
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1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2012/2013學(xué)年第12012/2013學(xué)年第12012/2013學(xué)年第1學(xué)期課程設(shè)計(jì)題目12位A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)電子與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)號(hào):學(xué)號(hào):學(xué)生姓名:起迄日期:課程設(shè)計(jì)地點(diǎn):指導(dǎo)教師:下達(dá)任務(wù)書日期:2012年12月19日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)目的:-nnnin.??!-,!HTmVI!-!千n"!H"!千T1. 掌握電子電路的一般設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)流程;2. 學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單電路系統(tǒng)設(shè)計(jì),掌握Protel99的使用方法;3.掌握8051單片機(jī)、12位A/D芯片AD574勺應(yīng)用;4.學(xué)習(xí)掌握硬件電路設(shè)計(jì)的全過(guò)程。1. 設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求(包括原始數(shù)據(jù)、
2、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等):1. 學(xué)習(xí)掌握8051單片機(jī)的工作原理及應(yīng)用;2. 學(xué)習(xí)掌握12位A/D芯片AD574的工作原理及應(yīng)用;2. 設(shè)計(jì)基丁AD574的12位模擬信號(hào)采集器的工作原理圖及PCB版圖;3. 整理設(shè)計(jì)內(nèi)容,編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。仿真。3.設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等:B.H!'n.n.mnBV一n.B9-KH!".9-n.FBn«aI!.nW-!.BT1!.R.m!"in.n,wn.VB.aY!HR1.該設(shè)計(jì)理論上可以實(shí)現(xiàn)某種功能。2. 本課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書。3. 硬件原理圖及PCB圖。課程設(shè)計(jì)任務(wù)書
3、主要參考文獻(xiàn):H,Nil4=Hilqy_d-KBBa*J.KBl3M3*aAB<I=li廈_3*AKilAM3J.EMJ.*:AKBHliJtBMaJ. 童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:高等教育出版社,2002張建華.數(shù)字電子技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004陳汝全.電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005畢滿活.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005潘永雄.電子線路CAC®用教程.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2002張業(yè)華.電子電路計(jì)算機(jī)輔助分析和輔助設(shè)計(jì).北京:航空工業(yè)出版社,2004設(shè)計(jì)成果形式及要求:提交內(nèi)容:課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(原理設(shè)計(jì)
4、、PCE®作過(guò)程要在設(shè)計(jì)說(shuō)明書詳細(xì)說(shuō)明)?;疽螅涸O(shè)計(jì)的原理圖滿足任務(wù)書的設(shè)計(jì)要求。6. 工作計(jì)劃及進(jìn)度:P王!(FFk*',廣!F!*!!(!喉V2012年12月19日12月24日2012年12月25日12月27日2012年12月28日12月31日2013年01月01日01月13日2013年01月14日01月15日2013年01月16日系主任審查意見:查閱資料,熟悉任務(wù)要求,理解設(shè)計(jì)原理方案設(shè)計(jì)電路原理圖,PCEH電路仿真整理設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)答辯與考核簽字:年月日目錄第一章設(shè)計(jì)任務(wù)及功能要求.5摘要5設(shè)計(jì)課題及任務(wù)5功能要求及說(shuō)明.5第二章碩件設(shè)計(jì).6系統(tǒng)設(shè)計(jì)元器件功能說(shuō)明
5、7硬件電路總體及部分設(shè)計(jì)10第三章軟件設(shè)計(jì).12基本原理內(nèi)容設(shè)計(jì)12keil編程調(diào)試.13proteus仿真電路圖.19第三章結(jié)果分析及總結(jié).19附錄20第一章設(shè)計(jì)任務(wù)及功能要求摘要近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展,單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷的走向深入,單片機(jī)對(duì)我們的生活影響越來(lái)越大,很多工業(yè)領(lǐng)域中都用到單片機(jī),日常生活中我們也離不開單片機(jī)的應(yīng)用。當(dāng)今社會(huì)是數(shù)字化的社會(huì),是數(shù)字集成電路廣泛應(yīng)用的社會(huì),隨著電子產(chǎn)業(yè)數(shù)字化程度的不斷發(fā)展,逐漸形成了以數(shù)字系統(tǒng)為主體的格局。A/D和D/A轉(zhuǎn)換器作為模擬和數(shù)字電路的借口,正受到日益廣泛的關(guān)注。隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展,人們對(duì)A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的要求也越來(lái)越高,新型模
6、擬/數(shù)字和數(shù)字/模擬之間的轉(zhuǎn)換技術(shù)不斷涌現(xiàn),正是因?yàn)檫@些,高集成度的邏輯器件應(yīng)運(yùn)而生,而且發(fā)展迅速,它不斷地更新?lián)Q代以滿足程序的要求,并盡可能的提高其利用率。本課程設(shè)計(jì)就對(duì)其中AD574模數(shù)轉(zhuǎn)換器在微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用加以闡述。關(guān)鍵字:AD574轉(zhuǎn)換器,80c51單片機(jī),LED數(shù)碼顯示,串行輸出設(shè)計(jì)課題及任務(wù)1. 掌握電子電路的一般設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)流程;2. 學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單電路系統(tǒng)設(shè)計(jì),掌握Protel99的使用方法;3.掌握8051單片機(jī)、12位A/D芯片AD574的應(yīng)用;4.學(xué)習(xí)掌握硬件電路設(shè)計(jì)的全過(guò)程。功能要求及說(shuō)明1. 學(xué)習(xí)掌握8051單片機(jī)的工作原理及應(yīng)用;2. 學(xué)習(xí)掌握12位A/D芯片
7、AD574的工作原理及應(yīng)用;3. 設(shè)計(jì)基于AD574的12位模擬信號(hào)采集器的工作原理圖及PCB版圖;4. 整理設(shè)計(jì)內(nèi)容,編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。仿真。第二章碩件設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)元器件功能說(shuō)明12位AD574功能及引腳說(shuō)明AD574盹美國(guó)模擬數(shù)字公司(Analog)推出的單片高速12位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器,內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片,具有外接元件少,功耗低,精度高等特點(diǎn),并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能,只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個(gè)完整的A/D轉(zhuǎn)換器,其主要功能特性如下:分辨率:12位非線性誤差:小丁土1/2LBS或土1LBS轉(zhuǎn)換速率:25us模擬電壓輸入范圍:010V和020V,0一土5
8、V和0一土10V兩檔四種電源電壓:±15V和5V數(shù)據(jù)輸出格式:12位/8位芯片工作模式:全速工作模式和單一工作模式AD574A勺引腳說(shuō)明:1 .Pin1(+V)+5V電源輸入端.Pin2()數(shù)據(jù)模式選擇端,通過(guò)此引腳可選擇數(shù)據(jù)縱線是12位或8位輸出。2 .Pin3()片選端.Pin4(A0)字節(jié)地址短周期控制端。與端用來(lái)控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。須注意的是,端TTL電平不能直接+5V或0V連接。3 .Pin5()讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)控制端.Pin6(CE)使能端。現(xiàn)在我們來(lái)討論AD574A勺CE、和A0對(duì)其工作狀態(tài)的控制過(guò)程。在CE=t=0同時(shí)滿足時(shí),AD574時(shí)會(huì)正常工作,在AD57
9、4處于工作狀態(tài)時(shí),當(dāng)=0時(shí)A/D轉(zhuǎn)換,當(dāng)=1是進(jìn)行數(shù)據(jù)讀出。和A0端用來(lái)控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。A0-0時(shí),啟動(dòng)的是按完整12位數(shù)據(jù)方式進(jìn)行的。當(dāng)A0=1時(shí),按8位A/D轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行。當(dāng)=1,也即當(dāng)AD574礎(chǔ)于數(shù)據(jù)狀態(tài)時(shí),A0和控制數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)的格式。當(dāng)=1時(shí),數(shù)據(jù)以12位并行輸出,當(dāng)=0時(shí),數(shù)據(jù)以8位分兩次輸出。而當(dāng)A0=0時(shí),輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的高8位,A0=1時(shí)輸出A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的低4位,這四位占一個(gè)字節(jié)的高半字節(jié),低半字節(jié)補(bǔ)零。其控制邏輯真值表見表1。4 .Pin7(V+)正電源輸入端,輸入+15V電源。5 .Pin8(REFOUT)10V基準(zhǔn)電源電壓輸出端。9.Pin9(AGN
10、D)模擬地端10 .Pin10(REFIN)基準(zhǔn)電源電壓輸入端.Pin(V-)負(fù)電源輸入端,輸入-15V電源.Pin1(V+)正電源輸入端,輸入+15V電源.Pin13(10VIN)10V量程模擬電壓輸入端.Pin14(20VIN)20V量程模擬電壓輸入端。11 .Pin15(DGND)數(shù)字地端。12 .Pin16Pin27(DB0DB1112條數(shù)據(jù)總線。通過(guò)這12條數(shù)據(jù)總線向外輸出A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。13 .Pin28(STS)工作狀態(tài)指示信號(hào)端,當(dāng)STS=1時(shí),表示轉(zhuǎn)換器正處丁轉(zhuǎn)換狀態(tài),當(dāng)STS=0時(shí),聲明A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束,通過(guò)此信號(hào)可以判別A/D轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài),作為單片機(jī)的中斷或查詢信號(hào)之用
11、。AD574A勺工作模式:以上我們所述的是AD574A勺全控狀態(tài),如果需AD574A工作丁單一模式,只需將CE端接至+5V電源端,和A0接至0V,僅用端來(lái)控制A/D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)和數(shù)據(jù)輸出。當(dāng)=0時(shí),啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器,經(jīng)25us后STS=1表明A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束,此時(shí)將置1,即可從數(shù)據(jù)端讀取數(shù)據(jù)。AD574A控制端標(biāo)志意義74LS373CEA0工作狀態(tài)0XXXX禁止x1XXX禁止100X0啟動(dòng)12位轉(zhuǎn)換100X1啟動(dòng)8位轉(zhuǎn)換101接+5VX12位并行輸出有效101接0V0局8位并行輸出有效101接0V1低4位并行輸出肩效|八D鎖存器(3S,鎖存允許輸入有回環(huán)特性)簡(jiǎn)要說(shuō)明:373為三態(tài)輸出的八D透明鎖
12、存器,共有54/74S373和54/74LS373兩種線路結(jié)構(gòu)型式,其主要電器特性的典型值如下(不同廠家具體值有差別):型號(hào)tpdPd54S373/74S3737ns525mW54LS373/74LS37317ns373的輸出端O0O7可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時(shí),O0O7為正常邏輯狀態(tài),可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng)OE為高電平時(shí),O0O7呈高阻態(tài),即不驅(qū)動(dòng)總線,也不為總線的負(fù)載,但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端LE為高電平時(shí),O隨數(shù)據(jù)D而變。當(dāng)LE為低電平時(shí),O被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng)LE端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用,使交流和直流噪聲抗擾度被改善400mV。引
13、出端符號(hào):D卜D7數(shù)據(jù)輸入端OE三態(tài)允許控制端(低電平有效)LE鎖存允許端O0O7輸出端外部管腿圖:邏輯圖:真值表:極限值:電源電壓輸入電壓54/74S37354/74LS373.7V輸出高阻態(tài)時(shí)高電平電壓工作環(huán)境溫度54XXX.-55125C74XXX.070C存儲(chǔ)溫度-65150C推薦工作條件:54/74S37354LS373/74LS373電源電壓Vcc5474最小額定55最大最小額定55最大單位輸入高電平電壓ViH22V輸入低電T7454I2電壓ViLV輸出高電T7454I2電流IOH-2-1mA輸出低電T7454I2電流IOL20201224mA硬件電路總體及部分設(shè)計(jì)模擬輸入變量圖2
14、.2.1單片機(jī)的內(nèi)部晶振圖2.2.2數(shù)碼管顯示圖74373的接口設(shè)計(jì)圖2.2.4AD574接口圖第三章軟件設(shè)計(jì)硬件電路總體及部分設(shè)計(jì)AD574A的接口電路8051單片機(jī)與AD574A的接口電路,其中還使用了三態(tài)鎖存器74LS373和74LS00與非門電路,邏輯控制信號(hào)由(、和A0)有8051的數(shù)據(jù)口P0發(fā)出,并由三態(tài)鎖存器74LS373鎖存到輸出端QQQ1和Q2上,用于控制AD574A的工作過(guò)程。AD轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出也通過(guò)P0數(shù)據(jù)總線連至8051,由于我們只使用了8位數(shù)據(jù)口,12位數(shù)據(jù)分兩次讀進(jìn)8051,所以接地。當(dāng)8051的查詢到STS端轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)后,先將轉(zhuǎn)換后的12位A/D數(shù)據(jù)的高8位讀
15、進(jìn)8051,然后再將低4位讀進(jìn)8051。這里不管AD574A是處在啟動(dòng)、轉(zhuǎn)換和輸出結(jié)果,使能端CE都必須為1,因此將8051的寫控制線和讀控制線通過(guò)與非|、74LS00與AD574A的使能端CE相連Delay(10)Delay(10)Delay(10)依次讀取12位A/D數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算寫入對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)束3.2Keil編程#include<>#include<>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitADout=P1A0;sbitADin=P1Al;sbitCS=P1A2;sbitCLK=P1A3;sbitEOC=
16、P1A4;sbitLE=P1A6;sbitLE2=P1A7;ucharduan=(0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x7c;ucharD=0,wei=(0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xdf,0xef;floatk,z;uintn;/延時(shí)子函數(shù)voiddelay(uintus)(uchari;for(i=0;i<us;i+)_nop_();/數(shù)碼管顯示子函數(shù)voiddisplay(uintAD)(ucharq,b,s,g;/千位、百位、十位、個(gè)位q=AD/1000;b=AD/100%10;s=AD/10%10;
17、g=AD%10;P0=0xff;LE1=1;P0=wei0;LE1=0;LE2=1;P0=duanq;LE2=0;delay(10);P0=0xff;LE1=1;P0=wei1;LE1=0;LE2=1;P0=duanb;LE2=0;delay(10);P0=0xff;LE1=1;P0=wei2;LE1=0;LE2=1;P0=duans;LE2=0;delay(10);P0=0xff;LE1=1;P0=wei3;LE1=0;LE2=1;P0=duang;LE2=0;delay(10);/TLC2543轉(zhuǎn)換和讀取子函數(shù),只轉(zhuǎn)換了三路模擬電壓信號(hào)。uintreadAD(ucharport)uchar
18、ch,i,j;uintad;ch=port;for(j=0;j<3;j+)(ad=0;ch=port;EOC=1;CS=1;CS=0;CLK=0;for(i=0;i<12;i+)(if(ADout)ad|=0x01;ADin=(bit)(ch&0x80);CLK=1;CLK=0;ch<<=1;ad<<=1;CS=1;/轉(zhuǎn)換和讀取數(shù)值while(!EOC);ad>>=1;return(ad);/主函數(shù)voidmain()(while(1)(0的數(shù)值1的數(shù)值2的數(shù)值(0的數(shù)值1的數(shù)值2的數(shù)值0的數(shù)值1的數(shù)值2的數(shù)值0的數(shù)值1的數(shù)值2的數(shù)值n=
19、readAD(0x00);/得到通道k=readAD(0x10);/得到通道z=readAD(0x20);/得到通道display(n);/顯示一路/display(k);/display(z);proteus仿真Proteus仿真圖及其pcb板見附錄。第四章結(jié)果分析及總結(jié)ADC專換結(jié)果單次轉(zhuǎn)換結(jié)果如下ADC=Vin*(2八12-1)/ADC=Vin*(2八12-1)/Vref其中Vin是輸入的模擬電壓Vref是標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓為5v(注:12位AD最大輸出量為4094)當(dāng)輸入Vin=時(shí),ADC=2047驗(yàn)證了仿真的正確性串行A/D專換器TLC2543M理及應(yīng)用潘志東,劉增華總結(jié)通過(guò)此次課程設(shè)計(jì),
20、是我學(xué)習(xí)到了很多課外知識(shí):(1)了解了單片機(jī)80c51的基本使用過(guò)程及其原理。(2)學(xué)會(huì)了proteus仿真軟件的使用方法。(3)學(xué)會(huì)了keil與proteus聯(lián)合調(diào)試分析方法。(4)學(xué)會(huì)制作簡(jiǎn)單的pcb板及相關(guān)軟件的使用。(5)掌握了AD574TLC2543,74373芯片的原理功能及其應(yīng)用電路。(6)明白了A/D轉(zhuǎn)換的原理過(guò)程。附錄(1.杭州商學(xué)院,抗州310035;2.河北秦皇島港務(wù)局電力供應(yīng)套司,秦皇島066012)摘要:介紹了一種多通道高精度串行A/呼專換器TLC2543勺主要特點(diǎn)、工作原理和實(shí)際應(yīng)用。關(guān)鍵詞:A/D轉(zhuǎn)換器;SPI中圖分類號(hào):TN79'2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào)
21、:1001-1390(2001)03-004004TheprincipleandapplicationsoftheserialA/DconverterTLC2543PanZhidong,LiuZenghua(1.HangzhouCommerlealCollege,Hangzhou310035,China;PowerSuppliesCompanyofQinhuaugd80PmlBureau,HebeiQinhuangdao066012,China)Abstract:Thispaperintroducesthefeatures,theoperatingprincipleandtheapplicat
22、ionsofTLC2543whichisamulti-channelandhishaccuracyserialA/Deonveer.Keywords:A/Deonveer;SP10引言TLC254渥lrJ公司生產(chǎn)的一種12位開關(guān)電容逐次逼近A/附換器,芯片共有11個(gè)模擬輸入通道。芯片的三個(gè)控制端:串行三態(tài)輸出數(shù)據(jù)端(DATAOUTPUT)輸入數(shù)據(jù)端(DATAINPUT)、輸入/時(shí)鐘(I/OCLOCK能形成與微處理器之間數(shù)據(jù)傳輸較快和較為有效的串行外設(shè)接口一SPI。片內(nèi)具有一個(gè)l4通道多路選擇器用于在11個(gè)模擬輸入通道和3個(gè)內(nèi)部自測(cè)試(SELFTEST)電壓中任選一個(gè),可通過(guò)對(duì)其8位內(nèi)部控制寄存
23、器進(jìn)行編程完成通道的選擇,并可對(duì)輸出結(jié)果的位數(shù)、MSB/LS時(shí)前和極性進(jìn)行選擇。1TLC2543性能特點(diǎn)(1)12位分辨率。(2)11個(gè)模擬輸入通道。(3)線性誤差士1LSBMAX.(4)輸出數(shù)據(jù)單極性或雙極性、數(shù)據(jù)長(zhǎng)短、MS威LSB導(dǎo)可編程。(5)正常溫度范圍內(nèi)10W喜專換時(shí)間。(6)自動(dòng)采樣與保持。(7)片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘。(8)三種內(nèi)置自測(cè)試方式(9)轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC2引腳及功能TLC2543勺引腳如圖1所示,其功能如下AIN0AIN10:11個(gè)模擬量輸入;西:片選端,負(fù)電平有效;DATAINPUT數(shù)據(jù)輸入端;DATAOUTPU嗷據(jù)輸出端;I/0CLOCK輸入/出時(shí)鐘端;VCC正電源;GND
24、地,EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束端;REF+正基準(zhǔn)電壓端,通常接Vcc;REF:負(fù)基準(zhǔn)電壓端,通常接GND工作原理1內(nèi)部控制寄存器內(nèi)部控制寄存器有8位,其結(jié)構(gòu)格式如表1所示。內(nèi)部控制寄存器的設(shè)定數(shù)據(jù)為高位導(dǎo)前,內(nèi)部控制寄存器各個(gè)位的基本功能如下:D7D4作為片內(nèi)14個(gè)通道多路選擇器的控制位用于11路模擬量和3個(gè)校準(zhǔn)電壓的選擇以及掉電模式的設(shè)定。D&D2:用于轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)串行輸出位數(shù)的選擇,共有三位數(shù)可供選擇:8位(精度較低,方便單字節(jié)串行數(shù)據(jù)傳輸)、12位(標(biāo)準(zhǔn)位數(shù))、16位(低四位為零,便于16位串行數(shù)據(jù)傳輸)。D1:為?0'時(shí)表示輸出數(shù)據(jù)的最大位導(dǎo)前,為?1'時(shí)表示最小位導(dǎo)前。DO為?0時(shí)表示輸出數(shù)據(jù)是單極性(無(wú)符號(hào)二進(jìn)制),為?1'時(shí)表示雙極性(有符號(hào)二進(jìn)制)。3.2采樣過(guò)程轉(zhuǎn)換的工作包括二個(gè)周期:I/3期和轉(zhuǎn)換周期(conv)。I/漩期完成對(duì)內(nèi)部控制寄存器的置數(shù)和在DATAOUTPUT數(shù)據(jù)的輸出;轉(zhuǎn)換周期是由I/O寸鐘同步的內(nèi)部時(shí)鐘來(lái)控制。在轉(zhuǎn)換周期開始時(shí),EO毓出變低;當(dāng)轉(zhuǎn)換完成時(shí)變高,輸出數(shù)據(jù)寄存器鎖存。上電后,cS的電平必須從高到低以開始一次I/g期。內(nèi)部控制寄存器
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