摘要：为解决采用原子力显微镜（ＡＦＭ）系统进行纳米机械性能测试中存在的不能够直接获得载荷?压深曲线以及不能够随意改变加载、保载、卸载时间等问题，对ＡＦＭ系统进行了改造，开发了一套基于单片机的信号输入输出模块。将该模块与ＡＦＭ控制系统相联，形成新的纳米机械性能测试系统。该系统信号输出精度为０．１５ｍＶ，信号采集精度为０．３ｍＶ，工作台的移动灵敏度为１．５３ｎｍ，可以动态改变垂直载荷，并实时获得载荷?压深曲线。通过单片机设置模拟信号的输出速率可以实现加载、保载和卸载速率的改变；结合二维微动精密工作台，可以实现较大范围内高精度的点阵压痕测试。通过在聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷等材料表面进行实验测试表明：该系统可以高速高精度地测量样品的纳米机械性能参数，包括对样品进行纳米压痕测试和对样品的纯弹性变形过程进行检测，如聚二甲基硅氧烷或者各种微梁等微小构件。关 键 词：原子力显微镜（ＡＦＭ）；单片机；纳米机械性能；载荷-压深曲线
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AVR单片机技术原理 AVR单片机介绍 单片机又称单片微控制器，它是把一个计算机系统集成到一个芯片上，概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。单片机技术是计算机技术的一个分支,是简易机器人的核心元件。 1997年,由ATMEL公司挪威设计中心的A先生与V先生利用ATMEL公司的Flash新技术, 共同研发出RISC精简指令集的高速8位单片机，简称AVR。[编辑本段]AVR单片机的优势特征 单片机已广泛地应用于军事、工业、家用电器、智能玩具、便携式智能仪表和机器人制作等领域，使产品功能、精度和质量大幅度提升，且电路简单，故障率低，可靠性高，成本低廉。单片机种类很多，在简易机器人制作和创新中，为什么选用AVR单片机呢？ 一、简便易学，费用低廉 首先，对于非专业人员来说，选择AVR单片机的最主要原因，是进入AVR单片机开发的门槛非常低，只要会操作电脑就可以学习AVR单片机的开发。单片机初学者只需一条ISP下载线，把编辑、调试通过的软件程序直接在线写入AVR单片机，即可以开发AVR单片机系列中的各种封装的器件。AVR单片机因此在业界号称“一线打天下”。 其次，AVR单片机便于升级。AVR程序写入是直接在电路板上进行程序修改、烧录等操作，这样便于产品升级。 再次，AVR单片机费用低廉。学习AVR单片机可使用ISP在线下载编程方式(即把PC机上编译好的程序写到单片机的程序存储器中)，不需购买仿真器、编程器、擦抹器和芯片适配器等，即可进行所有AVR单片机的开发应用，这可节省很多开发费用。程序存储器擦写可达10000次以上，不会产生报废品。 二、高速、低耗、保密 首先，AVR单片机是高速嵌入式单片机： 1、AVR单片机具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行。 2、多累加器型，数据处理速度快。AVR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行。 3、中断响应速度快。AVR单片机有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断。 其次，AVR单片机耗能低。对于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供电的应用设备。有的器件最低1.8 V即可工作。 再次，AVR单片机保密性能好。它具有不可破解的位加密锁Lock Bit技术，保密位单元深藏于芯片内部，无法用电子显微镜看到。 三、I/O口功能强,具有A/D转换等电路 1. AVR单片机的I/O口是真正的I/O口，能正确反映I/O口输入/输出的真实情况。工业级产品，具有大电流(灌电流)10～40 mA,可直接驱动可控硅SCR或继电器，节省了外围驱动器件。 2. AVR单片机内带模拟比较器，I/O口可用作A/D转换，可组成廉价的A/D转换器。ATmega48/8/16等器件具有8路10位A/D。 3. 部分AVR单片机可组成零外设元件单片机系统，使该类单片机无外加元器件即可工作，简单方便，成本又低。 4. AVR单片机可重设启动复位,以提高单片机工作的可靠性。有看门狗定时器实行安全保护,可防止程序走乱(飞),提高了产品的抗干扰能力。 四、有功能强大的定时器/计数器及通讯接口 定时/计数器T/C有8位和16位,可用作比较器。计数器外部中断和PWM(也可用作D/A)用于控制输出，某些型号的AVR单片机有3～4个PWM，是作电机无级调速的理想器件。 AVR单片机有串行异步通讯UART接口,不占用定时器和SPI同步传输功能,因其具有高速特性，故可以工作在一般标准整数频率下,而波特率可达576K。
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单片机指令系统原理 51单片机的寻址方式 学习汇编程序设计，要先了解CPU的各种寻址法，才能有效的掌握各个命令的用途，寻址法是命令运算码找操作数的方法。在我们学习的8051单片机中，有6种寻址方法，下面我们将逐一进行分析。 立即寻址 在这种寻址方式中，指令多是双字节的，一般第一个字节是操作码，第二个字节是操作数。该操作数直接参与操作，所以又称立即数，有“#”号表示。立即数就是存放在程序存储器中的常数，换句话说就是操作数（立即数）是包含在指令字节中的。 例如：MOV A，#3AH这条指令的指令代码为74H、3AH，是双字节指令，这条指令的功能是把立即数3AH送入累加器A中。MOV DPTR，#8200H在前面学单片机的专用寄存器时，我们已学过，DPTR是一个16位的寄存器，它由DPH及DPL两个8位的寄存器组成。这条指令的意思就是把立即数的高8位（即82H）送入DPH寄存器，把立即数的低8位（即00H）送入DPL寄存器。这里也特别说明一下：在80C51单片机的指令系统中，仅有一条指令的操作数是16位的立即数，其功能是向地址指针DPTR传送16位的地址，即把立即数的高8位送入DPH，低8位送入DPL。 直接寻址 直接寻址方式是指在指令中操作数直接以单元地址的形式给出，也就是在这种寻址方式中，操作数项给出的是参加运算的操作数的地址，而不是操作数。例如：MOV A，30H 这条指令中操作数就在30H单元中，也就是30H是操作数的地址，并非操作数。 在80C51单片机中，直接地址只能用来表示特殊功能寄存器、内部数据存储器以及位地址空间，具体的说就是：1、内部数据存储器RAM低128单元。在指令中是以直接单元地址形式给出。我们知道低128单元的地址是00H-7FH。在指令中直接以单元地址形式给出这句话的意思就是这0-127共128位的任何一位，例如0位是以00H这个单元地址形式给出、1位就是以01H单元地址给出、127位就是以7FH形式给出。2、位寻址区。20H-2FH地址单元。3、特殊功能寄存器。专用寄存器除以单元地址形式给出外，还可以以寄存器符号形式给出。例如下面我们分析的一条指令 MOV IE，#85H 前面的学习我们已知道，中断允许寄存器IE的地址是80H，那么也就是这条指令可以以MOV IE，#85H 的形式表述，也可以MOV 80H，#85H的形式表述。 关于数据存储器RAM的内部情况，请查看我们课程的第十二课。 直接寻址是唯一能访问特殊功能寄存器的寻址方式！ 大家来分析下面几条指令：MOV 65H，A ；将A的内容送入内部RAM的65H单元地址中MOV A，direct ；将直接地址单元的内容送入A中MOV direct,direct；将直接地址单元的内容送直接地址单元MOV IE,#85H ；将立即数85H送入中断允许寄存器IE 前面我们已学过，数据前面加了“#”的，表示后面的数是立即数（如#85H，就表示85H就是一个立即数），数据前面没有加“#”号的，就表示后面的是一个地址地址（如，MOV 65H，A这条指令的65H就是一个单元地址）。 寄存器寻址 寄存器寻址的寻址范围是：1、4个工作寄存器组共有32个通用寄存器，但在指令中只能使用当前寄存器组（工作寄存器组的选择在前面专用寄存器的学习中，我们已知道，是由程序状态字PSW中的RS1和RS0来确定的），因此在使用前常需要通过对PSW中的RS1、RS0位的状态设置，来进行对当前工作寄存器组的选择。2、部份专用寄存器。例如，累加器A、通用寄存器B、地址寄存器DPTR和进位位CY。 寄存器寻址方式是指操作数在寄存器中，因此指定了寄存器名称就能得到操作数。例如：MOV A，R0这条指令的意思是把寄存器R0的内容传送到累加器A中，操作数就在R0中。INC R3这条指令的意思是把寄存器R3中的内容加1 从前面的学习中我产应可以理解到，其实寄存器寻址方式就是对由PSW程序状态字确定的工作寄存器组的R0-R7进行读/写操作。 寄存器间接寻址 寄存间接寻址方式是指寄存器中存放的是操作数的地址，即操作数是通过寄存器间接得到的，因此称为寄存器间接寻址。 MCS-51单片机规定工作寄存器的R0、R1做为间接寻址寄存器。用于寻址内部或外部数据存储器的256个单元。为什么会是256个单元呢？我们知道，R0或者R1都是一个8位的寄存器，所以它的寻址空间就是2的八次方=256。例：MOV R0，#30H ；将值30H加载到R0中 MOV A，@R0 ；把内部RAM地址30H内的值放到累加器A中 MOVX A，@R0 ；把外部RAM地址30H内的值放到累加器A中 大家想想，如果用DPTR做为间址寄存器，那么它的寻址范围是多少呢？DPTR是一个16位的寄存器，所以它的寻址范围就是2的十六次方=65536=64K。因用DPTR做为间址寄存器的寻址空间是64K，所以访问片外数据存储器时，我们通常就用DPTR做为间址寄存器。例：MOV DPTR，#1234H ；将DPTR值设为1234H（16位） MOVX A，@DPTR ；将外部RAM或I/O地址1234H内的值放到累加器A中 在执行PUSH（压栈）和POP（出栈）指令时，采用堆栈指针SP作寄存器间接寻址。例：PUSH 30H ；把内部RAM地址30H内的值放到堆栈区中堆栈区是由SP寄存器指定的，如果执行上面这条命令前，SP为60H，命令执行后会把内部RAM地址30H内的值放到RAM的61H内。 那么做为寄存器间接寻址用的寄存器主要有哪些呢？我们前面提到的有四个，R0、R1、DPTR、SP 寄存器间接寻址范围总结：1、内部RAM低128单元。对内部RAM低128单元的间接寻址，应使用R0或R1作间址寄存器，其通用形式为@Ri（i=0或1）。 2、外部RAM 64KB。对外部RAM64KB的间接寻址，应使用@DPTR作间址寻址寄存器，其形式为：@DPTR。例如MOVX A，@DPTR；其功能是把DPTR指定的外部RAM的单元的内容送入累加器A中。外部RAM的低256单元是一个特殊的寻址区，除可以用DPTR作间址寄存器寻址外，还可以用R0或R1作间址寄存器寻址。例如MOVX A，@R0；这条指令的意思是，把R0指定的外部RAM单元的内容送入累加器A。 堆栈操作指令（PUSH和POP）也应算作是寄存器间接寻址，即以堆栈指针SP作间址寄存器的间接寻址方式。 寄存器间接寻址方式不可以访问特殊功能寄存器！！ 寄存器间接寻址也须以寄存器符号的形式表示，为了区别寄存器寻址我寄存器间接寻址的区别，在寄存器间接寻址方式式中，寄存器的名称前面加前缀标志“@”。 基址寄存器加变址寄存器的变址寻址 这种寻址方式以程序计数器PC或DPTR为基址寄存器，累加器A为变址寄存器，变址寻址时，把两者的内容相加，所得到的结果作为操作数的地址。这种方式常用于访问程序存储器ROM中的数据表格，即查表操作。变址寻址只能读出程序内存入的值，而不能写入，也就是说变址寻址这种方式只能对程序存储器进行寻址，或者说它是专门针对程序存储器的寻址方式。例：MOVC A，@A+DPTR这条指令的功能是把DPTR和A的内容相加，再把所得到的程序存储器地址单元的内容送A假若指令执行前A=54H，DPTR=3F21H，则这条指令变址寻址形成的操作数地址就是54H+3F21H=3F75H。如果3F75H单元中的内容是7FH，则执行这条指令后，累加器A中的内容就是7FH。 变址寻址的指令只有三条，分别如下：JMP @A+DPTRMOVC A，@A+DPTRMOVC A，@A+PC 第一条指令JMP @A+DPTR这是一条无条件转移指令，这条指令的意思就是DPTR加上累加器A的内容做为一个16位的地址，执行JMP这条指令是，程序就转移到A+DPTR指定的地址去执行。 第二、三条指令MOVC A，@A+DPTR和MOVC A，@A+PC指令这两条指令的通常用于查表操作，功能完全一样，但使用起来却有一定的差别，现详细说明如下。我们知道，PC是程序指针，是十六位的。DPTR是一个16位的数据指针寄存器，按理，它们的寻址范围都应是64K。我们在学习特殊功能寄存器时已知道，程序计数器PC是始终跟踪着程序的执行的。也就是说，PC的值是随程序的执行情况自动改变的，我们不可以随便的给PC赋值。而DPTR是一个数据指针，我们就可以给空上数据指针DPTR进行赋值。我们再看指令MOVC A，@A+PC这条指令的意思是将PC的值与累加器A的值相加作为一个地址，而PC是固定的，累加器A是一个8位的寄存器，它的寻址范围是256个地址单元。讲到这里，大家应可明白，MOVC A，@A+PC这条指令的寻址范围其实就是只能在当前指令下256个地址单元。所在，这在我们实际应用中，可能就会有一个问题，如果我们需要查询的数据表在256个地址单元之内，则可以用MOVC A，@A+PC这条指令进行查表操作，如果超过了256个单元，则不能用这条指令进行查表操作。刚才我们已说到，DPTR是一个数据指针，这个数据指针我们可以给它赋值操作的。通过赋值操作。我们可以使MOVC A，@A+DPTR这条指令的寻址范围达到64K。这就是这两条指令在实际应用当中要注意的问题。 变址寻址方式是MCS-51单片机所独有的一种寻址方式。 位寻址 80C51单片机有位处理功能，可以对数据位进行操作，因此就有相应的位寻址方式。所谓位寻址，就是对内部RAM或可位寻址的特殊功能寄存器SFR内的某个位，直接加以置位为1或复位为0。 位寻址的范围，也就是哪些部份可以进行位寻址： 1、我们在第十二课学习51单片机的存储器结构时，我们已知道在单片机的内部数据存储器RAM的低128单元中有一个区域叫位寻址区。它的单元地址是20H-2FH。共有16个单元，一个单元是8位，所以位寻址区共有128位。这128位都单独有一个位地址，其位地址的名字就是00H-7FH。这里就有一个比较麻烦的问题需要大家理解清楚了。我们在前面的学习中00H、01H。。。。7FH等等，所表示的都是一个字节（或者叫单元地址），而在这里，这些数据都变成了位地址。我们在指令中，或者在程序中如何来区分它是一个单元地址还是一个位地址呢？这个问题，也就是我们现在正在研究的位寻址的一个重要问题。其实，区分这些数据是位地址还是单元地址，我们都有相应的指令形式的。这个问题我们在后面的指令系统学习中再加以论述。 2、对专用寄存器位寻址。这里要说明一下，不是所有的专用寄存器都可以位寻址的。具体哪些专用寄存器可以哪些专用寄存器不可以，请大家回头去看看我们前面关于专用寄存器的相关文章。一般来说，地址单元可以被8整除的专用寄存器，通常都可以进行位寻址，当然并不是全部，大家在应用当中应引起注意。 专用寄存器的位寻址表示方法： 下面我们以程序状态字PSW来进行说明 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 CY AC F0 RS1 RS0 OV P 1、直接使用位地址表示：看上表，PSW的第五位地址是D5，所以可以表示为D5H MOV C，D5H 2、位名称表示：表示该位的名称，例如PSW的位5是F0，所以可以用F0表示 MOV C，F0 3、单元（字节）地址加位表示：D0H单元位5，表示为DOH.5 MOV C,D0H.5 4、专用寄存器符号加位表示：例如PSW.5 MOV C,PSW.5 这四种方法实现的功能都是相同的，只是表述的方式不同而已。 例题： 1. 说明下列指令中源操作数采用的寻址方式。 MOV R5，R7 答案：寄存器寻址方式 MOV A，55H 直接寻址方式 MOV A，＃55H 立即寻址方式 JMP @A+DPTR 变址寻址方式 MOV 30H，C 位寻址方式 MOV A，@R0 间接寻址方式 MOVX A,@R0 间接寻址方式 改错题 请判断下列的MCS-51单片机指令的书写格式是否有错，若有，请说明错误原因。 MOV R0，@R3 答案：间址寄存器不能使用R2～R7。 MOVC A，@R0+DPTR 变址寻址方式中的间址寄存器不可使用R0，只可使用A。 ADD R0，R1 运算指令中目的操作数必须为累加器A，不可为R0。 MUL AR0 乘法指令中的乘数应在B寄存器中，即乘法指令只可使用AB寄存器组合。
上传时间： 2013-11-11
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Keil C51开发系统基本知识3 1. 1. 专用寄存器include文件例如8031、8051均为REG51.h其中包括了所有8051的SFR及其位定义，一般系统都必须包括本文件。2. 2. 绝对地址include文件absacc.h该文件中实际只定义了几个宏，以确定各存储空间的绝对地址。3. 3. 动态内存分配函数，位于stdlib.h中 4. 4. 缓冲区处理函数位于“string.h”中其中包括拷贝比较移动等函数如：memccpy memchr memcmp memcpy memmove memset这样很方便地对缓冲区进行处理。5. 5. 输入输出流函数，位于“stdio.h”中流函数通8051的串口或用户定义的I/O口读写数据，缺省为8051串口，如要修改，比如改为LCD显示，可修改lib目录中的getkey.c及putchar.c源文件，然后在库中替换它们即可。3. 第三节 Keil C51库函数原型列表
上传时间： 2013-11-06
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针对加速度计电流信号微弱，给出一种大动态范围的高速高精度信号采集系统。介绍模数转换器ADS8482的性能和工作原理，并给出ADS8482与DSP TMS320F28335的接口设计方案，包括部分硬件电路和软件编程代码。外围扩展的CPLD EPM7128控制ADS8482。该方案实现的加速度计检测装置简单实用，可应用于中低精度的惯性测量中。
上传时间： 2013-11-21
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本文介绍了一种以单片机为核心的智能粮库温度测量系统,阐述了其工作原理,设计了硬件和软件系统。介绍了测温系统的组成,采用单片机对温度传感器进行控制和数据传输,温度信号采集由智能传感器DS18B20完成。根据单总线独特的优点,方便地组建传感器网络。多点温度数据可通过中心控制室的PC机实现图文显示的效果。该系统采用RS485总线技术,传输距离超过1200米，克服了电缆电阻对测量结果的影响,提高了测量的准确性,能实现可靠的多点、动态的温度监控。试验结果表明，该检测系统精度高，检测误差均在0.5%以内。该系统已经在粮库温度测量中推广应用。
上传时间： 2013-11-17
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利用动态密勒补偿电路解决LDO的稳定性问题:针对LDO稳压器的稳定性问题，设计了一种新颖的动态密勒补偿电路8与传统方法相比，该电路具有恒定的带宽，大大提高了系统的瞬态响应性能，同时将开环增益提高了，左右使6LDO稳压器具有较高的电压调整率和负载调整率。通过具体投片，验证了该方法的正确性和可行性。关键词：低压降稳压器，动态密勒补偿，稳定性，P型场效应管电容器
上传时间： 2013-10-24
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51单片机动态LED显示电路编程实例:上一节我们讲述了单只LED与单片机的接口电路及编程实例，目的在于让初学者了解LED在单片机中的应用原理，单只LED显示在实际应用中并无多大用途，一般都是多位的LED显示。现在我们作进一步学习，我们要讲解的是8位LED的显示原理及实际的编程方法。这里我们没有采用多I/O口的8051系列单片机，而是采用了完全兼容C51指令系统的质优价廉的AT89C2051单片机，它的软件编程与C51完全一致。 在多数的应用场合中，我们并不希望使用多I/O端口的单片机，原则上是使用尽量少引脚的器件。在没有富余端口的情况下，怎样通过扩展电路达到预期的目的呢？我们希望通过此例使设计人员在实际应用中了解一点电路扩展的原理，对实际的应用有所帮助。 此电路中，74LS273用于驱动LED的8位段码，8位LED相应的"a"—"g"段连在一起，它们的公共端分别连至由74LS138（点击芯片型号可浏览其详细的技术手册）译码选通后经74LS04反相驱动的输出端。这样当选通某一位LED时，相应的地址线(74LS04输出端)输出的是高电平，所以我们的LED选用共阳LED数码管。 动态扫描的频率有一定的要求，频率太低，LED将出现闪烁现象。如频率太高，由于每个LED点亮的时间太短，LED的亮度太低，肉眼无法看清，所以一般均取几个ms左右为宜，这就要求在编写程序时，选通某一位LED使其点亮并保持一定的时间，程序上常采用的是调用延时子程序。在C51指令中，延时子程序是相当简单的，并且延时时间也很容易更改，可参见程序清单中的DELAY延时子程序。 为简单起见，我们只是编写了8位LED同步显示"00000000"—"11111111"直到"99999999"数字，并且反复循环。程序很简单，流程图略去。
上传时间： 2013-11-18
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该文介绍了开关磁阻电机的基本原理，设计了一种用80C196 单片机实现的开关磁阻电机驱动系统，并对该开关磁阻电机调速系统的性能进行了实验与测试，实验证明该系统运行可靠。开关磁阻电动机是磁阻电动机与电子开关驱动控制器组成的控制装置，又称开关磁阻电机驱动系统（Switched Reluctance Motor drive,简称SRD）。电机结构简单坚固，运行可靠，系统具有启动转矩高、启动电流低、调速范围宽、运行效率高，特别适用于频繁启停及正反转运行，使得SRD 成为交，直流电机驱动系统以及无刷直流电机驱动系统的强有力竞争者。目前，SRD 已用于多个领域，如：电动车驱动、家用电器、伺服与调速系统等许多领域。本文设计了一个以 80C196 单片机为控制核心的SRD 的控制系统，充分利用了SRD 电机控制方式灵活的特点，采用数字化控制系统对SR 电机进行控制，简化了硬件电路，提高了系统的可靠性。
上传时间： 2013-11-05
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单片机系统软件抗干扰方法:在提高硬件系统抗干扰能力的同时，软件抗干扰以其设计灵活、节省硬件资源、可靠性好越来越受到重视。下面以MCS-51单片机系统为例，对微机系统软件抗干扰方法进行研究。1、软件抗干扰方法的研究在工程实践中，软件抗干扰研究的内容主要是： 消除模拟输入信号的嗓声（如数字滤波技术）； 程序运行混乱时使程序重入正轨的方法。本文针对后者提出了几种有效的软件抗干扰方法。1.1 指令冗余CPU取指令过程是先取操作码，再取操作数。当PC受干扰出现错误，程序便脱离正常轨道“乱飞”，当乱飞到某双字节指令，若取指令时刻落在操作数上，误将操作数当作操作码，程序将出错。若“飞”到了三字节指令，出错机率更大。在关键地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重写称为指令冗余。通常是在双字节指令和三字节指令后插入两个字节以上的NOP。这样即使乱飞程序飞到操作数上，由于空操作指令NOP的存在，避免了后面的指令被当作操作数执行，程序自动纳入正轨。此外，对系统流向起重要作用的指令如RET、RETI、LCALL、LJMP、JC等指令之前插入两条NOP，也可将乱飞程序纳入正轨，确保这些重要指令的执行。1.2 拦截技术所谓拦截，是指将乱飞的程序引向指定位置，再进行出错处理。通常用软件陷阱来拦截乱飞的程序。因此先要合理设计陷阱，其次要将陷阱安排在适当的位置。1.2.1 软件陷阱的设计当乱飞程序进入非程序区，冗余指令便无法起作用。通过软件陷阱，拦截乱飞程序，将其引向指定位置，再进行出错处理。软件陷阱是指用来将捕获的乱飞程序引向复位入口地址0000H的指令。通常在EPROM中非程序区填入以下指令作为软件陷阱：
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