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文檔簡介
1、目 錄摘要 31 引言 41.1 問題提出 4 1.2 任務(wù)與分析 42 方案設(shè)計 52.1系統(tǒng)方案設(shè)計論證52.1.1系統(tǒng)的控制方案設(shè)計52.1.2 系統(tǒng)顯示方案設(shè)計42.1.3 最終方案設(shè)計 42.2 最終設(shè)計方案總體設(shè)計框圖 63 系統(tǒng)硬件設(shè)計 73.1 at89c52單片機(jī) 73.1.1 at89c52單片機(jī)介紹 73.1.2 選用at89c52單片機(jī)原因93.2 時鐘電路 93.3 復(fù)位電路 104系統(tǒng)軟件設(shè)計 114.1主程序框圖114.2 蜂鳴器子程序框圖114.3顯示子程序框圖 124.3傳感器信號輸出子程序框圖 135 系統(tǒng)調(diào)試過程 155.1原理圖和印制板圖繪制和檢查 15
2、5.1.1 在protel99se繪制原理圖并進(jìn)行相應(yīng)的erc檢查155.1.2 在protel99se生成pcb圖155.2 keil程序調(diào)試 175.3 proteus仿真調(diào)試 17結(jié)論19致謝 20參考文獻(xiàn) 21附錄一 程序源代碼 22附錄二 電路原理圖和pcb圖28附錄三 proteus仿真截圖29摘 要我們知道,汽車發(fā)動機(jī)機(jī)油壓力與發(fā)動機(jī)工作好壞密切相關(guān)。如何利用已學(xué)知識模擬機(jī)油壓力檢測是開始本設(shè)計的初衷。本文通過以at89c52單片機(jī)為中心,通過ds18b20模擬產(chǎn)生一個信號,送入單片機(jī)進(jìn)行處理,再從單片機(jī)p0口將電平信號送入數(shù)碼管7seg-mpx2-cc-blue實(shí)現(xiàn)動態(tài)顯示。并
3、在超過安全閾值時由單片機(jī)控制蜂鳴器報警。此說明書給出了系統(tǒng)的設(shè)計原理圖,并在proteus軟件中進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)設(shè)計功能。關(guān)鍵詞:at89c52單片機(jī) 數(shù)碼管 蜂鳴器1 引 言1.1 問題的提出隨著進(jìn)入電氣時代,電子測控裝置被廣泛應(yīng)用于各種電器機(jī)械產(chǎn)品上,本次的任務(wù)就是設(shè)計一個電子壓力檢測系統(tǒng)來檢測機(jī)油壓力。1.2任務(wù)與分析本次課程設(shè)計的主要任務(wù)是設(shè)計一個硬件電路,用at89c52單片機(jī)處理從ds18b20傳感器送來的信號,并輸出到數(shù)碼管7seg-mpx2-cc-blue,進(jìn)行動態(tài)顯示,并在超過安全閾值時用蜂鳴器報警。設(shè)計的核心是以at89c52單片機(jī)作為硬件電路的核心,通過其定時器來實(shí)現(xiàn)定時1秒
4、。先應(yīng)在protell99se中繪制出原理圖并作相應(yīng)的erc檢查,檢查無錯誤后,在相應(yīng)地方用文本標(biāo)出注釋;其次根據(jù)設(shè)計思路確定出相應(yīng)的程序設(shè)計方案,并選擇最佳的方案,并在keil軟件里面進(jìn)行程序的編寫和調(diào)試;最后在程序調(diào)試無誤后在proteus中搭建虛擬的單片機(jī)仿真平臺,并和keil實(shí)現(xiàn)聯(lián)調(diào),并在proteus中實(shí)現(xiàn)仿真結(jié)果。 2方案設(shè)計2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計論證2.1.1系統(tǒng)的控制方案設(shè)計方案1:以單片機(jī)at89c52為核心,通過ds18b20產(chǎn)生數(shù)字信號,送入單片機(jī)進(jìn)行處理,電路較為簡單。方案2:以單片機(jī)at89c52為核心,通過電源發(fā)生器產(chǎn)生模擬信號,經(jīng)過放大、濾波、a/d轉(zhuǎn)換電路,送入單
5、片機(jī)處理,電路相對于方案1較為復(fù)雜,連線時容易出錯。2.1.2系統(tǒng)顯示方案設(shè)計方案1:采用靜態(tài)顯示,靜態(tài)顯示是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的i/o口進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單,顯示亮度高,缺點(diǎn)是占用i/o口多,如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5840根i/o口來驅(qū)動,要知道一個89c52單片機(jī)可用的i/o口總共才32個。故實(shí)際應(yīng)用時必須增加*驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動,增加了硬體電路的復(fù)雜性。方案2:采用動態(tài)顯示,動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端連在一起,另外為每個數(shù)碼管的公共極com增加位元選通控制電路,位元選通由各自獨(dú)立的i/o線控制,當(dāng)單
6、片機(jī)輸出字形碼時,所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼,但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形,取決于單片機(jī)對位元選通com端電路的控制,所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開,該位元就顯示出字形,沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。透過分時輪流控制各個led數(shù)碼管的com端,就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示,這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中,每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms,由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng),盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時點(diǎn)亮,但只要掃描的速度足夠快,給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料,不會有閃爍感,動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的,能夠節(jié)省大量的i/o口,而且功耗更低。2.1.3 最終設(shè)計方
7、案從給方面考慮后,確定方案:以單片機(jī)at89c52為核心,通過ds18b20產(chǎn)生數(shù)字信號,送入單片機(jī)進(jìn)行處理,再通過單片機(jī)p0口送入數(shù)碼管7seg-mpx4-cc-blue段碼口,通過單片機(jī)p2.0和p2.1控制數(shù)碼管高低位(十位和個位)的顯示,進(jìn)行動態(tài)顯示。并在超過安全閾值時通過單片機(jī)p1.0口控制蜂鳴器報警。此方案電路簡單易實(shí)現(xiàn),采用動態(tài)顯示更能節(jié)省大量的i/o口,而且功耗更低,故選此方案。2.2最終設(shè)計方案總體設(shè)計框圖時鐘電路xtal2 p0.00.7 p2.02.1at89c52單片機(jī)p1.07seg-mpx4-cc-blue數(shù)碼管adp12蜂鳴器報警圖2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖當(dāng)時鐘電
8、路的晶振產(chǎn)生外部振蕩脈沖信號送入at89c52單片機(jī)的xtal2口時,單片機(jī)開始以時鐘頻率為基準(zhǔn),有條不紊地一拍一拍地工作。單片機(jī)at89c52執(zhí)行編寫在其內(nèi)部的程序,處理從ds18b20送來的信號,并送到p0口輸出到數(shù)碼管顯示,并通過其p2.0和p2.1控制對數(shù)碼管高低位顯示的控制。同時在超過安全閾值時通過單片機(jī)p1.0口控制蜂鳴器報警。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 at89c52單片機(jī)3.1.1 at89c52單片機(jī)介紹at89c52是一個低電壓,高性能cmos 8位單片機(jī),片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(ram),器件采用a
9、tmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn),兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng),片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲單元,功能強(qiáng)大的at89c52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。圖3.1 at89c52單片機(jī)引腳振蕩器及定時電路89c52cpu4k字節(jié)可編程閃爍rom256字節(jié)*8ram2個16位定時器/計數(shù)器64k總線擴(kuò)展控制32可編程i/o可編程串行口89c52系列單片機(jī)都是以8051為核心發(fā)展起來的,具有和51系列單片機(jī)及基本結(jié)構(gòu)和軟件特征,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.2所示:圖3.2 at89c52單片機(jī)內(nèi)部框圖at89c52單片機(jī)的引腳功能:vcc:供電電壓。 gnd:接地。 p0口
10、:方式驅(qū)動8個ttl邏輯門電路,對端口p0 寫“1”時,可作為高阻抗輸入端用。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時,這組口線分時轉(zhuǎn)換地址(低8 位)和數(shù)據(jù)總線復(fù)用,在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在flash 編程時,p0 口接收指令字節(jié),而在程序校驗(yàn)時,輸出指令字節(jié),校驗(yàn)時,要求外接上拉電阻。p1口:p1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口,p1的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個ttl 邏輯 門電路。對端口寫“1”,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時可作輸入口。作輸入口使用時,因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻,某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(iil)。與at89c51 不同之處是
11、,p1.0 和p1.1 還可分別作為定時/計數(shù)器2 的外部計數(shù)輸入(p1.0/t2)和輸入(p1.1/t2ex),p2口:p2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口,p2 的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個ttl邏輯門電路。對端口p2 寫“1”,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時可作輸入口,作輸入口使用時,因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻,某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(iil)。在訪問外部程序存儲器或16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(例如執(zhí)行movx dptr 指令)時,p2 口送出高8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(如執(zhí)行movx ri 指令)時,p2 口輸出p
12、2 鎖存器的內(nèi)容。flash 編程或校驗(yàn)時,p2亦接收高位地址和一些控制信號。p3口:p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口,可接收輸出4個ttl門電流。當(dāng)p3口寫入“1”后,它們被內(nèi)部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平,p3口將輸出電流(ill)這是由于上拉的緣故。 p3口也可作為at89c52的一些特殊功能口,如下表所示: 口管腳 備選功能 p3.0 rxd(串行輸入口) p3.1 txd(串行輸出口) p3.2 /int0(外部中斷0) p3.3 /int1(外部中斷1) p3.4 t0(記時器0外部輸入) p3.5 t1(記時器1外部輸入) p3.6 /wr
13、(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) p3.7 /rd(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通) p3口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。 rst:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時,要保持rst腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 ale/prog:當(dāng)訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時,ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是:每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時,將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時, ale只有在執(zhí)行movx,mov
14、c指令是ale才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止,置位無效。 /psen:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間,每個機(jī)器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。 /ea/vpp:當(dāng)/ea保持低電平時,則在此期間外部程序存儲器(0000h-ffffh),不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時,/ea將內(nèi)部鎖定為reset;當(dāng)/ea端保持高電平時,此間內(nèi)部程序存儲器。在flash編程期間,此引腳也用于施加12v編程電源(vpp)。 xtal1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 xta
15、l2:來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性: xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件,xtal2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器,因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求,但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。3.1.2 選用at89c52單片機(jī)原因在該課程設(shè)計里設(shè)計只要滿足開環(huán)設(shè)計就可以了,在設(shè)計里面使用的引腳較少,占用的資源也比較少。而且該芯片是以8051為核心,性能價格比高,且對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為熟悉,芯片功能夠用而且適用,從而選用at89c52單片機(jī)作為主控芯片。3.2 時鐘電路本
16、設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式的電路,其電路如圖3.3所示。at89c52單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器,該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳xtal1,輸出端為引腳xtal2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容,就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的電容c1和c2典型值通常選擇為30pf左右。晶體的振蕩頻率的范圍通常是在1.2mhz12mhz之間。晶體的頻率越高,則系統(tǒng)的時鐘頻率也就越高,單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。圖3.3 時鐘電路圖3.3復(fù)位電路復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。本次設(shè)計采用按鍵復(fù)位電路。按鍵復(fù)位電路是在按鍵瞬間接地來實(shí)現(xiàn)的,其電路如圖3.4所示。
17、按下復(fù)位按鈕后,電源對按鍵reset端維持兩個機(jī)器周期的高電平實(shí)現(xiàn)復(fù)位的。 圖3.4 復(fù)位電路圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1主程序框圖程序框圖采用的是microsoft visio繪制:圖4.1 主程序流程圖說明:該流程圖中,首先對蜂鳴器初始化,關(guān)閉蜂鳴器。然后用一個循環(huán)while(1)不斷地讀入壓力值,顯示壓力值,并與安全壓力值比較,超出安全壓力值控制蜂鳴器報警。4.2蜂鳴器子程序框圖圖4.2 蜂鳴器子程序流程圖說明:該流程圖中通過一個for循環(huán)讓蜂鳴器工作。當(dāng)蜂鳴器工作后,通過延時,實(shí)現(xiàn)喇叭一段時間的響,同時取反電平,并延時,讓喇叭不響一段時間。這樣重復(fù),可實(shí)現(xiàn)間隙的報警聲。4.3顯示子程序框圖
18、圖4.3 顯示子程序流程圖說明:該流程圖中首先對p2.0和p2.1口清零,再分別通過選通p2.0和p2.1口控制數(shù)碼管的高位(十位)和低位(個位),并調(diào)用延時子程序進(jìn)行動態(tài)顯示。4.4傳感器信號輸出子程序框圖圖4.4 傳感器信號輸出子程序框圖說明:該流程圖中,首先對傳感器ds18b20初始化,然后通過輸入一個增大或減小的控制信號,使其中的初值發(fā)生變化,同時讀出這個改變后的值,再通過vout端輸出到單片機(jī)。5 系統(tǒng)調(diào)試過程 通過上面的設(shè)計,設(shè)計已經(jīng)基本完成。下面主要實(shí)現(xiàn)protell99se的原理圖、印制板圖的繪制和做相關(guān)檢測,對keil進(jìn)行相應(yīng)的檢查和調(diào)試,并用proteus對所設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行仿
19、真。5.1原理圖和印制板圖繪制和檢查5.1.1 在protel99se繪制原理圖并進(jìn)行相應(yīng)的erc檢查打開protel99se,繪制系統(tǒng)的原理圖。原理圖包括能輸出時鐘電路,驅(qū)動電路以及復(fù)位電路。繪制完成的原理圖如圖5.1:圖5.1 原理圖的繪制繪制完原理圖之后,對原理圖進(jìn)行同一網(wǎng)絡(luò)命名多個網(wǎng)絡(luò)名稱檢測、未連接的電路標(biāo)號檢測、未連接的電源檢測、電路編號重號檢測、元件編號重復(fù)檢測等檢測。erc檢測結(jié)果如圖5.2:圖5.2 erc電氣規(guī)則檢查5.1.2 在protell99se生成pcb圖在創(chuàng)建完原理圖后,對各元器件的引腳進(jìn)行封裝,在原理圖中創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表(net),然后再protel中新建pcb圖并加
20、載網(wǎng)絡(luò)表。加載網(wǎng)絡(luò)表截圖如圖5.3所示:圖5.3 加載網(wǎng)絡(luò)表對于生成的pcb圖中各器件進(jìn)行調(diào)整,并布線,最終生成pcb圖。結(jié)果如圖5.4所示:圖5.4 生成pcb圖5.2 keil程序調(diào)試程序調(diào)試結(jié)果如圖5.5所示:creating hex file from “機(jī)油壓力控制”表明 .hex文件創(chuàng)建成功。“機(jī)油壓力控制”- 0 error(s),5 warning(s)表明文件編譯結(jié)果沒有錯誤。圖5.5 程序調(diào)試結(jié)果5.3 proteus仿真調(diào)試在proteus中建立仿真圖。按下開始仿真按鈕,開始進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),結(jié)果如圖5.6,圖5.7所示:圖5.6 proteus仿真圖(正常運(yùn)行)圖5.7 p
21、roteus仿真圖(報警狀態(tài))仿真電路圖中實(shí)現(xiàn)對壓力檢測的控制,輸出到數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)動態(tài)顯示。當(dāng)輸入信號大于32時,數(shù)碼管就會閃爍,同時蜂鳴器就會報警。仿真雖然能運(yùn)行,但在實(shí)際電路中,還需要加入其它的一些電路才能保證單片機(jī)能正常工作,實(shí)現(xiàn)其功能。 結(jié) 論通過ds18b20產(chǎn)生一個數(shù)字信號輸入到at89c52單片機(jī)中進(jìn)行處理,再通過單片機(jī)p0口送入數(shù)碼管7seg-mpx4-cc-blue段碼口,通過單片機(jī)p2.0和p2.1控制數(shù)碼管高低位(十位和個位)的顯示,進(jìn)行動態(tài)顯示。并在超過安全閾值時通過單片機(jī)p1.0口控制蜂鳴器報警。在設(shè)計里面剛開始為了要求程序的完善性和適用性,采用了匯編語言進(jìn)行編譯,其相
22、比于c程序編譯其結(jié)果導(dǎo)致程序較大,往往在進(jìn)行編譯的時候不會報錯和警告,但是在虛擬的proteus仿真中往往會出現(xiàn)超出ecu負(fù)荷的錯誤報告。所以后來改用c語言編程。也得知在進(jìn)行單片機(jī)軟件仿真時,應(yīng)盡量使程序精簡。本次設(shè)計由于時間較為倉促,對于單片機(jī)定時器的控制,而在實(shí)際的應(yīng)用中往往需要對其進(jìn)行擴(kuò)展應(yīng)用,對于這些知識,我還只是只了解其表面,這需要下來再去深究。在本次課程設(shè)計里面,我把電路和單片機(jī)必備的一些基本操作技能再次熟悉了一遍,雖然對于課程設(shè)計沒有太大必要,也占用了一些時間,但是我個人覺得這么做是值得的,也為我即將進(jìn)入工廠開始實(shí)際工作有了基本理論保障。對于機(jī)油壓力檢測,我只進(jìn)行了最簡單的程序編
23、寫和仿真,而往往在實(shí)際中是作為一個系統(tǒng)中的很小子環(huán)節(jié)來進(jìn)行應(yīng)用的,所以還需要我進(jìn)一步學(xué)習(xí)更多的單片機(jī)及相關(guān)測試傳感器知識。致 謝 在本課程設(shè)計資料搜集期間,他人的研究資料對我提供了莫大的幫助,這里表示感謝。值此即將完成課程之際,我要衷心地感謝xx老師。在課程設(shè)計過程中,得到了她的精心指導(dǎo)和熱情幫助,她的一些建議和意見給我很深的啟發(fā)。我還要感謝在編寫程序以及應(yīng)用軟件仿真過程中給我提供幫助的xx同學(xué)。在他們的幫助下,我順利地完成了本次課程設(shè)計,感覺到了團(tuán)隊(duì)合作的力量所在,在此由衷感謝。參考文獻(xiàn)1譚浩強(qiáng).c程序設(shè)計(第三版)m.北京.清華大學(xué)出版社.2005(2007重?。? 張毅剛,彭喜元等. m
24、cs-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(第3版)m.哈爾濱.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2001.3徐琤穎.protel99se eda技術(shù)及應(yīng)用.m.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2009.1重印4古輝,劉均等.微型計算機(jī)接口及控制技術(shù).m.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2009.1附錄一 程序源代碼#includesmg.h#include#includedelay.hunsigned char code smg_du=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;/設(shè)置共陰極顯示段碼void display(u
25、char yali)/顯示子程序d=1; smg3=0;smg2=0;smg1=0;p0=smg_duyali/10;d=0;delay_50us(50);d=1;smg2=0;smg1=1;smg3=0;p0=smg_duyali%10;delay_50us(20);d=0; #includebeep.h#includeds18b20.hvoid beepon(void)/打開蜂鳴器報警子程序int i;for(i=0;i0;t-)for(j=19;j0;j-);void delay_50ms(uint t)uint j;for(;t0;t-)for(j=6245;j0;j-);#includeds18b20.hunsigned char vout; void delay(uint t)/信號輸入程序 while(t-);/t-一次大約9us /*-ds18b20初始化- */ void init_ds18b20(void) uchar n;vout=1; /dq復(fù)位delay(8); /稍作延時vout=0; /單片機(jī)將總線拉低delay(80);/延時要求大于480us小于960us ,發(fā)出一個復(fù)位脈沖 vout=1;/拉高,釋放總線,構(gòu)成上升沿,delay(20);/等待1
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