2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡(jiǎn)介

1、<p><b>  課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>  題 目:超聲波測(cè)距 </p><p>  院 (系):電子工程與自動(dòng)化 </p><p>  專 業(yè): </p><p>  學(xué)生姓名: </p><p>

2、;  學(xué) 號(hào): </p><p>  指導(dǎo)教師: </p><p>  2011 年 11 月 7 日</p><p><b>  目錄</b></p><p><b>  一、緒論</b></p><p>  二、對(duì)

3、本課程的設(shè)計(jì)分析</p><p>  2.1 總體設(shè)計(jì)方案介紹</p><p>  2.1.1 超聲波測(cè)距原理 </p><p>  2.1.2 超聲波測(cè)距原理框圖</p><p>  2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案</p><p>  2.2.1 51系列單片機(jī)的功能特點(diǎn)及測(cè)距原理</p><p>

4、;  2.2.1.1 51系列單片機(jī)的功能特點(diǎn)</p><p>  2.2.1.2 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)測(cè)距原理 </p><p>  三、主要電路模塊的實(shí)現(xiàn)方案比較及選擇</p><p>  3.1 超聲波發(fā)射電路</p><p>  3.2 超聲波檢測(cè)接收電路</p><p>  3.3 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)<

5、;/p><p>  3.4 系統(tǒng)電路圖及其PCB圖</p><p><b>  四、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>  4.1 主程序流程圖</p><p>  4.2超聲波發(fā)射子程序和超聲波接收中斷程序</p><p>  五、測(cè)試數(shù)據(jù)以及結(jié)論</p><p>  六

6、、課程設(shè)計(jì)過程中遇到的主要問題以及解決辦法</p><p><b>  七、心得體會(huì)</b></p><p><b>  緒論</b></p><p>  隨著社會(huì)的發(fā)展,人們對(duì)距離或長(zhǎng)度測(cè)量的要求越來越高。超聲波測(cè)距由于其能進(jìn)行非接觸測(cè)量和相對(duì)較高的精度,越來越受到人們的重視。超聲波測(cè)距離的一個(gè)最重要的功能就是作用于倒車

7、系統(tǒng)上。要實(shí)現(xiàn)倒車系統(tǒng)的準(zhǔn)確精度,就得把超聲波和單片機(jī)相結(jié)合,利用單片機(jī)的控制系統(tǒng)和精確的運(yùn)算使超聲波測(cè)距離更加快速和精確。從而,減少事故的發(fā)生。通過該實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)利用單片機(jī)和超聲波探測(cè)元件測(cè)試距離的基本方法,進(jìn)一步熟悉單片機(jī)定時(shí)器技術(shù)、中斷技術(shù)在數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理過程中的綜合運(yùn)用方法,提高綜合應(yīng)用程序的編程方法與技巧。</p><p>  發(fā)射器發(fā)出的40KHz超聲波以速度v在空氣中傳播,在到達(dá)被測(cè)物體時(shí)被反射返回

8、,由接收器接收,其往返時(shí)間為t,由s=vt/2即可算出被測(cè)物體的距離。</p><p>  報(bào)告內(nèi)容包括:?jiǎn)纹瑱C(jī)控制主程序、中斷子程序、延時(shí)子程序和超聲波發(fā)射、接收電路、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)顯示電路以及主電路。</p><p>  二、對(duì)本課程設(shè)計(jì)的分析</p><p>  2.1總體設(shè)計(jì)方案介紹</p><p>  2.1.1超聲波測(cè)距原理</

9、p><p>  發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度v在空氣中傳播,在到達(dá)被測(cè)物體時(shí)被反射返回,由接收器接收,其往返時(shí)間為t,由s=vt/2即可算出被測(cè)物體的距離。由于超聲波也是一種聲波,其聲速v與溫度有關(guān),下表列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時(shí),如果溫度變化不大,則可認(rèn)為聲速是基本不變的。</p><p>  表1-1 超聲波波速與溫度的關(guān)系表</p><p><b>

10、;  表1-1</b></p><p>  2.1.2超聲波測(cè)距儀原理框圖如下圖</p><p>  采用AT89s52單片機(jī),晶振:12MHZ,單片機(jī)P1.0口發(fā)出40kHZ的方波信號(hào),通過超聲波發(fā)射器輸出;超聲波接收器將接收到的超聲波信號(hào),利用外部中斷0口監(jiān)測(cè)超聲波輸出的返回信號(hào),顯示電路采用簡(jiǎn)單的4位LED數(shù)碼管,位碼用8550驅(qū)動(dòng)。</p><p&g

11、t;  圖1-1 超聲波測(cè)距原理框圖</p><p>  2.2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>  硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及LED顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路三部分。單片機(jī)采用AT89S52來實(shí)現(xiàn)對(duì)CX20106A紅外接收芯片和TCT40-10系列超聲波轉(zhuǎn)換模塊的控制。采用12MHz高精度的晶振,以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率,減小測(cè)量誤差。單片機(jī)通過P1.0口經(jīng)反相

12、器來控制超聲波的發(fā)送,然后單片機(jī)不斷的檢測(cè)INT0引腳,當(dāng)INT0引腳的電平用高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就認(rèn)為超聲波已返回。計(jì)數(shù)器所記的數(shù)據(jù)就是超聲波所經(jīng)歷的時(shí)間,通過換算就可以得到超聲波傳感器與障礙物的距離。</p><p>  2.2.1 51系列單片機(jī)的功能特點(diǎn)及測(cè)距原理</p><p>  2.2.1.1 51系列單片機(jī)的功能特點(diǎn)</p><p>  51系列單

13、片機(jī)中典型芯片(AT89S52)采用40引腳雙列直插封裝(DIP)形式,內(nèi)部由CPU,8kB的ROM,256 B的RAM,3個(gè)16b的定時(shí)/計(jì)數(shù)器TO、T1以及T2,4個(gè)8 b的工/O端I:IP0,P1,P2,P3,一個(gè)全雙功串行通信口等組成。特別是該系列單片機(jī)片內(nèi)的Flash可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器(E~PROM),使其在實(shí)際中有著十分廣泛的用途,在便攜式、省電及特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中更為有用。 </p>

14、<p>  5l系列單片機(jī)提供以下功能:8 kB存儲(chǔ)器;256 BRAM;32條工/O線;3個(gè)16b定時(shí)/計(jì)數(shù)器;5個(gè)2級(jí)中斷源;1個(gè)全雙向的串行口以及時(shí)鐘電路。</p><p>  空閑方式:CPU停止工作,而讓RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。</p><p>  掉電方式:保存RAM的內(nèi)容,振蕩器停振,禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件復(fù)位。</p&g

15、t;<p>  5l系列單片機(jī)為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。充分利用他的片內(nèi)資源,即可在較少外圍電路的情況下構(gòu)成功能完善的超聲波測(cè)距系統(tǒng)。</p><p>  2.2.1.2 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)測(cè)距原理 </p><p>  單片機(jī)發(fā)出超聲波測(cè)距是通過不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波,從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差t,然后求出距離S=Ct/2,式中的C為超聲波

16、波速。</p><p>  限制該系統(tǒng)的最大可測(cè)距離存在4個(gè)因素:超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測(cè)距離。由于超聲波屬于聲波范圍,其波速C與溫度有關(guān)。</p><p>  主要電路模塊的實(shí)現(xiàn)方案比較及選擇</p><p>  3.1 超聲波發(fā)射電路</p><

17、;p>  超聲波發(fā)射電路原理圖如圖3-1所示。發(fā)射電路主要由反相器CD4069和超聲波發(fā)射換能器TX構(gòu)成,單片機(jī)P1.0端口輸出的40kHz的方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極,另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極,用這種推換形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端,可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。</p><p>  3.2 超聲波檢測(cè)接收電路</p><p>

18、  集成電路CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片,常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測(cè)距的超聲波頻率40 kHz較為接近,可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路(如圖3-2)。實(shí)驗(yàn)證明用CX20106A接收超聲波(無信號(hào)時(shí)輸出高電平),具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。</p><p>  圖3-2 超聲波檢測(cè)接收電路</p><p>  3.3

19、超聲波測(cè)距系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>  本系統(tǒng)的特點(diǎn)是利用單片機(jī)控制超聲波的發(fā)射和對(duì)超聲波自發(fā)射至接收往返時(shí)間的計(jì)時(shí),單片機(jī)選用AT89S52,經(jīng)濟(jì)易用,且片內(nèi)有8K的ROM,便于編程。單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路原理圖如見圖3-3。</p><p>  圖3-3 單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路原理圖</p><p>  3.4 系統(tǒng)電路圖及其PCB圖</p>

20、<p>  給出整個(gè)系統(tǒng)的電路圖,并加以說明。要詳細(xì)說明第3節(jié)中各模塊如何組合在一起來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的。</p><p>  當(dāng)電源接電的時(shí)候由AT89S52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)CX20106A紅外接收芯片的控制。單片機(jī)通過P1.0引腳經(jīng)反相器來控制超聲波的發(fā)送,然后單片機(jī)不停的檢測(cè)INT0引腳,當(dāng)INT0引腳的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就認(rèn)為超聲波已經(jīng)返回。單片機(jī)開啟外部中斷使定時(shí)器關(guān)閉,定時(shí)器所計(jì)的數(shù)據(jù)就是超

21、聲波所經(jīng)歷的時(shí)間,通過運(yùn)算就可以得到傳感器與障礙物之間的距離,這時(shí)通過BCD碼轉(zhuǎn)換把十六進(jìn)制的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制,并通過查表把距離顯示在LED數(shù)碼管顯示器上。</p><p><b>  四、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>  4.1 主程序流程圖</p><p>  超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)射子程序、超聲波接收中斷程

22、序及顯示子程序等部分組成。</p><p>  主程序首先對(duì)系統(tǒng)初始化,設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16位的定時(shí)計(jì)數(shù)器模式,置位總中斷允許位EA。然后單片機(jī)送出超聲波脈沖,為避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直接波觸發(fā),需延遲一段時(shí)間,保持電平20us左右,也就是超聲波頻率大約為40KHZ,連續(xù)發(fā)送8個(gè)波形(這也是超聲波測(cè)距離會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因)后,才打開外中斷1接收返回的超聲波信號(hào)。由于采用12MHz

23、的晶振,機(jī)器周期為1us,當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后,將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)(即超聲波來回所用的時(shí)間)按下式計(jì)算即可測(cè)得被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離,設(shè)計(jì)時(shí)取20℃時(shí)的聲速為340m/s則有:</p><p>  d=(T0*344)/2(其中T0為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)數(shù)值)</p><p>  測(cè)出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制BCD碼方式送到LED顯示管顯示,然后再發(fā)射超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過程。主程序框

24、圖如下圖5-1所示:</p><p>  圖5-1 超聲波測(cè)距離主程序流程圖</p><p>  4.2超聲波發(fā)射子程序和超聲波接收中斷程序</p><p>  超聲波發(fā)射子程序的作用是通過P1.0端口發(fā)送8個(gè)超聲波信號(hào),頻率約40KHz的方波,脈沖寬度為20us左右,同時(shí)把計(jì)數(shù)器T0打開進(jìn)行計(jì)時(shí)。超聲波測(cè)距離主程序利用外中斷0檢測(cè)返回超聲波信號(hào),一旦接收到返回超聲

25、波信號(hào)(INT0引腳出現(xiàn)低電平),立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入該中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí),并將測(cè)距成功標(biāo)志位賦值1.,中斷子程序流程圖如圖5-2所示:</p><p>  圖5-2 定時(shí)中斷子程序流程圖 外部中斷子程序流程圖</p><p>  五、測(cè)試數(shù)據(jù)以及結(jié)論</p><p>  在溫度為25度左右環(huán)境下測(cè)試:</p

26、><p>  超聲波測(cè)距儀的制作和調(diào)試都比較簡(jiǎn)單,其中超聲波發(fā)射和接收采用Φ15的超聲波換能器TCT40-10F1(T發(fā)射)和TCT40-10S1(R接收),中心頻率為40kHz,安裝時(shí)應(yīng)保持兩換能器中心軸線平行并相距4~8cm,其余元件無特殊要求。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來,則可提高抗干擾能力。 </p><p>  硬件電路制作完成并調(diào)試好后,便可將程序編譯好下載到單片

27、機(jī)試運(yùn)行。根據(jù)實(shí)際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測(cè)量的間隔時(shí)間,以適應(yīng)不同距離的測(cè)量需要。根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路參數(shù)和程序,測(cè)距儀能測(cè)的范圍為0.06~1m,測(cè)距儀最大誤差不超過1mm。系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對(duì)測(cè)量誤差和重復(fù)一致性進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)分析,不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達(dá)到實(shí)際使用的測(cè)量要求。</p><p>  改裝:由于技術(shù)水平所限暫時(shí)不能給該設(shè)計(jì)加入語音程序,如果能加入語音程序的話,就能使超聲波測(cè)距離在倒

28、車系統(tǒng)和其他領(lǐng)域中得到最完美的體現(xiàn)。</p><p>  超聲波測(cè)距離在生活中的應(yīng)用越來越廣泛,且也使汽車在倒車的時(shí)候能最大可能的減少事故的發(fā)生。其有很高的開發(fā)的價(jià)值和十分廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,為提高生活和科學(xué)技術(shù)水平提供了選擇。</p><p>  六、課程設(shè)計(jì)過程中遇到的主要問題以及解決辦法</p><p>  問題一:該實(shí)驗(yàn)不能在Protues上進(jìn)行仿真</p

29、><p>  由于不能在Protues上仿真出超聲波信號(hào)的發(fā)射和接收所以進(jìn)行不了仿真,這時(shí)候我只能通過查資料直接在Protel上畫出該實(shí)驗(yàn)的整個(gè)電路圖,直接做出硬件來進(jìn)行調(diào)試。</p><p>  問題二:接受超聲波電路的電容用錯(cuò) </p><p>  電解電容用了瓷片電容,而且電容的大小用小了</p><p><b>  七、心得體會(huì)

30、</b></p><p>  超聲波測(cè)距離讓我想到雷達(dá)探測(cè),因?yàn)槠淅玫木褪浅暡ㄔ?。由于暑假電賽培?xùn)時(shí)候已經(jīng)做過了其電路板,只是當(dāng)時(shí)程序下載到板子上時(shí)候沒有成功。所以我把上次遺留下來的問題,一并的在這次課設(shè)中考慮進(jìn)去了,可以說是帶著很疑問去做課設(shè)的。板子很快就做好了,而程序的編寫都是自己通過網(wǎng)上查找資料以及詢問高年級(jí)學(xué)長(zhǎng)才一步一個(gè)坎,一步一個(gè)腳印,最終編程成功,達(dá)到了我所想要的結(jié)果。過程不算很難,

31、同時(shí)看著自己所做出來的成果,感覺挺開心的。</p><p>  通過該實(shí)驗(yàn),我們認(rèn)識(shí)的到了單片機(jī)在控制領(lǐng)域中的強(qiáng)大作用,也使我加深了所學(xué)的單片機(jī)知識(shí),為我們以后的就業(yè)和學(xué)習(xí)提供了很多的基礎(chǔ)。</p><p><b>  附錄</b></p><p><b>  超聲波測(cè)距離程序</b></p><p&g

32、t;  #include <reg52.h> </p><p>  #define uchar unsigned char </p><p>  #define uint unsigned int</p><p>  #define ulong unsigned long</p><p>  sbit Tx = P1^0;

33、 //產(chǎn)生脈沖引腳</p><p>  sbit Rx = P3^2; //回波引腳</p><p>  uchar code SEG7[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; </p><p>  uint distance[4]; //測(cè)距接收緩沖區(qū)</p><p&

34、gt;  uchar ge,shi,bai,temp,flag,outcomeH,outcomeL,i; </p><p>  bit succeed_flag; //測(cè)量成功標(biāo)志</p><p>  void conversion(uint temp_data);</p><p>  void delay_20us();</p><p>

35、;  void csb_init();</p><p>  void main() // 主程序</p><p><b>  { </b></p><p>  uint distance_data,a,b;</p><p>  uchar CONT_1; </p><p><b&g

36、t;  i=0;</b></p><p><b>  flag=0;</b></p><p>  csb_init();</p><p>  while(1) </p><p><b>  {</b></p><p><b>  EA=

37、0;</b></p><p><b>  Tx=1;</b></p><p>  delay_20us();</p><p>  Tx=0; //產(chǎn)生一個(gè)20us的脈沖,在Tx引腳 </p><p>  while(Rx==0); //等待Rx回波引腳變高電平</p>

38、<p>  succeed_flag=0; //清測(cè)量成功標(biāo)志</p><p>  EX0=1; //打開外部中斷</p><p>  TH1=0; </p><p>  TL1=0; </p><p>  TF1=0; </p><p>

39、;  TR1=1; //啟動(dòng)定時(shí)器1</p><p><b>  EA=1;</b></p><p>  while(TH1 < 30); //等待測(cè)量的結(jié)果,周期65.535毫秒(可用中斷實(shí)現(xiàn)) </p><p>  TR1=0; //關(guān)閉定時(shí)器1</p><p>  EX

40、0=0; //關(guān)閉外部中斷</p><p>  if(succeed_flag==1)</p><p><b>  { </b></p><p>  distance_data=outcomeH; //測(cè)量結(jié)果的高8位</p><p>  distance_data<<=8;

41、 //放入16位的高8位</p><p>  distance_data=distance_data|outcomeL;//與低8位合并成為16位結(jié)果數(shù)據(jù)</p><p>  distance_data*=12; //因?yàn)槎〞r(shí)器默認(rèn)為12分頻</p><p>  distance_data/=58; //微秒的單位除以58等于厘米</p&g

42、t;<p>  } // X秒=( 2*Y米)/344 X秒=0.0058*Y米 </p><p>  if(succeed_flag==0)</p><p><b>  {</b></p><p>  distance_data=0; //沒有回波則清零</p

43、><p><b>  }</b></p><p>  distance[i]=distance_data; //將測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū)</p><p><b>  i++;</b></p><p><b>  if(i==3)</b></p><p>&

44、lt;b>  {</b></p><p>  distance_data=(distance[0]+distance[1]+distance[2]+distance[3])/4;</p><p>  a=distance_data;</p><p>  if(b==a) CONT_1=0;</p><p>  if(b!=a

45、) CONT_1++;</p><p>  if(CONT_1>=3)</p><p><b>  {</b></p><p><b>  CONT_1=0;</b></p><p><b>  b=a;</b></p><p>  convers

46、ion(b);</p><p><b>  } </b></p><p><b>  i=0;</b></p><p><b>  } </b></p><p><b>  }</b></p><p><

47、b>  }</b></p><p>  //外部中斷0,用做判斷回波電平</p><p>  INTO_() interrupt 0 // 外部中斷是0號(hào)</p><p><b>  { </b></p><p>  outcomeH =TH1; </p><p&g

48、t;  outcomeL =TL1; </p><p>  succeed_flag=1; </p><p>  EX0=0; //關(guān)閉外部中斷</p><p><b>  }</b></p><p>  //定時(shí)器0中斷,用做顯示</p><p>  time

49、r0() interrupt 1 // 定時(shí)器0中斷是1號(hào)</p><p><b>  {</b></p><p>  TH0=0xfd; //寫入定時(shí)器0初始值</p><p>  TL0=0x77; </p><p>  switch(flag) </p><p>&l

50、t;b>  {</b></p><p>  case 0x00:P2=ge; P0=0xfe;flag++;break;</p><p>  case 0x01:P2=shi;P0=0xfd;flag++;break;</p><p>  case 0x02:P2=bai;P0=0xfb;flag=0;break;</p><p

51、><b>  }</b></p><p><b>  }</b></p><p>  //顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序</p><p>  void conversion(uint temp_data) </p><p><b>  { </b></p><p

52、>  uchar ge_data,shi_data,bai_data ;</p><p>  bai_data=temp_data/100 ;</p><p>  temp_data=temp_data%100; //取余運(yùn)算</p><p>  shi_data=temp_data/10 ;</p><p>  temp_data

53、=temp_data%10; //取余運(yùn)算</p><p>  ge_data=temp_data;</p><p>  bai_data=SEG7[bai_data];</p><p>  shi_data=SEG7[shi_data];</p><p>  ge_data =SEG7[ge_data];</p><

54、p>  bai = bai_data;</p><p>  shi = shi_data;</p><p>  ge = ge_data ; </p><p><b>  }</b></p><p>  void delay_20us()</p><p>  { uchar bt ;<

55、;/p><p>  for(bt=0;bt<20;bt++); }</p><p>  void csb_init()</p><p><b>  {</b></p><p>  Tx=0; //首先拉低脈沖輸入引腳</p><p>  TMOD=0x11; //定時(shí)器0,定

56、時(shí)器1,16位工作方式</p><p>  TR0=1; //啟動(dòng)定時(shí)器0</p><p>  IT0=0; //由高電平變低電平,觸發(fā)外部中斷</p><p>  ET0=1; //打開定時(shí)器0中斷</p><p>  EX0=0; //關(guān)閉外部中斷</p><p&

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