單片機(jī)原理及應(yīng)用(C51版)教案第4章 單片機(jī)的中斷系統(tǒng)_第1頁
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文檔簡(jiǎn)介

第4章

單片機(jī)的中斷系統(tǒng)從應(yīng)用的角度重點(diǎn)講述MCS-51單片機(jī)中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理、實(shí)現(xiàn)過程和C語言編程方法。第4章

單片機(jī)的中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)的基本概念和基本結(jié)構(gòu)4.1中斷系統(tǒng)的控制與實(shí)現(xiàn)4.2中斷系統(tǒng)的處理過程4.3中斷系統(tǒng)的應(yīng)用4.44.1.1中斷的基本概念當(dāng)CPU正在處理某件事情的時(shí)候,單片機(jī)外部或內(nèi)部發(fā)生的某一事件請(qǐng)求CPU迅速去處理。CPU暫時(shí)中止當(dāng)前的工作,轉(zhuǎn)去處理所發(fā)生的事件。事件處理完畢后,CPU再回到剛剛被暫停的地方繼續(xù)原來的工作。上述過程叫做中斷。4.1中斷系統(tǒng)的基本概念和基本結(jié)構(gòu)能引起CPU產(chǎn)生中斷的事件稱為中斷源。中斷源向CPU提出的處理請(qǐng)求,稱為中斷請(qǐng)求。CPU接受中斷請(qǐng)求,暫時(shí)中止自身的事情轉(zhuǎn)去處理事件的過程,稱為中斷響應(yīng)過程。CPU對(duì)事件的整個(gè)處理過程,稱為中斷服務(wù)。為實(shí)現(xiàn)中斷而編寫的服務(wù)程序叫做中斷服務(wù)程序。事件處理完畢,再回到原來被中斷的地方,稱為中斷返回。單片機(jī)是通過相應(yīng)的硬件電路和軟件設(shè)置來完成中斷功能的,所以將能完成中斷功能的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)統(tǒng)稱為中斷系統(tǒng)。4.1.1中斷的基本概念MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)包括5個(gè)中斷源、2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí),4個(gè)用于中斷控制的寄存器IE、IP、TCON和SCON。

4.1.2中斷系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)包括5個(gè)中斷源、2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí),4個(gè)用于中斷控制的寄存器IE、IP、TCON和SCON。

4.1.2中斷系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)INT0—外部中斷請(qǐng)求0,由引腳P3.2提供,中斷請(qǐng)求標(biāo)志為IE0,由IT0選擇其有效方式。INT1—外部中斷請(qǐng)求1,由引腳P3.3提供,中斷請(qǐng)求標(biāo)志為IE1,由IT1選擇其有效方式。T0—定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷請(qǐng)求,中斷請(qǐng)求標(biāo)志為TF0。T1—定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1溢出中斷請(qǐng)求,中斷請(qǐng)求標(biāo)志為TF1。TxD/RxD—串行中斷請(qǐng)求,中斷請(qǐng)求標(biāo)志為TI或RI。MCS-51單片機(jī)通過中斷請(qǐng)求標(biāo)志寄存器TCON、串行口控制寄存器SCON、中斷允許控制寄存器IE和中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP對(duì)中斷實(shí)現(xiàn)控制。4.2.1中斷請(qǐng)求控制1.TCON中的中斷標(biāo)志位

D7D6D5D4D3D2D1D0

(88H)8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88HTCONTF1TF0IE1IT1IE0IT04.2中斷系統(tǒng)的控制與實(shí)現(xiàn)①IT0—外部中斷0觸發(fā)方式控制位當(dāng)IT0=0時(shí),外部中斷0為電平觸發(fā)方式當(dāng)IT0=1時(shí),外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式與中斷有關(guān)的標(biāo)志位的含義如下:電平觸發(fā)方式時(shí),外部中斷源的有效低電平必須保持到請(qǐng)求獲得響應(yīng)時(shí)為止,否則就會(huì)漏掉;在中斷服務(wù)結(jié)束之前,中斷源的有效低電平必須撤除,否則中斷返回之后將再次產(chǎn)生中斷。邊沿觸發(fā)方式時(shí),在相繼兩次采樣中,先采樣到外部中斷輸入為高電平,下一個(gè)周期采樣到為低電平,則置位中斷申請(qǐng)標(biāo)志IE0。若CPU暫時(shí)不能響應(yīng),中斷申請(qǐng)標(biāo)志也不會(huì)丟失,直到CPU響應(yīng)此中斷時(shí)才清“0”。4.2.1中斷請(qǐng)求控制②IE0—外部中斷0的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位當(dāng)CPU檢測(cè)到引腳上出現(xiàn)有效的中斷信號(hào)時(shí)(若IT0=0,且檢測(cè)到引腳為低電平時(shí);若IT0=1,且檢測(cè)到引腳當(dāng)出現(xiàn)負(fù)跳變時(shí)),IE0由硬件置“1”,向CPU申請(qǐng)中斷。③IT1—外部中斷1觸發(fā)方式控制位其意義與IT0類似。④IE1—外部中斷1的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位其意義與IE0類似。⑤TF0—T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位當(dāng)啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0計(jì)數(shù)后,T0從初值開始加1計(jì)數(shù),當(dāng)最高位產(chǎn)生溢出時(shí),TF0由硬件置“1”,向CPU申請(qǐng)中斷。CPU響應(yīng)TF0中斷時(shí),由硬件清“0”TF0。⑥TF1—T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位功能和TF0類似。4.2.1中斷請(qǐng)求控制①TI—串行口發(fā)送中斷標(biāo)志位每當(dāng)串行口發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)后,TI由硬件自動(dòng)置“1”。CPU響應(yīng)該中斷時(shí),不能自動(dòng)清除TI,必須用軟件對(duì)TI標(biāo)志位清“0”。②RI—串行口接收中斷標(biāo)志位每當(dāng)串行口接收完一幀串行數(shù)據(jù)后,RI由硬件自動(dòng)置“1”。CPU響應(yīng)該中斷時(shí),不能自動(dòng)清除RI,必須用軟件對(duì)RI標(biāo)志位清“0”。2.SCON中的中斷標(biāo)志位D7D6D5D4D3D2D1D0(98H)9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HSCONTIRI4.2.1中斷請(qǐng)求控制MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)包括5個(gè)中斷源、2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí),4個(gè)用于中斷控制的寄存器IE、IP、TCON和SCON。

4.1.2中斷系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)中斷源的開放和屏蔽由IE控制(1,開放;0,禁止)D7D6D5D4D3D2D1D0(A8H)AFHAEHADHACHABHAAHA9HA8HIEEAESET1EX1ET0EX04.2.2中斷允許控制復(fù)位后,IE各位被復(fù)位成“0”狀態(tài),所有中斷請(qǐng)求被禁止。若使某一個(gè)中斷源被允許中斷,除了IE相應(yīng)的位的被置“1”,還必須使EA位=1。改變IE的內(nèi)容,既可用字節(jié)操作指令來編寫,也可以由位操作指令來實(shí)現(xiàn)。MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)包括5個(gè)中斷源、2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí),4個(gè)用于中斷控制的寄存器IE、IP、TCON和SCON。

4.1.2中斷系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)MCS-51有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí),可實(shí)現(xiàn)兩級(jí)中斷嵌套。兩級(jí)中斷嵌套的過程如下所示:4.2.3中斷優(yōu)先級(jí)控制中斷優(yōu)先級(jí)遵循的原則:低優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求不得打斷高優(yōu)先級(jí)的中斷服務(wù);但高優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求可以打斷低優(yōu)先級(jí)的中斷服務(wù)。任何一種中斷(不管是高級(jí)還是低級(jí)),一旦得到響應(yīng),不會(huì)再被它的同級(jí)中斷源所中斷。中斷優(yōu)先級(jí)由IP控制(1,高級(jí);0,低級(jí))

D7D6D5D4D3D2D1D0(B8H)BFHBEHBDHBCHBBHBAHB9HB8HIPPSPT1PX1PT0PX0

復(fù)位后,IP清0,即全部設(shè)置為低優(yōu)先級(jí)中斷。4.2.3中斷優(yōu)先級(jí)控制同一優(yōu)先級(jí)的自然順序(自高至低):INT0、T0、INT1、T1、串口。

MCS-51的中斷系統(tǒng)有兩個(gè)不可尋址的“優(yōu)先級(jí)激活觸發(fā)器”:一個(gè)用來指示某高優(yōu)先級(jí)的中斷正在執(zhí)行,所有后來的中斷均被阻止;另一個(gè)用來指示某低優(yōu)先級(jí)的中斷正在執(zhí)行,所有同級(jí)中斷都被阻止,但不阻斷高優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求。中斷處理過程可分3個(gè)階段:中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回。4.3.1中斷響應(yīng)1.中斷響應(yīng)條件①有中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求②中斷總允許位EA=1③申請(qǐng)中斷的中斷源的中斷允許位為1④無同級(jí)或更高級(jí)中斷正在被服務(wù)⑤當(dāng)前指令已執(zhí)行到最后一個(gè)機(jī)器周期⑥若當(dāng)前正在執(zhí)行的指令是RETI或是訪問IE、IP的指令,該指令以及緊接著的另一條指令已執(zhí)行完。4.3中斷系統(tǒng)的處理過程2.中斷響應(yīng)過程將相應(yīng)優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器置1(阻斷后來同級(jí)或低級(jí)中斷)執(zhí)行硬件LCALL指令(PC入棧,中斷服務(wù)程序入口址送PC

)執(zhí)行中斷服務(wù)程序

4.3.1中斷響應(yīng)各中斷源的入口地址如右表所示:中斷源入口地址INT00003HT0000BHINT10013HT1001BHRxD/TxD0023H狀態(tài)觸發(fā)器的復(fù)位由中斷返回指令RETI控制3.中斷響應(yīng)時(shí)間中斷響應(yīng)時(shí)間最短為3個(gè)機(jī)器周期受阻時(shí)要附加3~5個(gè)機(jī)器周期(無同級(jí)或高級(jí)中斷正進(jìn)行)

查詢周期不是當(dāng)前指令的最后機(jī)器周期(如MUL,+3)查詢周期恰逢RETI類指令(且后跟MUL指令+5)所以,中斷響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)為8個(gè)機(jī)器周期4.3.1中斷響應(yīng)4.中斷請(qǐng)求的撤銷中斷請(qǐng)求被響應(yīng)后,要及時(shí)撤銷中斷請(qǐng)求,否則會(huì)引起重復(fù)響應(yīng)。1)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷請(qǐng)求的撤銷

中斷請(qǐng)求被響應(yīng)后,硬件自動(dòng)將中斷請(qǐng)求標(biāo)志位TF0或TF1清“0”

,因此定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷請(qǐng)求是自動(dòng)撤銷的。2)外部中斷請(qǐng)求的撤銷該中斷請(qǐng)求的撤銷,包括中斷標(biāo)志位的清“0”和外中斷信號(hào)的撤銷。邊沿觸發(fā)方式:中斷被響應(yīng)后,

IE0或IE1由硬件自動(dòng)清“0”;由于跳沿信號(hào)過后就消失了,所以外部中斷請(qǐng)求也是自動(dòng)撤銷的。4.3.1中斷響應(yīng)

電平觸發(fā)方式:中斷被響應(yīng)后,IE0或IE1由硬件自動(dòng)清“0”;但中斷請(qǐng)求信號(hào)的低電平可能繼續(xù)存在,在以后的機(jī)器采樣中,又會(huì)把已清“0”的IE0或IE1重新置“1”。要徹底解決電平方式外部中斷請(qǐng)求的撤銷,需在中斷響應(yīng)后把中斷請(qǐng)求信號(hào)引腳從低電平強(qiáng)制改變?yōu)楦唠娖?。因?yàn)镃PU無法直接干預(yù)外電路,所以在引腳處用硬件電路(再配合相應(yīng)的軟件)來撤銷外電路過期的中斷請(qǐng)求。為實(shí)現(xiàn)上圖所示的撤消中斷請(qǐng)求功能,需要在中斷服務(wù)程序中加如下兩條指令:P1|=0x01;//將P1.0位置1P1&=0xfe;//再將P1.0位清04.3.1中斷響應(yīng)3)串行口中斷請(qǐng)求的撤銷串行口中斷被響應(yīng)后,CPU無法知道是接收中斷還是發(fā)送中斷,還需測(cè)試這兩個(gè)中斷標(biāo)志位的狀態(tài),以判定是接收操作還是發(fā)送操作。所以串行口中斷請(qǐng)求的撤銷只能使用軟件方法,即在中斷服務(wù)程序中用如下指令清除標(biāo)志位:

TI=0;//清TI標(biāo)志位RI=0;//清RI標(biāo)志位4.3.1中斷響應(yīng)中斷處理包括兩部分內(nèi)容:保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和為中斷源服務(wù)?,F(xiàn)場(chǎng):中斷時(shí)刻單片機(jī)中某些寄存器和存儲(chǔ)器單元中的數(shù)據(jù)或狀態(tài)。保護(hù)現(xiàn)場(chǎng):將現(xiàn)場(chǎng)送入堆棧保存?,F(xiàn)場(chǎng)恢復(fù):從堆棧彈出保存的現(xiàn)場(chǎng)。采用匯編語言編寫中斷程序時(shí),應(yīng)該根據(jù)中斷處理程序的具體情況來決定保護(hù)哪些內(nèi)容。采用C51編寫中斷服務(wù)函數(shù)時(shí)可不必考慮這些問題。4.3.2中斷處理中斷服務(wù)程序最后指令必須是RETI,其功能:將斷點(diǎn)從堆棧彈送PC,CPU從原斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行將相應(yīng)優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器清0,恢復(fù)原來工作狀態(tài)

注意采用匯編語言編程時(shí),不能用RET代替RETI。

4.3.3中斷返回中斷源中斷請(qǐng)求

標(biāo)志位名稱置位條件置位方法清0方法中斷方式查詢方式INT0IE0單片機(jī)12引腳輸入有效信號(hào)硬件自動(dòng)置位硬件自動(dòng)清0軟件編程清0INT1IE1單片機(jī)13引腳輸入有效信號(hào)硬件自動(dòng)置位硬件自動(dòng)清0軟件編程清0T0TF0計(jì)數(shù)器/定時(shí)器0產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出(計(jì)滿)硬件自動(dòng)置位硬件自動(dòng)清0軟件編程清0T1TF1計(jì)數(shù)器/定時(shí)器1產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出(計(jì)滿)硬件自動(dòng)置位硬件自動(dòng)清0軟件編程清0TxDTI發(fā)送緩沖器空(發(fā)完一個(gè)字節(jié))硬件自動(dòng)置位軟件編程清0軟件編程清0RxDRI接收緩沖器滿(收到一個(gè)字節(jié))硬件自動(dòng)置位軟件編程清0軟件編程清0中斷請(qǐng)求標(biāo)志位的變化情況4.3.4中斷請(qǐng)求的深入理解其中:interrupt后面的n是中斷編號(hào),對(duì)于MCS-51單片機(jī),n的取值范圍為0~4,編譯器從8n+3處產(chǎn)生中斷向量。中斷源中斷編號(hào)中斷向量00003HT01000BH20013HT13001BHRxD/TxD40023H中斷服務(wù)函數(shù)的一般形式為:函數(shù)類型

函數(shù)名(形式參數(shù)表)interruptn[usingm]

MCS-51單片機(jī)的中斷編號(hào)和中斷向量如下表所示:4.4.1中斷函數(shù)4.4中斷系統(tǒng)的應(yīng)用中斷程序一般包含中斷初始化程序和中斷服務(wù)程序兩部分。中斷初始化程序的設(shè)計(jì)內(nèi)容:(1)設(shè)置中斷允許控制寄存器IE。(2)設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP。(3)對(duì)外中斷源,要設(shè)置中斷請(qǐng)求是采用電平觸發(fā)方式還是跳沿觸發(fā)方式。(4)如果是定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷或串行通信中斷,應(yīng)該設(shè)置相應(yīng)的工作方式。4.4.2中斷程序的內(nèi)容【例4-1】試編寫設(shè)置外部中斷源1為邊沿觸發(fā)的高優(yōu)先級(jí)中斷源的初始化程序。4.4.2中斷程序的內(nèi)容【例4-1】試編寫設(shè)置外部中斷源1為邊沿觸發(fā)的高優(yōu)先級(jí)中斷源的初始化程序(假設(shè)已包含reg51.h)。參考程序1(采用位操作指令)參考程序2(采用字節(jié)傳送指令)EA=1;//開啟中斷允許總控制位EX1=1;//允許外部中斷1中斷PX1=1;//設(shè)外部中斷1為高優(yōu)先級(jí)IT1=1;//設(shè)外部中斷1為邊沿觸發(fā)方式IE=0x84;//為IE賦值10000100BIP=0x04;//為IP賦值00000100BTCON=0x04;

//為TCON賦值00000100B4.4.2中斷程序的內(nèi)容【例4-2】如下圖所示,89C51的P1口接了8個(gè)發(fā)光二極管,在外部中斷0輸入引腳(P3.2)接了一只按鍵K0,在外部中斷1輸入引腳(P3.3)接了一個(gè)按鍵K1。試編程實(shí)現(xiàn)如下功能:每按動(dòng)K1按鍵一次,從右向左依次點(diǎn)亮8個(gè)發(fā)光二極管中的一個(gè)。4.4.3外部中斷源的應(yīng)用程序51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1按動(dòng)K1后,IE1=1,向CPU發(fā)出申請(qǐng)IT1=0:電平觸發(fā)方式IT1=1:邊沿觸發(fā)方式內(nèi)部CPU分析中斷控制原理1

IE1變成1后,申請(qǐng)就能送到CPU了嗎?IT1=1;EA=1;EX1=1;中斷初始化程序?yàn)轫憫?yīng)該中斷,主程序要做哪些準(zhǔn)備?51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

分析中斷控制原理1

如果CPU響應(yīng)該中斷,程序結(jié)構(gòu)如何?51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

分析中斷控制原理#include<reg51.h> //預(yù)處理命令void函數(shù)名()interrupt2//中斷函數(shù)定義{ …… //中斷函數(shù)體}voidmain()

//主函數(shù){

IT1=1;

EA=1;

EX1=1; //中斷初始化程序 while(1) { …… //主函數(shù)體 }}1

如果CPU響應(yīng)該中斷,程序結(jié)構(gòu)如何?51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

分析中斷控制原理#include<reg51.h> //預(yù)處理命令voidmain()

//主函數(shù){

IT1=1;

EA=1;

EX1=1; //中斷初始化程序 while(1) { …… //主函數(shù)體 }}void函數(shù)名()interrupt2//中斷函數(shù)定義{ …… //中斷函數(shù)體}【例4-2】如下圖所示,89C51的P1口接了8個(gè)發(fā)光二極管,在外部中斷0輸入引腳(P3.2)接了一只按鍵K0,在外部中斷1輸入引腳(P3.3)接了一個(gè)按鍵K1。試編程實(shí)現(xiàn)如下功能:每按動(dòng)K1按鍵一次,從右向左依次點(diǎn)亮8個(gè)發(fā)光二極管中的一個(gè)。4.4.3外部中斷源的應(yīng)用程序#include<reg51.h> //預(yù)處理命令voidmain()

//主函數(shù){

IT1=1;

EA=1;

EX1=1; //中斷初始化程序 while(1) { …… //主函數(shù)體 }}void函數(shù)名()interrupt2//中斷函數(shù)定義{ …… //中斷函數(shù)體}#include <reg51.h> //51系列單片機(jī)頭文件#include <intrins.h> //包含_crol_函數(shù)所在的頭文件#define ucharunsignedchar//宏定義uchar temp; //定義一個(gè)變量,用來給P1口賦值void main() //主函數(shù){ EA=1; //開總中斷

EX1=1; //開外中斷1

PX1=1; //外中斷1設(shè)成高級(jí)別中斷

IT1=1; //外中斷1設(shè)成邊沿觸發(fā) temp=0xfe; //賦初值,預(yù)備右邊第一個(gè)燈亮while(1); //主程序循環(huán),原地等待中斷申請(qǐng)}void int1()interrupt2//外部中斷1的中斷服務(wù)函數(shù){P1=temp; //輸出到P1口 temp=_crol_(temp,1);//左環(huán)移一次}參考程序4.4.3外部中斷源的應(yīng)用程序【例4-3】對(duì)于上題所示的電路,試編程實(shí)現(xiàn)如下功能:當(dāng)無外部中斷請(qǐng)求時(shí),每隔1s,從右向左依次點(diǎn)亮8個(gè)發(fā)光二極管中的1個(gè);當(dāng)按鍵K1被按下時(shí),8只發(fā)光二極管的顯示狀態(tài)改為閃爍顯示(假設(shè)二極管點(diǎn)亮及熄滅的時(shí)間都是1s),閃爍5次后,繼續(xù)依次點(diǎn)亮。假設(shè)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為12MHz。

4.4.3外部中斷源的應(yīng)用程序#include<reg51.h>//預(yù)處理命令voidmain()

//主函數(shù){

IT1=1;

EA=1;

EX1=1; //中斷初始化程序 while(1) {……}//主函數(shù)體}void函數(shù)名()interrupt2//中斷函數(shù)定義{ …… }參考程序#include <reg51.h> #include <intrins.h> #define ucharunsignedchar #define uintunsignedint uchar temp; void delaynms(uintn) { uint i,j; for(i=0;i<n;i++) for(j=0;j<125;j++);}4.4.3外部中斷源的應(yīng)用程序void main() { EA=1; EX1=1; PX1=1; IT1=1; temp=0xfe; while(1) { P1=temp; temp=_crol_(temp,1); delaynms(1000); }}void int1()interrupt2{ ucharm; for(m=0;m<5;m++) { P1=0; delaynms(1000); P1=0xff; delaynms(1000); }}擴(kuò)展外部中斷源的方法有:定時(shí)器/計(jì)數(shù)器擴(kuò)展法采用中斷和查詢相結(jié)合的擴(kuò)展法采用硬件電路擴(kuò)展法4.4.4外部中斷源的擴(kuò)展及應(yīng)用中斷和查詢相結(jié)合的外部中斷源擴(kuò)展法:利用MCS-51的兩個(gè)外部中斷線,每一個(gè)中斷輸入線可以通過“與”或“異或”的關(guān)系連接多個(gè)外部中斷源,同時(shí)利用MCS-51的I/O端口作為各中斷源的識(shí)別標(biāo)志,其原理圖分別如下所示:4.4.4外部中

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