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工業(yè)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)與控制模擬量輸入輸出通道2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心2訓(xùn)練目的了解計(jì)算機(jī)如何采集工業(yè)系統(tǒng)中的模擬量信號(hào)Inportb——讀端口(寄存器)Intvar=Inportb(基地址+偏移地址)了解計(jì)算機(jī)如何輸出模擬信號(hào)Outportb——寫(xiě)端口(寄存器)Outportb(基地址+偏移地址,Outvar)2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心3模擬量輸入輸出系統(tǒng)的一般組成信號(hào)調(diào)理電路驅(qū)動(dòng)電路端子板工業(yè)系統(tǒng)Intvar=Inportb(基地址+偏移地址)Outportb(基地址+偏移地址,Outvar)2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心4模擬量輸入通道(AI)任務(wù):把被控對(duì)象的模擬量信號(hào)(如溫度、壓力、流量、料位或成分等)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接收的數(shù)字量信號(hào);組成:一般由信號(hào)調(diào)理、多路模擬開(kāi)關(guān)、前置放大器、采樣保持器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、接口和控制電路組成;核心:模/數(shù)轉(zhuǎn)換器,簡(jiǎn)稱(chēng)A/D或ADC(analog-to-digitalconverter),通常也把模擬量輸入通道(AI)簡(jiǎn)稱(chēng)為A/D通道。2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心5

PCL-812PG

工業(yè)系統(tǒng)模擬量傳感器模擬量傳感器模擬量傳感器信號(hào)調(diào)理多路開(kāi)關(guān)MUX可編程放大器接口電路控制電路A/D轉(zhuǎn)換器采樣/保持器

S/H控制線…信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理數(shù)據(jù)總線模擬量輸入通道的一般組成共用一套電路,要進(jìn)行通道選擇每個(gè)通道輸入的模擬量的范圍不同,選擇不同的增益先采樣,再保持,等待處理(存放在寄存器)1)采集卡不主動(dòng)工作,要有觸發(fā)信號(hào)啟動(dòng)A/D過(guò)程2)多種觸發(fā)方式可以選擇3)觸發(fā)方式要明確約定4)轉(zhuǎn)換是逐位進(jìn)行的,需要一定的時(shí)段(30us)5)轉(zhuǎn)換完成通知CPU6)按照規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸方式傳入計(jì)算機(jī)內(nèi)存AD0AD1.......AD152023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心6PCL-812PG采集卡的模擬量輸入通道A/D轉(zhuǎn)換有三種觸發(fā)方式:

①軟件觸發(fā)(訓(xùn)練中采用);②板上定時(shí)器觸發(fā)(8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器);③外部脈沖觸發(fā)(CN5,PN1)。

A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的傳輸方式有三種:

①查詢A/D完成標(biāo)志位DRDY,然后再?gòu)募拇嫫髯x取數(shù)據(jù)到內(nèi)存變量(訓(xùn)練中采用);②A/D轉(zhuǎn)換完成后發(fā)中斷請(qǐng)求,然后由中斷服務(wù)程序讀取數(shù)據(jù);③DMA方式。DMA---DirectMemoryAccess,直接內(nèi)存訪問(wèn),是一種數(shù)據(jù)傳輸模式。DMA方式下由于不直接訪問(wèn)計(jì)算機(jī)的CPU,而直接在RAM與設(shè)備之間傳輸,因而大大提高了數(shù)據(jù)傳輸速度,適用于高速采集。2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心7模擬量輸入的實(shí)現(xiàn)1.多路控制:選擇哪一路通道輸入;2.可編程放大器:調(diào)節(jié)輸入信號(hào)范圍;3.A/D轉(zhuǎn)換:模擬量轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可處理的數(shù)字量信號(hào);4.數(shù)據(jù)傳輸:轉(zhuǎn)化結(jié)果傳送到內(nèi)存。2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心8A/D通道多路開(kāi)關(guān)寄存器地址:Base+10屬性:只寫(xiě)數(shù)據(jù)格式:低4位提供了A/D通道號(hào):CL3~CL0對(duì)應(yīng)0~15號(hào)通道0000~1111(AD0~AD15)outportb(base+10,

channels)BitD7D6D5D4D3D2D1D0Base+10XXXXCL3CL2CL1CL02023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心9A/D增益控制寄存器地址:Base+9屬性:只寫(xiě)數(shù)據(jù)格式:低3位G2~G0提供了不同增益。BitD7D6D5D4D3D2D1D0Base+9XXXXXG2G1G0outportb(base+9,

Gain)采集卡的最大輸入電壓,由跳線決定,可以是±5V或±10V模擬信號(hào)輸入的最大電壓2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心10A/D輸入范圍設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換器的最大輸入電壓是由跳線所決定的;PCL-812PG采集卡中A/D轉(zhuǎn)換器的最大輸入電壓是±5V或±10V,其中缺省為±5V,訓(xùn)練中采用±10V

。2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心11A/D增益定義outportb(base+9,

3);/*增益為8*/G2G1G0增益極性輸入范圍0001雙極性±5V或±10V0012雙極性±2.5V或±5V0104雙極性±1.25V或±2.5V0118雙極性±0.625V或±1.25V10016雙極性±0.3125V或±0.625V2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心12A/D操作模式控制寄存器S2S1S0操作模式描述000禁止觸發(fā)A/D001僅允許軟件觸發(fā)+查詢方式傳輸(默認(rèn))010僅允許卡自帶定時(shí)器觸發(fā)+DMA傳輸110允許卡自帶定時(shí)器觸發(fā)+查詢方式或中斷傳輸outportb(base+11,

1)BitD7D6D5D4D3D2D1D0Base+11XXXXXS2S1S0地址:Base+11屬性:只寫(xiě)數(shù)據(jù)格式:低3位S2~S0提供模式選擇。2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心13A/D軟件觸發(fā)寄存器outportb(BASE+12,0)如果給PCL-812PG的A/D轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖,只要向這個(gè)軟件觸發(fā)寄存器寫(xiě)一個(gè)任意值,然后A/D轉(zhuǎn)換器將會(huì)被觸發(fā);軟件觸發(fā)寄存器地址:Base+12屬性:只寫(xiě)可以為任意值2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心14A/D數(shù)據(jù)寄存器DataReaDY說(shuō)明:地址:Base+4andBase+5AD11~AD0:A/D轉(zhuǎn)換完成后的數(shù)據(jù),AD0是最低位(LSB),AD11是最高位(MSB)。DRDY:轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志位,當(dāng)轉(zhuǎn)換沒(méi)有完成時(shí)為1,完成后跳變?yōu)?,當(dāng)讀A/D低字節(jié)寄存器時(shí),變回1。Base+4D7D6D5D4D3D2D1D0A/D低字節(jié)數(shù)據(jù)AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0Base+5D7D6D5D4D3D2D1D0A/D高字節(jié)數(shù)據(jù)000DRDYAD11AD10AD9AD82023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心15A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程選擇A/D通道,通過(guò)寫(xiě)多路轉(zhuǎn)換控制寄存器(Base+10);確定增益,通過(guò)寫(xiě)增益控制寄存器(Base+9);選擇工作模式,通過(guò)寫(xiě)模式控制寄存器(Base+11);啟動(dòng)軟件觸發(fā),通過(guò)寫(xiě)軟件觸發(fā)寄存器(Base+12);通過(guò)判斷DRDY(Base+5,4),等待A/D完成;從數(shù)據(jù)寄存器(Base+5)(Base+4)中讀數(shù)據(jù)(inportb),先讀高字節(jié),再讀低字節(jié);將整數(shù)值轉(zhuǎn)換成模擬電壓值,用作計(jì)算機(jī)顯示。2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心16A/D轉(zhuǎn)換公式十六路A/D通道均可將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成12位數(shù)字信號(hào)。被轉(zhuǎn)換電壓的范圍有六種(±10V、±5V、±2.5V、±1.25V、±0.625V、±0.3125V),可以在程序中配合板卡上的跳線開(kāi)關(guān)設(shè)定;訓(xùn)練中采集卡的最大輸入電壓跳線為±10V,增益為1。12位2進(jìn)制數(shù)0–4095(212-1)inputData=Inportb(Base+5)&0x0F<<8+inportb(Base+4)Volt=(inputData-2047)*20.0/4095±10VVolt=inputData*20.0/4095-10.02023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心17模擬量輸出通道(AO)任務(wù):把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號(hào),以便去驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),達(dá)到控制目的;組成:一般由接口電路、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和電壓/電流變換器組成;核心:數(shù)/模轉(zhuǎn)換器,簡(jiǎn)稱(chēng)D/A或DAC(digital-to-analogconverter),通常也把模擬量輸出通道(AO)簡(jiǎn)稱(chēng)為D/A通道。2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心18模擬量輸出通道的一般組成2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心19D/A數(shù)據(jù)寄存器Base+4D7D6D5D4D3D2D1D0D/A#1低字節(jié)DA7DA6DA5DA4DA3DA2DA1DA0Base+5D7D6D5D4D3D2D1D0D/A#1高字節(jié)XXXXDA11DA10DA9DA8Base+6D7D6D5D4D3D2D1D0D/A#2低字節(jié)DA7DA6DA5DA4DA3DA2DA1DA0Base+7D7D6D5D4D3D2D1D0D/A#2高字節(jié)XXXXDA11DA10DA9DA82023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心20D/A數(shù)據(jù)寄存器D/A#1outportb(Base+4,lbyte);outportb(Base+5,hbyte);先寫(xiě)低字節(jié)后寫(xiě)高字節(jié)D/A#2outportb(Base+6,lbyte);outportb(Base+7,hbyte);2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心21D/A參考電壓設(shè)置Internalprecisionfixedvoltreference–5vor–10vwhichbeusedasD/Ainputreference.TheD/Aoutputrangewillbe0to+5vorto+10v.

2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心22D/A轉(zhuǎn)換公式

兩路模擬信號(hào)輸出通道可輸出電壓范圍是0~+5V或0~+10V。812內(nèi)部是-5v或-10v的參考電壓。2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心23PCL-812PG采集卡在工控機(jī)中的安裝CN1:模擬量輸入CN2:模擬量單端輸入與輸出CN3:開(kāi)關(guān)量輸出CN4:開(kāi)關(guān)量輸入(DI)(DO)(AD/DA)(AD)2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心24PCL-812PG采集卡的模擬量輸入/出通道CN1連接0號(hào)~9號(hào)A/D通道,CN2連接10號(hào)~15號(hào)A/D通道。此外,CN2還用其13和14號(hào)線連接1號(hào)D/A通道,15和16號(hào)線連接2號(hào)D/A通道。1234567891011121314151617181920A/D0A/D1A/D2A/D3A/D4A/D5A/D6A/D7A/D8A/D9A.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDCN1模擬量單端輸入1234567891011121314151617181920A/D10A/D11A/D12A/D13A/D14A/D15D/A1D/A2V.REF1V.REF2A.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDCN2模擬量輸入與輸出2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心25訓(xùn)練接線圖在關(guān)機(jī)狀態(tài)下接線!輸入A/D通道的電壓嚴(yán)禁超出±10V!在關(guān)機(jī)狀態(tài)下接線!輸出D/A通道嚴(yán)禁短路接信號(hào)發(fā)生器或直流穩(wěn)壓電源接示波器訓(xùn)練接線圖2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心27訓(xùn)練內(nèi)容11.模擬量輸出通道D/A運(yùn)行演示程序產(chǎn)生一個(gè)直流電壓;產(chǎn)生一個(gè)方波信號(hào),周期和幅值可調(diào);產(chǎn)生一個(gè)正弦波信號(hào),周期和幅值可調(diào)。上述產(chǎn)生的三種信號(hào)均可經(jīng)由1號(hào)D/A通道輸出,接示波器觀察波形,此時(shí),工控機(jī)和采集卡共同構(gòu)成了一個(gè)信號(hào)發(fā)生器。(?。?!注意示波器探頭的正確使用,不能相碰,否則設(shè)備損害)2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心28訓(xùn)練內(nèi)容22.模擬量輸入通道A/D運(yùn)行演示程序?qū)?~+10V的直流電壓、正弦波信號(hào)以及方波信號(hào)經(jīng)10號(hào)A/D通道采入計(jì)算機(jī),在顯示器上顯示;相當(dāng)于一個(gè)數(shù)字示波器;演示中可用信號(hào)發(fā)生器作為信號(hào)源,也可將演示程序D/A部分產(chǎn)生的信號(hào)作為信號(hào)源;可用示波器同時(shí)觀察采集的信號(hào)。2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心29訓(xùn)練內(nèi)容33.模擬量輸出通道D/A單步運(yùn)行范例程序在TC環(huán)境中單步運(yùn)行程序DA_ONE.C(源程序見(jiàn)附錄6),該程序?qū)⒁粋€(gè)由鍵盤(pán)鍵入的直流電壓信號(hào)輸出。程序運(yùn)行中,利用“watch”區(qū)域觀察有關(guān)變量的值,確認(rèn)并記錄程序中的關(guān)鍵語(yǔ)句及其作用。注意對(duì)采集卡各端口的尋址和數(shù)據(jù)格式。2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心30訓(xùn)練內(nèi)容44.模擬量輸出通道D/A單步運(yùn)行范例程序在TC環(huán)境中單步運(yùn)行程序AD_ONE.C(源程序見(jiàn)附錄6),該程序?qū)⒁粋€(gè)直流電壓信號(hào)采入計(jì)算機(jī),以數(shù)字形式顯示,相當(dāng)于一個(gè)數(shù)字電壓表。程序運(yùn)行中,利用“watch”區(qū)域觀察有關(guān)變量的值,確認(rèn)程序中的關(guān)鍵語(yǔ)句及其作用,并作記錄;注意對(duì)采集卡端口的尋址。2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心31總結(jié)Inportb——讀端口(寄存器)Intvar=Inportb(基地址+偏移地址)Outportb——寫(xiě)端口(寄存器)Outportb(基地址+偏移地址,Intvar)2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心32AD通道程序#defineBASS_ADDRESS0x220/*設(shè)置基地址*/intChannel=0~15;/*定義通道*/(訓(xùn)練中選擇AD10通道!)main(){unsignedshortintDRDY;inthbyte,lbyte;floattemp;charc;outportb(BASS_ADDRESS+10,Channel);/*多路選擇控制*/outportb(BASS_ADDRESS+9,0);/*增益控制*/outportb(BASS_ADDRESS+11,1);/*模式控制:軟件觸發(fā)*/while(1){DRDY=1;outportb(BASS_ADDRESS+12,1);/*AD軟件觸發(fā)*/2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心33AD通道程序(續(xù))while((DRDY!=0)&&(!kbhit()))/*判斷有無(wú)鍵按下*/{DRDY=inportb(BASS_ADDRESS+5)&0x10;/*等待轉(zhuǎn)換完成*/}hbyte=inportb(BASS_ADDRESS+5)&0x000f;/*獲取高字節(jié)*/lbyte=inportb(BASS_ADDRESS+4)&0x00ff;/*獲取低字節(jié)*/temp=((hbyte<<8)+lbyte-2047)*20.0/4095.0;/*計(jì)算值*/printf("\nValue=%f",temp);printf("\nPressNtonextandPressotherkeytoquit!!");c=bioskey(0);if(c=='n'||c=='N')continue;elsebreak;}}2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心34DA通道程序#defineBASE_ADDRESS0x220intChannel=1/2;main(){floatOutputdata;intlbyte,hbyte;intout=0;charc;while(1){clrscr();printf("\nPleaseinputAmplitude(0~10V):");scanf("%f",&Outputdata);out=Outputdata*4095.0/10.0;hbyte=(out>>8)&0x0f;2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心35DA通道程序(續(xù))lbyte=out&0xff;outportb(BASE_ADDRESS+4+2*(Channel-1),lbyte);outportb(BASE_ADDRESS+5+2*(Channel-1),hbyte);printf("\nPressNtonextandPressotherkeytoquit!!");c=bioskey(0);if(c=='n'||c=='N')continue;elsebreak;}outportb(BASE_ADDRESS+4+2*(Channel-1),0);outportb(BASE_ADDRESS+5+2*(Channel-1),0);}說(shuō)明:D/A輸出時(shí),先寫(xiě)低字節(jié),暫存在寄存器里面,當(dāng)高字節(jié)寫(xiě)完后,再進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心36課后作業(yè)復(fù)習(xí)本次課程內(nèi)容,思考模擬量輸入輸出與開(kāi)關(guān)量輸入輸出的區(qū)別與聯(lián)系閱讀附錄1-3,進(jìn)一步熟悉相關(guān)寄存器的功能注釋AD和DA通道程序改寫(xiě)AD和DA通道程序?yàn)樽映绦騣ntAD(intchannel)/*0-15*/{ ……}DA(intchannel,intdata)/*1-2;0-10V*/{……}2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心37

PCL-812PG

工業(yè)系統(tǒng)模擬量傳感器模擬量傳感器模擬量傳感器信號(hào)調(diào)理多路開(kāi)關(guān)MUX可編程放大器接口電路控制電路A/D轉(zhuǎn)換器采樣/保持器

S/H控制線…信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理數(shù)據(jù)總線模擬量輸入通道的一般組成Inportb(Base+5)Inportb(Base+4)Outportb

(Base+10,通道號(hào))Outportb

(Base+9,增益)Outportb(Base+11,控制字)Outportb(Base+12,控制字)2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心38模擬量輸出通道的一般組成Outportb(Base+4/6,lbyte)Outportb(Base+5/7,hbyte)2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心39訓(xùn)練內(nèi)容1調(diào)試AD子程序,實(shí)現(xiàn)附錄5.1的功能

floatAD(intchannel)/*0-15*/

{ ……}調(diào)試DA子程序,實(shí)現(xiàn)附錄5.2的功能

DA(intchannel,floatdata)/*1-2;0-10V*/

{ ……}在關(guān)機(jī)狀態(tài)下接線!輸入A/D通道的電壓嚴(yán)禁超出±10V!在關(guān)機(jī)狀態(tài)下接線!輸出D/A通道嚴(yán)禁短路接信號(hào)發(fā)生器或直流穩(wěn)壓電源接示波器訓(xùn)練接線圖2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心41訓(xùn)練內(nèi)容2編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)以下功能:經(jīng)鍵盤(pán)輸入任意0-10V電壓,由D/A通道轉(zhuǎn)換后輸出,然后經(jīng)A/D通道采集回來(lái),轉(zhuǎn)換后顯示在屏幕上,并計(jì)算誤差。AD通道和DA通道可任選;參考AD_one.c和DA_one.c程序,使用AD和DA子程序。在關(guān)機(jī)狀態(tài)下接線!輸入A/D通道的電壓嚴(yán)禁超出±10V!在關(guān)機(jī)狀態(tài)下接線!輸出D/A通道嚴(yán)禁短路訓(xùn)練接線圖2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心43DA通道程序#defineBASE_ADDRESS0x220/*設(shè)置基地址*/intChannel=1/2;/*定義通道*/main(){floatOutputdata;intlbyte,hbyte;intout=0;charc;while(1){clrscr();printf("\nPleaseinputAmplitude(0~10V):");scanf(“%f”,&Outputdata);/*屏幕讀入電壓值*/out=Outputdata*4095.0/10.0;/*轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)*/hbyte=(out>>8)&0x0f;/*獲取高4位*/2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心44DA通道程序(續(xù))lbyte=out&0xff;/*獲取低8位*/outportb(BASE_ADDRESS+4+2*(Channel-1),lbyte);outportb(BASE_ADDRESS+5+2*(Channel-1),hbyte);printf("\nPressNtonextandPressotherkeytoquit!!");c=bioskey(0);if(c=='n'||c=='N')continue;elsebreak;}outportb(BASE_ADDRESS+4+2*(Channel-1),0);outportb(BASE_ADDRESS+5+2*(Channel-1),0);}說(shuō)明:D/A輸出時(shí),先寫(xiě)低字節(jié),暫存在寄存器里面,當(dāng)高字節(jié)寫(xiě)完后,再進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換寫(xiě)低8位寫(xiě)高4位輸出清02023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心45AD通道程序#defineBASS_ADDRESS0x220/*設(shè)置基地址*/intChannel=0~15;/*定義通道*/main(){unsignedshortintDRDY;inthbyte,lbyte;floattemp;charc;outportb(BASS_ADDRESS+10,Channel);/*多路選擇控制*/outportb(BASS_ADDRESS+9,0);/*增益控制*/outportb(BASS_ADDRESS+11,1);/*模式控制:軟件觸發(fā)*/while(1){DRDY=1;outportb(BASS_ADDRESS+12,1);/*AD軟件觸發(fā)*/2023/2/1西安交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心46AD通道程序(續(xù))while((DRDY!=0)&&(!kbhit()))/*判斷有無(wú)鍵按下*/{DRDY=inportb(BASS_ADDRESS+5)&0x10;/*等待轉(zhuǎn)換完成*/}hbyte=inportb(BASS_ADDRESS+5)&0x000f;/*獲取高字節(jié)*/lbyte=inportb(BASS_ADD

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