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1、課 題第2章 MCS-51系列單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能學(xué) 時(shí) 2學(xué)時(shí)授課類型新授課授課班級(jí)14工業(yè)教學(xué)目標(biāo)1知識(shí)目標(biāo)掌握89S51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能。2能力目標(biāo)通過直觀教學(xué)和教師的具體講解,培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和抽象思維能力;培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)問題的能力。3情感目標(biāo)通過對(duì)專業(yè)入門知識(shí)的生動(dòng)形象的教學(xué),使學(xué)生對(duì)本課程產(chǎn)生濃厚興趣,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。教學(xué)重點(diǎn)189S51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。289S51芯片引腳功能。教 法采用“媒體演示分析概括鞏固提高”的教學(xué)模式教學(xué)過程過程設(shè)計(jì)創(chuàng)設(shè)情景導(dǎo)入:通過上節(jié)課的對(duì)實(shí)際芯片的觀察,由教師講解所選實(shí)物的控制過程的實(shí)現(xiàn),從而導(dǎo)入到單片機(jī)的內(nèi)
2、部結(jié)構(gòu)和工作過程。結(jié)合89S51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖介紹各組成部分的功能對(duì)照實(shí)物認(rèn)識(shí)芯片各引腳名稱并熟記各引腳功能一、89S51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 89S51 芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2. 1 所示。圖2.1 89S51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖·CPU是整個(gè)單片機(jī)的核心,主要功能是完成指令的運(yùn)行控制、8 位數(shù)據(jù)運(yùn)算和位處理等。 ·4 KB 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器主要用于存放程序、常數(shù)和表格。 ·128 B 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM,主要用于存放可隨機(jī)讀寫的數(shù)據(jù)。 ·4 個(gè)8 位并行I/ O 口P0、P1、P2 和P3主要用于完成數(shù)據(jù)的并行輸入和輸出。 ·兩個(gè)16 位的定時(shí)器/
3、 計(jì)數(shù)器,主要功能是用于定時(shí)或計(jì)數(shù)。 ·一個(gè)可編程全雙工串行口,用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)及其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳遞。 ·具有5個(gè)中斷源、兩個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷系統(tǒng)。 ·片內(nèi)帶有時(shí)鐘振蕩器, 89S51振蕩頻率范圍為033MHz。·89S51還擁有看門狗電路(用于防止程序進(jìn)入無序或是非法狀態(tài))和內(nèi)部FLASH ROM編程邏輯電路。二、芯片引腳功能89S51的DIP(雙列直插)封裝芯片共有40個(gè)引腳,采用引腳復(fù)用技術(shù)。引腳排列如圖2.2所示。圖2.2 89S51芯片引腳圖·MCS-51采用引腳復(fù)用技術(shù)。 ·各引腳名稱和功能工作電源引腳:VCC:電源端。
4、GND:接地端。工作電壓范圍:4.05.5V。晶振引腳:XTAL1:芯片內(nèi)部振蕩電路輸入端。XTAL2:芯片內(nèi)部振蕩電路輸出端。當(dāng)外接晶振時(shí),XTAL1和 XTAL2各接晶振的一端。I/O引腳:P0.0P0.7:P0口8位雙向口線。第一功能為基本輸入/輸出,第二功能是為擴(kuò)展系統(tǒng)分時(shí)提供數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線。 P1.0P1.7:P1口8位雙向口線,用于完成8位數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出。 P2.0P2.7:P2口8位雙向口線。第一功能為基本輸入/輸出,第二功能是在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)作為高位地址線使用。 P3.0P3.7:P3口8位雙向口線。它是一個(gè)雙功能口,即P3口的每一條口線都具有第二功能,其功能如表2
5、.1所示。表2.1 P3口線的第二功能口線第二功能信號(hào)第二功能P30RXD串行數(shù)據(jù)輸入P31TXD串行數(shù)據(jù)輸出P32外部中斷0請(qǐng)求輸入P33外部中斷1請(qǐng)求輸入P34T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部輸入P35T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部輸入P36外部RAM寫選通P37外部RAM讀選通控制引腳:ALE/:地址鎖存控制/片內(nèi)ROM編程脈沖輸入信號(hào)。 RST:復(fù)位信號(hào)。 /VPP:訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)/片內(nèi)FLASH ROM編程電源輸入。 :外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。 以上各引腳的功能在以后的章節(jié)有詳細(xì)介紹。總 結(jié) 通過視圖掌握89S51芯片每部結(jié)構(gòu)和各引腳名稱及功能。板書設(shè)計(jì)第2章 MCS-51系列單片機(jī)的
6、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能一、AT89S51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)二、89S51芯片引腳功能1、工作電源引腳 2、晶振引腳 3、I/O引腳 4、控制引腳思 考 題189S51單片機(jī)內(nèi)部有哪些主要部件?其功能是什么?2簡(jiǎn)述89S51幾個(gè)控制引腳的功能。課后反思課 題第2章 MCS-51系列單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.2 并行I/O口學(xué) 時(shí)2學(xué) 時(shí)授課類型理論講授授課班級(jí)14工業(yè)教學(xué)目標(biāo)1知識(shí)目標(biāo)掌握MCS-51單片機(jī)并行I/O的功能和使用方法2能力目標(biāo)通過直觀教學(xué)和教師的具體講解,培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和抽象思維能力;培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)問題的能力。3情感目標(biāo)通過對(duì)專業(yè)入門知識(shí)的生動(dòng)形象的教學(xué),使學(xué)生對(duì)本課程
7、的產(chǎn)生濃厚興趣,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。教學(xué)重點(diǎn)1I/O口P0、P1、P2、P3的工作過程。教 法采用“媒體演示分析概括鞏固提高”的教學(xué)模式教學(xué)過程過程設(shè)計(jì)創(chuàng)設(shè)情景導(dǎo)入:89S51芯片的I/O口P0、P1、P2、P3主要用于完成數(shù)據(jù)的并行輸入和輸出,那么它們是怎么工作的呢?根據(jù)結(jié)構(gòu)圖講解各組成部分P1口、P2口、P3口工作過程的相似及不同;注意P3口的第二功能一、P0口1P0口的一位結(jié)構(gòu) P0 口的一位結(jié)構(gòu)圖如圖2.3所示。 圖2.3 P0口的一位結(jié)構(gòu)2工作過程 P0口有兩種方式:通用I/O口、地址/數(shù)據(jù)總線。 ·通用I/O口的工作過程P0輸出數(shù)據(jù)時(shí):寫信號(hào)加在鎖存器的時(shí)鐘端CL上,內(nèi)部
8、總線上的數(shù)據(jù)通過鎖存器,再經(jīng)過V2管,輸出在引腳上。此時(shí)為漏極開路輸出,因此外接負(fù)載時(shí)要接提升電阻,否則不能正常工作。P0輸入數(shù)據(jù)時(shí):分為讀引腳和讀鎖存器兩種工作方式,分別用到兩個(gè)輸入緩沖器。讀引腳操作:即為單片機(jī)執(zhí)行端口輸入指令(如MOV A,P0)時(shí)的操作。這時(shí)由“讀引腳”信號(hào)將三態(tài)緩沖器2打開,引腳上的數(shù)據(jù)經(jīng)三態(tài)緩沖器2輸入內(nèi)部總線。讀鎖存器操作:即為單片機(jī)執(zhí)行“讀修改寫”類指令(如ANL P0,A)時(shí)的操作。在執(zhí)行這類指令時(shí),由“讀鎖存器”信號(hào)使三態(tài)緩沖器1打開,讀入P0口在鎖存器中的數(shù)據(jù),然后進(jìn)行相關(guān)邏輯運(yùn)算,再把結(jié)果寫回到P0口。 ·地址/數(shù)據(jù)總線的工作過程當(dāng)系統(tǒng)片外擴(kuò)展
9、時(shí),控制信號(hào)使多路轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX接通A端,P0口就可以作為地址/數(shù)據(jù)總線。二、P1口P1口的一位結(jié)構(gòu)圖如圖2. 4所示。圖2.4 P1口的一位結(jié)構(gòu)P1口作為通用I/O口輸入和輸出數(shù)據(jù)的工作過程及P0口相似。P1口及P0口的區(qū)別是讀鎖存器操作時(shí)不需要向鎖存器寫1;輸出數(shù)據(jù)時(shí),由于位結(jié)構(gòu)中含有上拉電阻,不需外接上拉電阻。三、P2口P2 口既可作為通用I/ O口使用,又可作為系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)的高8位地址使用。其一位結(jié)構(gòu)圖如圖2. 5 所示。圖2.5 P2口的一位結(jié)構(gòu)·P2口作通用I/O,其輸入和輸出的工作過程及P0口相似。·P2口作高8位地址線:多路開關(guān)接通A端,地址信號(hào)經(jīng)非門、場(chǎng)效應(yīng)
10、管V,由引腳輸出。四、P3口P3 口可作為通用I/ O口使用,同時(shí)P3 口又是一個(gè)雙功能口,其一位結(jié)構(gòu)圖如圖2. 6 所示。圖2.6 P3口的一位結(jié)構(gòu)·P3口作通用I/O,結(jié)構(gòu)和工作過程及P2 口完全相同。 ·P3口的某一位用作第二功能輸出:該位的鎖存器自動(dòng)置1,及非門的輸出只受“第二功能輸出”端控制。“第二功能輸出”端的信號(hào)經(jīng)及非門和場(chǎng)效應(yīng)管輸出到該位引腳上。 ·P3口的某一位用作第二功能輸入:該位的鎖存器和“第二功能輸出”端都為1,及非門輸出為低電平,場(chǎng)效應(yīng)管截止,引腳上的信號(hào)經(jīng)緩沖器進(jìn)入單片機(jī)內(nèi)部第二功能輸入端。 小結(jié):P0P3口都是雙向I/O口,同時(shí)又是雙
11、功能口。在輸入引腳信息前,必須向?qū)?yīng)的鎖存器寫1,就驅(qū)動(dòng)能力來說,P0口的驅(qū)動(dòng)能力最強(qiáng),為8個(gè)TTL門,其余3個(gè)口驅(qū)動(dòng)能力為4個(gè)TTL門,在接口使用時(shí)應(yīng)注意其負(fù)載能力。總 結(jié) 分析I/O口P0、P1、P2和P3的工作過程,注意之間的相似和區(qū)別。板書設(shè)計(jì)2.2 并行I/O口一、P0口1、P0口的一位結(jié)構(gòu) 2、工作過程二、P1口1、P0口的一位結(jié)構(gòu) 2、工作過程三、P2口1、P0口的一位結(jié)構(gòu) 2、工作過程四、P3口1、P0口的一位結(jié)構(gòu) 2、工作過程思 考 題89S51單片機(jī)的四個(gè)I/O口工作過程?課后反思課 題第2章 MCS-51系列單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.3存儲(chǔ)器的組織結(jié)構(gòu)學(xué) 時(shí)2學(xué) 時(shí)授課類型理論
12、講授授課班級(jí)14工業(yè)教學(xué)目標(biāo)1知識(shí)目標(biāo)掌握MCS-51單片機(jī)存儲(chǔ)器空間分布及特點(diǎn);掌握五種常用的特殊功能寄存器。2能力目標(biāo)通過直觀教學(xué)和教師的具體講解,培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和抽象思維能力;培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)問題的能力。3情感目標(biāo)通過對(duì)專業(yè)入門知識(shí)的生動(dòng)形象的教學(xué),使學(xué)生對(duì)本課程的產(chǎn)生濃厚興趣,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。教學(xué)重點(diǎn)1片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址地址。2五種常用的特殊功能寄存器的作用。教 法采用“媒體演示分析概括鞏固提高”的教學(xué)模式教學(xué)過程過程設(shè)計(jì)創(chuàng)設(shè)情景導(dǎo)入:在下面的三節(jié)中,著重介紹單片機(jī)的存儲(chǔ)器。在MCS - 51單片機(jī)中,程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是分開的,他們有各自的尋址系統(tǒng)、控制信號(hào)和功能。本節(jié)
13、詳細(xì)介紹片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。理解MCS - 51 系列單片機(jī)的存儲(chǔ)器配置各存儲(chǔ)器的地址范圍和位尋址理解PSW各位的定義和使用SP的進(jìn)棧和出棧MCS - 51 系列單片機(jī)系統(tǒng)中有五種存儲(chǔ)器,它們分別是片內(nèi)RAM、片外RAM、片內(nèi)ROM、片外ROM 和片內(nèi)特殊功能寄存器(SFR)。將這5種存儲(chǔ)器編排在3個(gè)地址空間,即程序存儲(chǔ)器空間、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間。存儲(chǔ)器空間分配情況如圖2. 7 所示。圖2.7 MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器配置一、 程序存儲(chǔ)器空間程序存儲(chǔ)器可尋址的地址空間為64K字節(jié),它包括片內(nèi)ROM和片外ROM。MCS-51系列單片機(jī)中,有的芯片有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器(如89
14、S51),有的芯片內(nèi)沒有程序存儲(chǔ)器(如8031)。下面以89S51為例講述地址空間的分配。89S51片內(nèi)有4 KB ROM,片外還可以擴(kuò)展64 KB ROM。片內(nèi)4 KB ROM和片外低4 KB ROM地址重復(fù),分配的地址空間為0000H0FFFH。由引腳輸入的信號(hào)決定是使用片內(nèi)ROM還是片外ROM。二、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間1內(nèi)部RAM89S51芯片內(nèi)部含有128B的RAM,其地址為00H7FH。按用途可分為三個(gè)部分:工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)和一般RAM區(qū)。如圖2.9所示。圖2.9 內(nèi)部RAM結(jié)構(gòu)·工作寄存器區(qū) 共含有32個(gè)單元(00H1FH),平均分成四組,每一組含有8個(gè)單元,記作R0
15、R7。其作用是用于存放操作數(shù)以及指令執(zhí)行的中間結(jié)果。·位尋址區(qū) 共有16個(gè)單元(20H2FH)。這16個(gè)單元中的每一個(gè)位都有一個(gè)位地址,它們的位地址范圍是00H7FH。· 一般RAM區(qū) 共有80個(gè)單元(30H7FH)。一般把堆棧設(shè)置在此區(qū)域中。2特殊功能寄存器(SFR)典型的MCS-51單片機(jī)共有21個(gè)特殊功能寄存器(SFR),分散地分布在80H0FFH地址空間內(nèi)。下面是五種常用的特殊功能寄存器。·累加器ACC 8位累加器主要完成數(shù)據(jù)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算,也可以存放數(shù)據(jù)或中間結(jié)果,是最常用的特殊功能寄存器。它也是一個(gè)可位尋址的寄存器。·B寄存器8位B寄存器主
16、要用于乘、除法運(yùn)算,及累加器配對(duì)使用。在乘法指令中,在乘法指令中,被乘數(shù)取自A,乘數(shù)取自B,結(jié)果存放于寄存器對(duì)BA中。在除法指令中,被除數(shù)取自A,除數(shù)取自B,結(jié)果商存放于A,余數(shù)存放于B。此外,B寄存器也可作為一般的寄存器使用。·程序狀態(tài)寄存器PSW 用來反映指令執(zhí)行后的狀態(tài)。PSW中各位的定義見表2. 4。表2.4 PSW中各位的定義位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位標(biāo)志CYACFORS1RS0OV未用PCY,進(jìn)位標(biāo)志位AC,輔助進(jìn)位標(biāo)志位FO,用戶定義標(biāo)志位RS1、RS0,工作寄存器組選擇位, 其對(duì)應(yīng)關(guān)系見表2.5。表2.5 R
17、S1、RS0及寄存器組對(duì)應(yīng)關(guān)系RS1RS0寄存器組地址000組0007H011組080FH102組1017H113組181FHOV,溢出標(biāo)志位P,奇偶標(biāo)志位·堆棧指針寄存器SP 堆棧是設(shè)置在片內(nèi)RAM中的一段存儲(chǔ)區(qū)域,它的存儲(chǔ)順序?yàn)橄冗M(jìn)后出。就好象一個(gè)用水桶存放碟子一樣,先放進(jìn)去的碟子在下面,后放進(jìn)去的碟子壓在上面。當(dāng)取碟子時(shí),先取上面后放入的碟子,再取下面先放入的碟子。這種存儲(chǔ)方式需要一個(gè)地址指針來指向棧頂(堆棧最上面的數(shù)據(jù))的位置。SP就是用來指示棧頂位置的寄存器。 堆棧有兩種操作:進(jìn)棧和出棧。進(jìn)棧操作后,SP的值自動(dòng)加1,表明堆棧頂部的位置向上移;出棧操作后,SP的值自動(dòng)減1,
18、表明堆棧頂部的位置向下移。·數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR DPTR是一個(gè)16位特殊功能寄存器,可作為兩個(gè)8位寄存器使用,寫作DPH高8位,DPL低8位。在系統(tǒng)擴(kuò)展中,DPTR作為片外程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址指針,指示要訪問的存儲(chǔ)器單元地址。四、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展的最大容量為64 KB(0000HFFFFH),由數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR尋址。總 結(jié) 理解單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)對(duì)后面的編程和應(yīng)用做基礎(chǔ)片內(nèi)ROM和片外ROM程序存儲(chǔ)器空間片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間片外RAM片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間板書設(shè)計(jì)2.3存儲(chǔ)器的組織結(jié)構(gòu)一、程序存儲(chǔ)器空間(片內(nèi)4KB,片外64K
19、B,地址為0000HFFFFH)二、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間1、內(nèi)部RAM(128B,地址為00H7FH) 按用途分為三個(gè)部分2、特殊功能寄存器(SFR)看表2.3思 考 題分析五種特殊功能寄存器的功能?課后反思課 題第2章 MCS-51系列單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.4 MCS-51時(shí)鐘電路及復(fù)位電路學(xué) 時(shí)2學(xué) 時(shí)授課類型理論講授授課班級(jí)14工業(yè)教學(xué)目標(biāo)1知識(shí)目標(biāo)掌握MCS-51單片機(jī)典型時(shí)鐘電路;掌握典型復(fù)位電路及復(fù)位對(duì)單片機(jī)各部件的影響。2能力目標(biāo)通過直觀教學(xué)和教師的具體講解,培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和抽象思維能力;培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)問題的能力。3情感目標(biāo)通過對(duì)專業(yè)入門知識(shí)的生動(dòng)形象的教學(xué),使學(xué)生對(duì)本課程的產(chǎn)
20、生濃厚興趣,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。教學(xué)重點(diǎn)1典型復(fù)位電路及復(fù)位對(duì)單片機(jī)各部件的影響。教 法采用“媒體演示分析概括鞏固提高”的教學(xué)模式教學(xué)過程過程設(shè)計(jì)創(chuàng)設(shè)情景導(dǎo)入:?jiǎn)纹瑱C(jī)要保證同步的工作方式必須在統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格的按照時(shí)序進(jìn)行工作。而時(shí)序則由振蕩器和時(shí)鐘電路產(chǎn)生。本節(jié)將著重研究MCS-51時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。理解單片機(jī)的內(nèi)部和外部時(shí)鐘信號(hào),熟記它們的接法理解時(shí)序單位關(guān)系理解單片機(jī)典型時(shí)序的執(zhí)行理解各復(fù)位電路的實(shí)現(xiàn)及操作過程一、時(shí)鐘電路1振蕩器及時(shí)鐘電路單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)是由振蕩器產(chǎn)生的振蕩脈沖二分頻得到的。振蕩器如下圖所示。其中C1和C2起頻率微調(diào)作用,外接石英晶體時(shí)選30PF左右,外接
21、陶瓷諧振器時(shí)選40PF左右。晶體的振蕩頻率決定時(shí)鐘電路的振蕩頻率,其頻率范圍一般在033MHZ之間。 單片機(jī)還可以采用外部時(shí)鐘信號(hào)方式,如圖所示。這種方式主要用于解決多單片機(jī)系統(tǒng)中的同步問題。2時(shí)序的基本概念時(shí)序是指各種信號(hào)的時(shí)間序列,它表明了指令執(zhí)行中各種信號(hào)之間的相互關(guān)系。為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn),全部電路應(yīng)在統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。 MCS-51時(shí)序的基本定時(shí)單位共有四個(gè)(從小到大),參考圖2.12。 ·時(shí)鐘振蕩周期:由振蕩電路產(chǎn)生的振蕩脈沖的周期,又稱為拍節(jié)。 ·S狀態(tài)周期:是時(shí)鐘震蕩周期的二倍寬。 ·機(jī)器周期:是執(zhí)行指令的單位周期。 ·指令周期:執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間。圖2.12 時(shí)序單位關(guān)系圖二、單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位復(fù)位是單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)的初始化操作。另外,當(dāng)程序運(yùn)行錯(cuò)誤或由錯(cuò)誤操作而使單片機(jī)進(jìn)入死鎖狀態(tài)時(shí),也可通過復(fù)位進(jìn)行重新啟動(dòng)。1復(fù)位電路MCS -51單片機(jī)的復(fù)位方式有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種。按鍵手動(dòng)復(fù)位又
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