存器12.3.5 USART接收數據緩存URXBUF12.3.6 USART發送數據緩存UTXBUF12.4 UART模式，低功耗模式應用特性12.4.1 由UART幀啟動接收操作12.4.2 時鐘頻率的充分利用與UART的波特率12.4.3 多處理機模式對節約MSP430資源的支持12.5 波特率計算 第13章 USART通信模塊的SPI功能13.1 USART同步操作13.1.1 SPI模式中的主模式13.1.2 SPI模式中的從模式13.2 中斷與控制功能 13.2.1 USART接收/發送允許位及接收操作13.2.2 USART接收/發送允許位及發送操作13.2.3 USART接收中斷操作13.2.4 USART發送中斷操作13.3 控制與狀態寄存器13.3.1 USART控制寄存器13.3.2 發送控制寄存器UTCTL13.3.3 接收控制寄存器URCTL13.3.4 波特率選擇和調制控制寄存器13.3.5 USART接收數據緩存URXBUF13.3.6 USART發送數據緩存UTXBUF第14章 比較器Comparator_A14.1 概 述14.2 比較器A原理14.2.1 輸入模擬開關14.2.2 輸入多路切換14.2.3 比較器14.2.4 輸出濾波器14.2.5 參考電平發生器14.2.6 比較器A中斷電路14.3 比較器A控制寄存器14.3.1 控制寄存器CACTL114.3.2 控制寄存器CACTL214.3.3 端口禁止寄存器CAPD14.4 比較器A應用14.4.1 模擬信號在數字端口的輸入14.4.2 比較器A測量電阻元件14.4.3 兩個獨立電阻元件的測量系統14.4.4 比較器A檢測電流或電壓14.4.5 比較器A測量電流或電壓14.4.6 測量比較器A的偏壓14.4.7 比較器A的偏壓補償14.4.8 增加比較器A的回差第15章 模數轉換器ADC1215.1 概 述15.2 ADC12的工作原理及操作15.2.1 ADC內核15.2.2 參考電平15.3 模擬輸入與多路切換15.3.1 模擬多路切換15.3.2 輸入信號15.3.3 熱敏二極管的使用15.4 轉換存儲15.5 轉換模式15.5.1 單通道單次轉換模式15.5.2 序列通道單次轉換模式15.5.3 單通道重復轉換模式15.5.4 序列通道重復轉換模式15.5.5 轉換模式之間的切換15.5.6 低功耗15.6 轉換時鐘與轉換速度15.7 采 樣15.7.1 采樣操作15.7.2 采樣信號輸入選擇15.7.3 采樣模式15.7.4 MSC位的使用15.7.5 采樣時序15.8 ADC12控制寄存器15.8.1 控制寄存器ADC12CTL0和ADC12CTL115.8.2 轉換存儲寄存器ADC12MEMx15.8.3 控制寄存器ADC12MCTLx15.8.4 中斷標志寄存器ADC12IFG.x和中斷允許寄存器ADC12IEN.x15.8.5 中斷向量寄存器ADC12IV15.9 ADC12接地與降噪第16章 FLASH型芯片的開發16.1 開發系統概述16.1.1 開發技術16.1.2 MSP430系列的開發16.1.3 MSP430F系列的開發16.2 FLASH型的FET開發方法16.2.1 MSP430芯片的JTAG接口16.2.2 FLASH型仿真工具16.3 FLASH型的BOOT ROM16.3.1 標準復位過程和進入BSL過程16.3.2 BSL的UART協議16.3.3 數據格式16.3.4 退出BSL16.3.5 保護口令16.3.6 BSL的內部設置和資源附錄A 尋址空間附錄B 指令說明B.1 指令匯總B.2 指令格式B.3 不增加ROM開銷的模擬指令B.4 指令說明（字母順序）B.5 用幾條指令模擬的宏指令附錄C MSP430系列單片機參數表附錄D MSP430系列單片機封裝形式附錄E MSP430系列器件命名
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SPMC75低功耗操作:本應用例介紹如何設置使SPMC75F2413A進入節電模式。1.2 模式簡介SPMC75F2413A有標準模式和兩種節電模式（等待模式和就緒模式），相應功能如下： 標準模式（Normal）芯片在標準模式下運行耗電最大，所有的外設都可用。 等待模式（Wait）等待模式下，只有CPU掉電停止工作以降低功耗。其它外設保持著先前的狀態并且功能可用。一旦喚醒，CPU將繼續工作，執行接下去的指令。 就緒模式（Standby）就緒模式下所有的模塊都變為無效，此時功耗達到最小。喚醒后，CPU復位并回到標準運行模式。其它外設可以通過軟件分別設置關閉。就緒模式下所有功能都會關閉，只有系統時鐘仍在工作。如果按鍵喚醒功能為有效，這兩種模式都可以通過按鍵喚醒。具體喚醒源的分類及喚醒功能的介紹請參考《SPMC75F2413A編程指南》。【注意】如果MCP定時器3或定時器4已經處于PWM輸出模式時，芯片不會進入等待或就緒模式。同樣在仿真模式下也無法進入等待或就緒模式。
上傳時間： 2013-11-20
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時鐘和低功耗模式片內集成有PLL(鎖相環)電路。外接的基準晶體+PLL(鎖相環)電路共同組成系統時鐘電路。有關引腳：XTAL1/CLKIN：外接的基準晶體到片內振蕩器輸入引腳；如使用外部振蕩器，外部振蕩器的輸出必須接該腳。XTAL2：片內PLL振蕩器輸出引腳；CLKOUT/IOPE0：該腳可作為時鐘輸出或通用IO腳；可用來輸出CPU時鐘或看門狗定時器時鐘；由系統控制狀態寄存器（SCSR1)中的位14決定。
上傳時間： 2013-10-24
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計算機控制小車推球（☆☆☆）利用計算機自動發布指令控制小車將物體推到指定位置攝像頭監控小車位置，通過圖像處理，對小車發布運動指令。計算機與小車之間的通信為串行通信（有線）或無線方式小車已有，可根據需要改進并編寫控制程序計算機控制小車走迷宮（☆☆☆☆）計算機控制小車走出迷宮其他與“小車推球”類似小車自動走迷宮（☆☆☆☆☆☆）沒有計算機，全部利用小車上的處理器進行控制需要良好的硬件及軟件能力，時間充裕兩組限制技術難點:圖像實時采集圖像處理——預處理，形狀檢測，小車跟蹤，攝像機標定最優線路生成閉環控制算法小車電機控制單片機編程、通信提供的材料:玩具小車一部，采用直流電機驅動。小車驅動電路板（89S52板+電機控制板各一）USB-RS232線纜一根無線模塊一對。基本要求:小車可根據需要自行改裝，如加裝標志物品，車牌號碼等（加分），但不得做破壞性設計（扣分）。 運行過程中不得故意劇烈沖撞迷宮（扣分）。 可使用任意軟件進行算法設計，但不得完全采用市場上已有的現成的可執行程序（即應能提供源代碼），軟件算法應能適應變化的迷宮。 小車與計算機的通訊可采用RS232串行通信模式，亦可采用無線模塊。
標簽： 走迷宮
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提出了一種改進的LSM-ALSM子空間模式識別方法，將LSM的旋轉策略引入ALSM，使子空間之間互不關聯的情況得到改善，提高了ALSM對相似樣本的區分能力。討論中以性能函數代替經驗函數來確定拒識規則的參數，實現了識別率、誤識率與拒識率之間的最佳平衡；通過對有限字符集的實驗結果表明，LSM-ALSM算法有效地改善了分類器的識別率和可靠性。關 鍵 詞 學習子空間; 性能函數; 散布矩陣; 最小描述長度在子空間模式識別方法中，一個線性子空間代表一個模式類別，該子空間由反映類別本質的一組特征矢量張成，分類器根據輸入樣本在各子空間上的投影長度將其歸為相應的類別。典型的子空間算法有以下三種[1, 2]：CLAFIC(Class-feature Information Compression)算法以相關矩陣的部分特征向量來構造子空間，實現了特征信息的壓縮，但對樣本的利用為一次性，不能根據分類結果進行調整和學習，對樣本信息的利用不充分；學習子空間方法(Leaning Subspace Method, LSM)通過旋轉子空間來拉大樣本所屬類別與最近鄰類別的距離，以此提高分類能力，但對樣本的訓練順序敏感，同一樣本訓練的順序不同對子空間構造的影響就不同；平均學習子空間算法(Averaged Learning Subspace Method, ALSM)是在迭代訓練過程中，用錯誤分類的樣本去調整散布矩陣，訓練結果與樣本輸入順序無關，所有樣本平均參與訓練，其不足之處是各模式的子空間之間相互獨立。針對以上問題，本文提出一種改進的子空間模式識別方法。子空間模式識別的基本原理1.1 子空間的分類規則子空間模式識別方法的每一類別由一個子空間表示，子空間分類器的基本分類規則是按矢量在各子空間上的投影長度大小，將樣本歸類到最大長度所對應的類別，在類x()iω的子空間上投影長度的平方為()211,2,,()argmax()jMTkkjpg===Σx (1)式中 函數稱為分類函數；為子空間基矢量。兩類的分類情況如圖1所示。
上傳時間： 2013-12-25
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pic單片機實用教程(提高篇)以介紹PIC16F87X型號單片機為主，并適當兼顧PIC全系列，共分9章，內容包括：存儲器；I/O端口的復位功能；定時器/計數器TMR1；定時器TMR2；輸入捕捉/輸出比較/脈寬調制CCP；模/數轉換器ADC；通用同步/異步收發器USART；主控同步串行端口MSSP：SPI模式和I2C模式。突出特點：通俗易懂、可讀性強、系統全面、學練結合、學用并重、實例豐富、習題齊全。＜br＞本書作為Microchip公司大學計劃選擇用書，可廣泛適用于初步具備電子技術基礎和計算機知識基礎的學生、教師、單片機愛好者、電子制作愛好者、電器維修人員、電子產品開發設計者、工程技術人員閱讀。本教程全書共分2篇，即基礎篇和提高篇，分2冊出版，以適應不同課時和不同專業的需要，也為教師和讀者增加了一種可選方案。 第1章 EEPROM數據存儲器和FIASH程序存儲器1.1 背景知識1.1.1 通用型半導體存儲器的種類和特點1.1.2 PIC單片機內部的程序存儲器1.1.3 PIC單片機內部的EEPROM數據存儲器1.1.4 PIC16F87X內部EEPROM和FIASH操作方法1.2 與EEPROM相關的寄存器1.3 片內EEPROM數據存儲器結構和操作原理1.3.1 從EEPROM中讀取數據1.3.2 向EEPROM中燒寫數據1.4 與FLASH相關的寄存器1.5 片內FLASH程序存儲器結構和操作原理1.5.1 讀取FLASH程序存儲器1.5.2 燒寫FLASH程序存儲器1.6 寫操作的安全保障措施1.6.1 寫入校驗方法1.6.2 預防意外寫操作的保障措施1.7 EEPROM和FLASH應用舉例1.7.1 EEPROM的應用1.7.2 FIASH的應用思考題與練習題第2章 輸入/輸出端口的復合功能2.1 RA端口2.1.1 與RA端口相關的寄存器2.1.2 電路結構和工作原理2.1.3 編程方法2.2 RB端口2.2.1 與RB端口相關的寄存器2.2.2 電路結構和工作原理2.2.3 編程方法2.3 RC端口2.3.1 與RC端口相關的寄存器2.3.2 電路結構和工作原理2.3.3 編程方法2.4 RD端口2.4.1 與RD端口相關的寄存器2.4.2 電路結構和工作原理2.4.3 編程方法2.5 RE端口2.5.1 與RE端口相關的寄存器2.5.2 電路結構和工作原理2.5.3 編程方法2.6 PSP并行從動端口2.6.1 與PSP端口相關的寄存器2.6.2 電路結構和工作原理2.7 應用舉例思考題與練習題第3章 定時器/計數器TMR13.1 定時器/計數器TMR1模塊的特性3.2 定時器/計數器TMR1模塊相關的寄存器3.3 定時器/計數器TMR1模塊的電路結構3.4 定時器/計數器TMR1模塊的工作原理3.4.1 禁止TMR1工作3.4.2 定時器工作方式3.4.3 計數器工作方式3.4.4 TMR1寄存器的賦值與復位3.5 定時器/計數器TMR1模塊的應用舉例思考題與練習題第4章 定時器TMR24.1 定時器TMR2模塊的特性4.2 定時器TMR2模塊相關的寄存器4.3 定時器TMR2模塊的電路結構4.4 定時器TMR2模塊的工作原理4.4.1 禁止TMR2工作4.4.2 定時器工作方式4.4.3 寄存器TMR2和PR2以及分頻器的復位4.4.4 TMR2模塊的初始化編程4.5 定時器TMR2模塊的應用舉例思考題與練習題第5章 輸入捕捉/輸出比較/脈寬調制CCP5.1 輸入捕捉工作模式5.1.1 輸入捕捉摸式相關的寄存器5.1.2 輸入捕捉模式的電路結構5.1.3 輸入捕捉摸式的工作原理5.1.4 輸入捕捉摸式的應用舉例5.2 輸出比較工作模式5.2.1 輸出比較模式相關的寄存器5.2.2 輸出比較模式的電路結構5.2.3 輸出比較模式的工作原理5.2.4 輸出比較模式的應用舉例5.3 脈寬調制輸出工作模式5.3.1 脈寬調制模式相關的寄存器5.3.2 脈寬調制模式的電路結構5.3.3 脈寬調制模式的工作原理5.3.4 脈定調制模式的應用舉例5.4 兩個CCP模塊之間相互關系思考題與練習題第6章 模/數轉換器ADC6.1 背景知識6.1.1 ADC種類與特點6.1.2 ADC器件的工作原理6.2 PIC16F87X片內ADC模塊6.2.1 ADC模塊相關的寄存器6.2.2 ADC模塊結構和操作原理6.2.3 ADC模塊操作時間要求6.2.4 特殊情況下的A/D轉換6.2.5 ADC模塊的轉換精度和分辨率6.2.6 ADC模塊的內部動作流程和傳遞函數6.2.7 ADC模塊的操作編程6.3 PIC16F87X片內ADC模塊的應用舉例思考題與練習題第7章 通用同步/異步收發器USART7.1 串行通信的基本概念7.1.1 串行通信的兩種基本方式7.1.2 串行通信中數據傳送方向7.1.3 串行通信中的控制方式7.1.4 串行通信中的碼型、編碼方式和幀結構7.1.5 串行通信中的檢錯和糾錯方式7.1.6 串行通信組網方式7.1.7 串行通信接口電路和參數7.1.8 串行通信的傳輸速率7.2 PIC16F87X片內通用同步/異步收發器USART模塊7.2.1 與USART模塊相關的寄存器7.2.2 USART波特率發生器BRG7.2.3 USART模塊的異步工作方式7.2.4 USART模塊的同步主控工作方式7.2.5 USART模塊的同步從動工作方式7.3 通用同步/異步收發器USART的應用舉例思考題與練習題第8章 主控同步串行端口MSSP——SPI模式8.1 SPI接口的背景知識8.1.1 SPI接口信號描述8.1.2 基于SPI的系統構成方式8.1.3 SPI接口工作原理8.1.4 兼容的MicroWire接口8.2 PIC16F87X的SPI接口8.2.1 SPI接口相關的寄存器8.2.2 SPI接口的結構和操作原理8.2.3 SPI接口的主控方式8.2.4 SPI接口的從動方式8.3 SPI接口的應用舉例思考題與練習題第9章 主控同步串行端口MSSP——I（平方）C模式9.1 I（平方）C總線的背景知識9.1.1 名詞術語9.1.2 I（平方）C總線的技術特點9.1.3 I（平方）C總線的基本工作原理9.1.4 I（平方）C總線信號時序分析9.1.5 信號傳送格式9.1.6 尋址約定9.1.7 技術參數9.1.8 I（平方）C器件與I（平方）C總線的接線方式9.1.9 相兼容的SMBus總線9.2 與I（平方）C總線相關的寄存器9.3 典型信號時序的產生方法9.3.1 波特率發生器9.3.2 啟動信號9.3.3 重啟動信號9.3.4 應答信號9.3.5 停止信號9.4 被控器通信方式9.4.1 硬件結構9.4.2 被主控器尋址9.4.3 被控器接收——被控接收器9.4.4 被控器發送——被控發送器9.4.5 廣播式尋址9.5 主控器通信方式9.5.1 硬件結構9.5.2 主控器發送——主控發送器9.5.3 主控器接收——主控接收器9.6 多主通信方式下的總線沖突和總線仲裁9.6.1 發送和應答過程中的總線沖突9.6.2 啟動過程中的總線沖突9.6.3 重啟動過程中的總線沖突9.6.4 停止過程中的總線沖突9.7 I（平方）C總線的應用舉例思考題與練習題附錄A 包含文件P16F877.INC附錄B 新版宏匯編器MPASM偽指令總表參考文獻
上傳時間： 2013-12-14
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作為嵌入式系統主控單元——單片機，其軟件往往是一個微觀的實時操作系統，且大部分是為某種應用而專門設計的。系統程序有實時過程控制或實時信息處理的能力，要求能夠及時響應隨機發生的外部事件并對該事件做出快速處理。而分時操作系統卻是把CPU的時間劃分成長短基本相同的時間區間，即“時間片”，通過操作系統的管理，把這些時間片依次輪流地分配給各個用戶使用。如果某個作業在時間片結束之前，整個任務還沒有完成，那么該作業就被暫停下來，放棄CPU，等待下一輪循環再繼續做。此時CPU又分配給另一個作業去使用。由于計算機的處理速度很快，只要時間片的間隔取得適當，那么一個用戶作業從用完分配給它的一個時間片到獲得下一個CPU時間片，中間有所“停頓”；但用戶察覺不出來，好像整個系統全由它“獨占”似的。分時操作系統主要具有以下3個特點：① 多路性。用戶通過各自的終端，可以同時使用一個系統。② 及時性。用戶提出的各種要求，能在較短或可容忍的時間內得到響應和處理。③ 獨占性。在分時系統中，雖然允許多個用戶同時使用一個CPU，但用戶之間操作獨立，互不干涉。分時操作系統主要是針對小型機以上的計算機提出的。一般而言，微處理器（MPU）驅動的通用計算機，系統設計人員對每一臺的最終具體應用都是不得而知的，因此，在價格允許的情況下，硬件設計務求CPU時鐘盡可能的快；計算及管理能力盡可能的強；程序和數據存儲器的容量盡可能的大；各種計算機外設的配接盡可能的詳盡等等，特別是采用分時操作系統的機器，因為是一機多用戶的管理系統，它的要求就更高了。相對而言，微控制器（MCU）俗稱單片機，是一個單片集成系統，它將這些或那些計算機所需的外設，諸如程序和數據存儲器、端口以及有關的子系統集成到一片芯片上。從硬件上，單片機系統與采用分時操作系統的計算機系統是無法比擬的。但是，在單片機系統的設計中，設計人員對其最終具體應用是一清二楚的，它的使用環境相對是單一固定的。所控制的過程的可預見性為分時系統思想的實現提供了可能性。具體一點就是：雖然單片機的CPU速度較低，但其任務是可預見的，這樣作業調度將變得簡單而無須占用很多的CPU時間，同時“時間片”的設計是具體而有針對性的，因此可變得很有效。一、單片機分時系統的設計單片機系統往往是一個嵌入式的控制系統，因此目前絕大部分的單片機系統還是一實時系統。能夠真正體現分時系統的設計思想的往往是那些多路重復檢測控制系統。即便是在這些多路重復檢測控制系統中，它的實時性也是非常重要的。也就是說，在單片機系統中應用了分時系統設計思想，但其及時性應首先進行考慮。
上傳時間： 2013-12-23
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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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