级微控制器课程设计任务书114.docx
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级微控制器课程设计任务书114
测控2012级《嵌入式微控制器应用系统综合设计》
课程设计任务书
一、设计课的目的与任务
《嵌入式微控制器应用系统综合设计》是为测控专业《嵌入式微控制器技术》课程而开设的课程设计教学环节,其目的在于培养学生综合运用理论知识来分析和解决实际问题的能力,是通过设计以微控制器为核心的单片机检测系统,加深学生对微控制器技术的了解,进一步掌握其程序设计与硬件接口技术。
本课程的主要任务是运用所学微控制器技术、微机原理等方面的知识,设计出一台以80C32MCU为核心的单片机数据采集、通讯或测控系统,完成信息的采集、处理、输出及人机接口电路等部分的软、硬件设计。
可采用Proteus仿真软、硬件设计。
二、课程设计的基本要求
本课程设计涉及《嵌入式微控制器技术》课程的基本概念和理论,主要要求学生掌握微控制器的指令系统、中断技术、总线扩展、模拟与数字I/O接口技术与通讯技术等,重点是培养学生掌握微控制器在自动化测控应用系统中的设计与开发方法。
课程设计的基本要求如下:
1.掌握单片微控制器硬件结构和工作原理、中断与定时系统、嵌入式应用、现场总线等基本概念和原理;
2.熟悉8/16位单片微控制器的主要功能单元和指令系统;
3.熟悉测控网络中嵌入式微控制器的应用和现场总线应用技术;
4.利用微控制器的接口技术进行简单的测控及自动化应用系统设计;
5.每人提交系统设计报告一份,现场演示验收设计系统。
三、课程设计的内容
本课程设计的重点是培养学生利用微控制器的硬、软件开发技术进行微控制器系统的设计与开发能力。
具体设计内容包括两个部分。
(一)必做实验部分:
1.步进电机控制
2.直流电机控制
3.扩展键盘显示接口实验
4.LCD液晶显示接口实验
5.电机控制机电一体化实验平台实验
6.温度、压力测量与控制实验平台实验
(二)选做设计部分:
由指导老师提供多个不同的微控制器系统设计题目,学生根据爱好自由选择,或经老师同意选择其它题目。
选做部分题目及设计内容、要求等如下:
1.分组完成下列设计任务中的一项
1).设计一个基于单片机的测控系统
设计一个基于单片机为核心的测控系统,该系统要求如下。
①.测量对象:
温度、压力、流量等共3路非电路参量(要求以一定周期巡回检测)。
②.控制对象:
温度(测量范围为0~200℃,温度控制精度为±2℃)。
③.要求对各参数的测量值实时显示。
④.当控制对象温度超限并失调时,能声光报警。
⑤.操作员能在运行过程中通过人机对话修改温度设定目标值。
⑥.测量的各参数中,除温度用作控制外,其余只用作监视系统运行,对测量精度可不予考虑或自定。
根据设计要求,本系统除对温度要进行闭环控制外,对其余2个参量只作巡回检测,对各个参数要能实时显示和故障报警。
其中微型控制器即单片机作为整个系统的控制核心,除了完成对A/D通道采样、D/A通道输出和键盘、显示、报警等外部过程与设备的控制任务外,还要完成对采样数据的数字滤波、非线性校正、标度变换和温度控制算法的实现等数据处理任务。
设计相应的A/D、D/A、键盘、显示接口和热电偶测温及冷端补偿电路,可在线键盘参数设置、定时检测、显示、报警,其中控制输出部分采用模拟量或开关量进行控制。
a.ADC采样,LCD显示,喇叭报警,利用D/A0832控制输出
b.ADC采样,LED显示,喇叭报警,利用I/O开关量控制输出
2).设计一个基于单片机的实时数据采集与处理系统
设计一个基于单片机的可以采集两路压力数据、数据分辨率为8位的实时数据采集与处理系统。
假定两路压力参数对应的直流电压在0~5V范围内变化,输出显示为0~2000Pa,要求对通道0每隔0.1s采样一次,共采集20次;对通道1每隔1s采样一次,共采集10次。
并要求将不同通道采集的数据进行相应的处理后以电压值的形式分别显示在显示器的不同区域上。
软件设计要求:
显示器上可以设计一个窗口,用来显示两个不同通道的压力值,在窗口上显示出相应通道号的提示信息。
由此,设计中需要设计一个主程序和一至二个中断服务程序,即时钟中断服务程序或转换结束中断服务程序。
硬件设计要求:
设计相应的A/D、键盘和压力检测、处理与显示电路,可在线键盘参数设置、定时检测、显示和报警。
采用ADC0809采样,LCD同时显示两路压力参数,喇叭报警等。
3).设计一个基于单片机的温度控制器
设计一个基于单片机的温度控制器,利用不同类型传感器检测环境温度和室内空气湿度,并可以显示环境温度及空气湿度,控制升降温、超温报警。
软件设计:
可在线键盘设置报警参数,具有定时检测处理、显示、报警和判断开启升降温设备,用LCD同时显示室内温度及湿度。
硬件设计:
设计相应的A/D、键盘和环境温度及空气湿度的检测、显示、灯光报警等电路。
4).设计一个基于单片机数据采集与双机通信系统
设计一个基于单片机数据采集与双机通信系统。
利用单片机的串行口与扩展的A/D接口,进行数据采集、标度变换与通信,实现2台单片机之间的双机数据通信与显示。
功能要求:
①.A/D采样数据,将采样数据发送另一台单片机。
②.接收发送的采样数据,并用两台单片机的LED或LCD显示采样实时数据。
③.发送数据控制对方的某一对象,如:
直流电机、发光二极管等。
硬件设计:
设计相应的A/D、显示、串行通信接口的电路,利用单片机的串行口与扩展的A/D接口,实现2台8031单片机之间的双机数据通信与显示。
5).设计一个基于单片机的简易电子计价秤
设计一个基于单片机的简易电子计价秤,可以对多种商品进行单价输入、秤重、计价、显示。
其秤量范围为0~5kg。
采用的89C51作为控制器,A/D转换器,LCD显示,12个按键。
设计单片机重量检测、处理与显示硬件电路,软件要求对多种不同单价的商品进行键盘参数设置、秤量、计价、统计和显示。
硬件设计采用A/D芯片采样,LCD显示,键盘参数给定与显示,超重报警等。
6).设计一个基于微机控制器的智能流量监测仪
设计一个基于89C52微机控制器的智能流量监测仪。
功能要求:
1.可以根据流量不同区段,设置的4位数的智能流量监测仪;
2.可在线键盘参数设置、定时检测、定时显示流量的瞬时值和累计值;
3.设计相应的A/D、键盘和流量检测数据处理与显示程序。
硬件设计要求:
设计相应的A/D、键盘、显示接口电路,LCD同时显示瞬时流量和累计流量,可参数设定、显示、灯光报警。
7).设计一个基于单片机的智能型数字PID调节器
设计一个基于单片机的智能型数字PID调节器。
功能要求:
1.模拟信号输入0~5V,量程可以自由设定;模拟信号输出0~5V。
2.单片机对采集数据进行数据处理,如数字滤波、标度变换等。
3.设计多种PID控制算法,如:
常规数字PID控制和带死区的PID控制算法。
4.可在线键盘参数设置、定时检测、显示、报警等。
硬件设计要求:
设计相应的A/D、D/A、键盘、显示、灯光报警接口电路。
8).设计一个基于单片机的步进电动机控制器
设计内容:
掌握步进电动机控制系统的硬件设计方法和步进电动机速度调节、方向控制技术。
学会编制步进电动机驱动程序的软件设计方法。
由于步进电机启动时,通常系统惯性及负载的影响,启动力矩较大。
电机无法从静止状态瞬间加速到正常工作转速。
为了防止步进电机失步,在实际系统中必须采用变频启动的方法:
电机低速启动,获得较大的力矩,再通过增加驱动脉冲的频率,使电机逐步加速到正常工作转速。
用P口输出脉冲信号,驱动步进电机转动,通过调节脉冲信号的宽度来控制步进电动机速度;改变相线通电顺序,即改变定子磁场旋转的方向,从而达到控制步进电动机正反转方向控制。
同时要求在显示器上显示调节的迅时速度和方向
控制要求:
1.自动控制步进电机变频启动;
2.可以对步进电动机速度调节和方向控制。
设计要求:
设计出步进电动机控制系统的电路原理图,并说明其工作原理,编写程序及程序流程图。
9).设计一个基于单片机的步进电动机位置测控系统(硬件)
设计内容:
掌握将步进电动机角位移变成直线位移和测量位置的方法。
利用电机控制机电一体实验仪上的硬件电路,将步进电动机的角位移变成直线位移。
并采用A/D0809转换器构成一个测量位置的系统。
编制程序定位和测量机电平台上指针指示的位置。
设计要求:
设计出电路原理图,说明工作原理,编写程序及程序流程图。
a.ADC采样,多位LCD显示,多位参数给定与显示,灯光报警。
b.ADC采样,多位LED显示,多位参数给定与显示,喇叭报警。
10).设计一个基于单片机的直流电动机位置测控系统(硬件)
设计内容:
掌握直流电动机控制系统的硬件设计方法,利用电机控制机电一体实验仪上的硬件电路,通过机械机构将直流电机的角位移转换为直线位移,利用电位器和A/D转换器,构成直流电机测量位置系统。
当直流电机运转时,带动电位器旋转,电位器输出值模拟量,通过A/D转换采集数据。
电位器输出模拟量与指针位置成近似线性关系,也就是说,采集的数字量,就反映出指针所指示的位置。
学会编制直流电动机定位和测量指针指示位置程序的软件设计方法。
为了观察比较、测量的值和实际的位移值,将测量值以十进制数的形式显示在实验仪的数码管上,单位为厘米。
该内容即为机电平台上指针所指示的位置值。
设计要求:
设计出电路原理图,说明工作原理,编写程序及程序流程图。
a.ADC采样,多位LCD显示,多位参数给定与显示,灯光报警。
b.ADC采样,多位LED显示,多位参数给定与显示,喇叭报警。
11).设计一个基于单片机的直流电机转速测量与控制的系统(硬件)
设计内容:
掌握直流电动机控制系统的硬件设计方法,利用电机控制机电一体实验仪上的硬件电路,构成直流电机测速系统。
掌握光敏管和栅格盘组合的测速技术和定时/计数器的灵活运用。
通过栅格圆盘和光敏管组成测速系统。
当直流电机通过传动部分带动栅格圆盘旋转时,测速光敏管获得一系列脉冲信号。
这些脉冲信号通过定时/计数器2计数,定时器T0定时。
定时器T0完成100次溢出中断的时间T除以测得的脉冲数m,经过单位换算,就可以算得直流电机旋转的速度。
直流电机转速计算公式:
n=60·m/(N1·T·N)(rpm)
其中:
n为直流电机转速,N为栅格数,N1为T0中断次数,m为定时器T2在规定时间内测得的脉冲数,T为定时器T0定时溢出时间。
学会编制测量直流电机的运行速度程序。
为了观察直流电机转速测量的值,将测量值以十进制数的形式显示在实验仪的数码管上,每秒刷新显示。
单位rpm。
设计要求:
设计出电路原理图,说明工作原理,编写程序及程序流程图。
a.LCD显示,多位参数给定与显示,灯光报警。
b.LED显示,多位参数给定与显示,喇叭报警。
12).设计一个基于单片机的多功能波形发生器
设计一个基于单片机的多功能波形发生器。
设计功能:
①.波形发生器能在不同开关控制下输出不同波形,如:
正弦波、方波、三角波或锯齿波波形。
②.这些波形的极性、周期和占空比(对矩形波而言)等可由操作人员设置和修改(信号频率可调节,使用数模转换芯片ADC0808或ADC0809,通过调节可变电阻RV1来调节脉冲宽度)。
通过示波器显示、检验产生的波形。
设计要求:
设计相应的D/A、键盘、显示接口电路,可在线键盘参数设置,其中控制输出部分采用D/A0832模拟量输出。
13).设计一个基于单片机的抢答器
设计一个以微控制器为核心的智力竞赛抢答器。
在现代生活的许多智力竞赛和娱乐节目中,经常需要应用竞赛抢答器来供多人或多组对一些题目进行抢答。
设计功能:
①.可供8组同时抢答,由按钮控制。
②.能显示出最先抢答的组号,而对其他组的抢答不予理睬。
③.对主持人未曾按启动按钮之前就按抢答钮的犯规组,亮红灯警告。
④.对抢答后的回答时间进行计时控制和显示,如回答超时,则以音响报警。
设计要求:
设计出电路原理图,说明其工作原理,编写程序及程序流程图。
14).设计一个基于单片机的空调机控制器
设计一个基于单片机的分体式空调机控制器。
要求完成以下基本控制功能。
①.制冷与制热状态的恒温自动控制。
②.用户的温度设定和定时时间的设定。
③.送风控制。
④.自动去湿控制。
⑤.定时、开、关机的控制。
⑥.三分钟延时启动的保护。
⑦.当前环境的温、湿度以及设定温度的发光二极管显示功能。
设计相应的A/D、D/A、键盘、显示接口电路,可在线键盘参数设置、定时检测、显示、报警,其中控制输出部分采用模拟量或开关量进行控制。
a.ADC采样,LCD显示,多位参数给定与显示,灯光报警。
b.ADC采样,LED显示,多位参数给定与显示,喇叭报警。
15).设计一个基于单片机的洗衣机控制器
设计一个基于单片机的洗衣机控制器,控制洗衣机按照“启动→进水→漂洗→洗衣→脱水→停止”的流程工作。
用不同的LED灯显示洗衣机的各动作状态,并设定每一步骤为一个固定时间,用LED显示器显示剩余时间。
要求完成以下基本控制功能。
①.给水和排水的自动控制。
②.用户定时时间的设定。
③.电机的正反转。
④.各种定时和故障报警电路。
⑤.定时开、关机的控制。
⑥.一分钟延时启动的保护。
设计相应的A/D、D/A、键盘、显示接口和传感器测量水位电路,可在线键盘参数设置、定时检测、显示、报警,其中控制输出部分采用模拟量或开关量进行控制。
16).设计一个基于单片机的智能电子钟
设计一个基于单片机控制的智能电子钟。
要求它有以下功能。
1.能动态显示实时时钟的时、分、秒数据。
2.能够按照主人的作息时间表定时响铃。
3.能够按照主人提供的定时时间表,以遥控方式定时打开或关闭音响、电视和其他家电的设备。
设计相应的键盘、定时器/计数器电路、时间及功能设置电路、时间显示电路、对被控对象进行遥控操作的电路以及响铃报警电路等,可在线键盘参数设置、定时检测、显示、报警。
17).设计一个基于单片机的简易数字电压表
设计一个基于单片机控制的简易数字电压表,利用A/D实现多通道采样模拟电压值,该数字电压表可以测量0~5V的3路输入电压值,并在LCD显示器上3路同时显示四位数的电压值或单路选择显示四位数的电压值(或在四位LED数码管上轮流显示或单路选择显示电压值)。
测量最小分辨率为0.019V,测量误差约为士0.02V。
通过按键任意设置电压上下限值,当电压超过上下限值时,LED或者蜂鸣器报警。
设计相应的A/D、键盘、显示接口电路,可在线键盘参数设置、定时检测、显示、报警。
18).设计一个基于单片机的交通信号灯实时控制器
利用单片机设计一个交通信号灯实时控制系统,能够控制东西、南北两个方向的交通,红绿黄灯用红、黄、绿三种颜色的12个发光二极管代替,用4个2位LED数码管分别显示东、西、南、北方向通行时间,LED数码管减1计算显示。
①在一个十字路口的一条主干道和一条支干道上分别装上一套红、黄、绿3种信号灯:
用钮子开关模拟十字路口的车辆检测传感器信号。
在一般情况下,主干道上的绿灯常亮,而支干道总是红灯。
②当检测到支干道上来车时(用按键开关模拟),主干道的绿灯转为黄灯,持续4S后,又变为红灯,同时支干道由红灯变为绿灯。
③支干道绿灯亮后,或者检测到主干道上来了3辆(用3个钮子开关模拟),或者虽未来3辆车,但绿灯已经持续了25s,则支干道立即变为黄灯,4s后转为红灯,同时主干道由红灯变为绿灯。
设计要求:
设计出电路原理图,说明工作原理,编写程序及程序流程图。
19)设计一个基于单片机的出租车计价器
本系统通过设计一个出租车计程计价器,模拟一个检测车轮转动里程的计价系统。
要求具有时钟和计程计价显示功能:
当启动键被按下时,系统开始计程,同时显示出起价和每公里单价;在行驶过程中,实时显示已行走的里程数和当前累计价格;当清除键被按下时,计程计价器清0。
设计要求:
设计出车轮转动里程检测电路、里程计数中断电路、时钟计时与显示电路、启动及清除电路等原理图,说明工作原理,编写程序及程序流程图。
20)设计一个基于单片机的汽车信号灯控制系统
设计一个基于单片机的汽车信号灯控制系统。
汽车驾驶执行的操作由相应的开关状态反映,所需控制的信号灯有仪表盘左/右转弯灯、左右头灯和左右尾灯共六类灯,还有蜂鸣器喇叭控制的信号。
设计功能:
驾驶操作与灯光信号对应关系如下:
(1)左/右转弯(合上左/右开关):
仪表盘左/右转弯灯、左/右头灯、左/右尾灯闪烁。
(2)紧急开关合上:
所有灯闪烁。
(3)刹车(合上刹车开关):
左右尾灯亮。
(4)左/右转弯刹车:
仪表盘左/右转弯灯、左/右头灯、左/右尾灯闪烁,右/左尾灯亮。
(5)刹车、合上紧急开关:
尾灯亮、仪表板灯、头灯闪烁。
(6)左/右转弯刹车,并合上紧急开关:
右/左尾灯亮,其余灯闪烁。
(7)停靠(合上停靠开关):
头灯、尾灯以1Hz的频率闪烁。
(8)倒车:
尾灯长亮、蜂鸣器以0.5Hz的频率报警。
设计要求:
设计出电路原理图,说明工作原理,编写程序及程序流程图。
21)设计一个基于单片机的家用风扇控制器
设计一个基于单片机的家用风扇控制器。
设计内容:
1.设计并制作一个家用风扇控制器。
控制器面板为:
按钮三个,分别为风速、类型和停止,LED指示灯六个,指示风速强、中、弱,类型为睡眠、自然和正常。
2.电扇处于停转状态时,所有指示灯不亮,只有按下“风速”键时,才会响应,进入起始工作状态;电扇在任何状态,只要按停止键,则进入停转状态。
3.处于工作状态时,有:
(1)按“风速”键,其状态由“弱”“中”“强”“弱”……往复循环改变,每按一下按键改变一次;
(2)按“类型”键,其状态由“正常”“睡眠”“自然”“正常”……往复循环改变;
(3)初始状态为:
风速-“弱”,类型-“正常”;
4.风速的弱、中、强对应于电扇的转动由慢到快。
5.类型的不同选择,分别为:
(1)正常电扇连续运转;
(2)自然电扇模拟自然风,即转4s,停8s;
(3)睡眠电扇慢转,产生轻柔的微风,运转8s,停转8s;
6.按照风速与类型的设置输出相应的控制信号。
设计要求:
设计出家用风扇控制器电路原理图,说明其工作原理,编写程序及程序流程图。
22).设计一个基于单片机的现代化车库的智能守卫者
设计一个用微控制器为控制中心的自动控制通风系统,并提出一个解决方案,以实现监控和调节地下车库的温度、湿度和一氧化碳的浓度。
为尽可能省电,该系统可以通过接在微控制器上的传感器获得地下车库的环境参数,然后在适当的时间通过一个继电器控制电动机,从而调节地下车库的内部环境。
设计要求:
设计出温度、湿度和一氧化碳的浓度检测电路,采用ADC采样,多位LED显示,电磁继电器控制输出,调节地下车库的内部环境。
说明工作原理,编写程序及程序流程图。
23)设计一个基于单片机的电加热炉自动控制系统
电加热炉自动控制系统由有轨小车、电炉、导轨、工件等组成。
系统能够实时检测工件的温度,通过温度传感器反馈到控制系统,然后与系统设定的目标值进行比较进行PID调节,从而控制工件的加工温度。
一、控制要求:
1.初始状态
电动机M=OFF,小车停在SQ3位置外,SQ3发光管灭,SQ4发光管灭,炉门关闭,SQ2亮,SQ1灭,电炉丝关断即OFF状态。
2.启动操作
按下启动按钮SB0。
3.温度控制过程
①小车沿铁轨向里运行,SQ3闭合(发光管亮),电动机M正转,加热炉门打开,SQ2断开(发光管灭)。
②当SQ1闭合后,表示加热炉门开完毕,SQ1亮,M停车,被加热物料开始进入加热炉。
③当小车到达SQ4位置时,SQ3断开、SQ4闭合,延时5s后,电动机M反转,加热炉门开始关闭,SQ1断开,当SQ2闭合后,表示加热炉门关完毕,加热炉开始对工件加热。
当温度达到550摄氏度后,保持30秒,加热炉门开,SQ2断开。
当SQ1闭合后,被加热物料出炉,SQ4断开。
⑥SQ3闭合、加热炉门开始关闭,SQ1断开,当SQ2闭合后,这一轮加热过程结束,开始下一轮加热。
4.停止操作
按停止按钮SB1,系统停止运行。
二、设计要求
设计出电路原理图,说明其工作原理,编写程序及程序流程图。
24)设计一个基于单片机的自动售货机
自动售货机系统由三个投币口组成,可分别投入5角、1元、5元等三种硬币。
当购买一定数目的货物以后,在取物口取出商品,然后在退币口取出余额。
同时为了指示系统当前的状态,配有L1、L2指示灯,当系统出现错误时,会根据提前设定方式进行报警输出。
一、控制要求
1、初始状态
货物数量由原有量决定。
2、启动操作
首先按下装货按钮,将售货机中的货物装满(每种货物十瓶),购物操作通过面板上的按钮实现。
购买货物时应是先投币后选货物,如果投币不足红灯L1会亮,此时必须往里加币,且重新选择所需货物,才能取出想要的货物;若是投币足够取物口灯会亮表示货物已到取物口,并且可继续选择货物,直至余额不足;按“退币钮”退币口灯亮表示余额退出。
在操作过程中若是投币后或购买商品10秒钟不操作,退币口将自动退币。
自动售货机中的商品有一定数量,如果售货机内无货,再次选择相应货物,绿灯L2将会闪烁通知购物人,此时可选择其他商品或退币。
二、设计要求
设计出电路原理图,说明工作原理,编写程序及程序流程图。
25)设计一个基于单片机的厨房料理机控制器
1、控制要求
设计一个厨房料理机控制器,要求完成以下功能:
1.可以制作干豆豆浆、湿豆豆浆、五谷杂粮浆、果汁等。
在制作流程中分别有浸泡、加热、刀片搅拌等环节。
2.设定好流程后,料理机可自动完成全过程,不再需要人工操作。
干豆豆浆、湿豆豆浆、五谷杂粮浆、果汁各设定一个固定流程,对应不同的按钮,方便用户一键操作。
也可提供用户自行设置流程。
例如制作干豆豆浆流程:
浸泡(n分钟)加热(到温度1)刀片搅拌(m分钟)再加热(到温度2)再搅拌(j分钟)加热到100℃持续k分钟;
3.可分别设定加热的温度、容器中液体的最高位置,以及相关环节的加工时间;
4.实时检测容器中液体的温度及液体的最高位置;
5.当容器中液体达到最高位置时,停止当时的环节(搅拌和加热都可使液位上升),以防溢出。
待液位复原后,再从停止点继续完成后续流程;
6.具备预约功能。
加工完成后报警提示。
2、设计要求
设计相应的A/D、D/A、键盘、显示接口和传感器测量液位电路、测量温度电路,可在线键盘参数设置、定时检测、显示、报警等。
设计出电路原理图,并说明工作原理,编写程序及程序流程图。
26).设计一个基于单片机的压力测量系统
设计一个压力测量系统,系统设计功能要求如下:
①能自动测量压力,压力测量范围为0~100MPa。
②在显示器上将压力值实时显示,压力显示格式为“P=XXX.X”MPa。
③具有压力超限报警功能。
④测量误差不大于±0.5MPa。
设计要求:
设计相应的A/D、键盘、显示接口和传感器压力测量电路
27).设计一个基于单片机的电加热炉温度控制系统(硬件)
设计一个电加热炉温度控制系统,系统设计功能要求如下:
①能自动测量温度,温度测量范围为0~100C°。
②在显示器上将温度值实时显示,温度显示格式为“温度=XXX.X”C°。
③具有温度超限报警功能。
④通过温度传感器反馈到控制系统,然后与系统设定的温度目标值进行比较进行自动加温调节,从而达到电加热炉的温度自动控制。
硬件设计:
设计相应的A/D、D/A、键盘和
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