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文檔簡介

1、石家莊郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(論 文) 基于STC10F08單片機的燈具調(diào)光器設(shè)計 2013 屆 電信工程系 系專業(yè)班級學(xué)號姓名指導(dǎo)教師完成日期石家莊郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書姓 名學(xué) 號專 業(yè)班 級畢業(yè)設(shè)計題目基于STC10F08單片機的燈具調(diào)光器指導(dǎo)教師姓名職 稱工作單位畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容、基本要求、重點研究問題、主要設(shè)計方法(或步驟):一、設(shè)計內(nèi)容:利用STC10F08單片機調(diào)節(jié)燈具亮度二、基本要求:以介紹開發(fā)的板子展開,然后從硬件、軟件、調(diào)試等方面進行說明和介紹,使別 人能認(rèn)識并了解這塊電路板的作用。三、重點研究內(nèi)容:電路板的硬件結(jié)構(gòu)和組成、電路板的軟件使用四、主要設(shè)計方法:1、

2、電路板的硬件、軟件 2、電路板能完成的功能 主要參考文獻(xiàn)、資料:計劃進度:1、2012年03月15日2012年03月22日 選論題2、2012年05月23日2012年05月05日 資料搜集,進行系統(tǒng)設(shè)計3、2012年09月25日2012年10月10日 購買電路板元器件,焊接電路板4、2012年10月13日2012年10月16日 撰寫論文初稿5、2012年10月17日2012年10月20日 修改,定稿打印6、2012年12月14日 答辯指導(dǎo)教師簽字: 年 月 日摘 要現(xiàn)當(dāng)今,單片機的應(yīng)用無處不在。利用單片機控制燈具的實例也不勝枚舉,可控制燈具的芯片也相當(dāng)之多,而利用單片機控制燈具,達(dá)到人們預(yù)想效

3、果的方法最為廣泛。它有功能多、價格優(yōu)、外部電路簡單的特點,深受單片機愛好者及燈具控制制造商的青昧,用80C51 單片機及少數(shù)外部點路控制LED燈光,使LED燈產(chǎn)生明暗效果,并在燈光達(dá)到最亮與最暗時伴隨響亮的告警音。通過硬件電路的制作以及軟件程序的編制,使燈光的亮度與告警音配合得當(dāng)。LED又稱為發(fā)光二極管,是一種新型光源,具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保、使用壽命長等其他光源無法比擬的優(yōu)點。作為綠色照明光源產(chǎn)品,國家綠色照明推廣使用的產(chǎn)品,代表著未來照明技術(shù)的發(fā)展方向。本文介紹了以STC10F08為控制核心,利用PWM調(diào)光技術(shù),通過調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比從而控制電流,進而達(dá)到對LED進行光度亮暗

4、的控制調(diào)節(jié)的效果,實現(xiàn)對LED燈的PWM調(diào)光控制。關(guān)鍵詞:單片機 PWM硬件系統(tǒng) 軟件系統(tǒng) 控制程序結(jié)構(gòu)目錄1 前 言12 單片機基礎(chǔ)知識22.1 單片機的定義22.2 單片機的組成23 PWM基本概述43.1 PWM簡介43.2 PWM控制LED亮度原理44 硬件結(jié)構(gòu)54.1 80C51電路結(jié)構(gòu)54.2 PWM驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)65 程序設(shè)計思路與方案75.1 程序設(shè)計思路75.2 程序總體設(shè)計方案76 系統(tǒng)軟件設(shè)計96.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計96.2 控制程序代碼97 總 結(jié)12致 謝13參考文獻(xiàn)131 前 言二十世紀(jì)跨越了三個“電”的時代,即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。不過,這種電腦通常

5、是指個人計算機,簡稱PC機。還有一類大多數(shù)人不怎么熟悉的計算機,這就是把智能賦予各種機械的單片機(亦稱微控制器)。顧名思義,這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路即可進行簡單運算和控制。它的出現(xiàn)是近代計算機技術(shù)發(fā)展史上的一個里程碑,因為它體積小,通常都藏在被控機械的“肚子”里,起著有如人腦的作用。單片機具有體積小、功能強、應(yīng)用面廣等優(yōu)點,目前正以前所未見的速度取代著傳統(tǒng)電子線路構(gòu)成的經(jīng)典系統(tǒng),蠶食著傳統(tǒng)數(shù)字電路與模擬電路固有的領(lǐng)地。它的這些優(yōu)點為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時,學(xué)習(xí)使用單片機了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇?,F(xiàn)在,這種單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛。彩電、冰箱、空調(diào)、錄像機、V

6、CD、遙控器、游戲機、電飯煲等無處不見單片機的影子,單片機早已深深地融入我們每個人的生活之中。不但如此,他還能大大地提高這些產(chǎn)品的智能性、易用性及節(jié)能性等主要性能指標(biāo),在給我們的生活帶來舒適和方便的同時,在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,同時,也在很大程度上降低了生產(chǎn)的成本。2 單片機基礎(chǔ)知識2.1單片機的定義單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講,一塊芯片就成了一臺計算機。它體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時,學(xué)習(xí)使用單片機了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機按用途大體上可分為兩類,

7、一種是通用型單片機,另一種是專用型單片機。MCS-51單片機是美國INTEL公司于1980年推出的產(chǎn)品,與MCS- 48單片機相比,它的結(jié)構(gòu)更先進,功能更強,在原來的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令,指令數(shù)達(dá)111條。MCS-51單片機可以算是相當(dāng)成功的產(chǎn)品,一直到現(xiàn)在,MCS-51系列或其兼容的單片機仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品,各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍與MSC-51單片機作為代表進行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。MCS-51系列單片機主要包括8031、8051和8751等通用產(chǎn)品。2.2 單片機的組成總線我們知道,一個電路總是由元器件通過電線連接而成的,在模擬電路中,連連線并不成為一個問題,因為各器件間一般是串

8、行關(guān)系,各器件之間的連線并不很多,但計算機電路卻不一樣,它是以微處理器為核心,各器件都要與微處理器相連,各器件之間的工作必須相互協(xié)調(diào),所以就需要的連線就很多了,如果仍如同模擬電路一樣,在各微處理器和各器件間單獨連線線,則線的數(shù)量將多得驚人,所以在微處理機中引入了總線的概念,各個器件共同享用連線,所有器件的8根數(shù)據(jù)線全部接到8根公用的線上,即相當(dāng)于各個器件并聯(lián)起來,但僅這樣還不行,如果有兩?器件同時送出數(shù)據(jù),一個為0,一個為1,那么,接收方接收到的究竟是什么呢?這種情況是是不允許的,所以要通過控制線進行控制,使器件分時工作,任何時候只能有一個器件發(fā)送數(shù)據(jù)(可以有多個器件同時接收)。器件的數(shù)據(jù)線也

9、就被稱為數(shù)據(jù)總線,器件所有的控制線被稱控制總線。在單片機內(nèi)部或者外部存儲器及其它器件中有存儲單元,這些存儲單元要被分配地址才能用,分配地址也是以電信號的形給出的,由于存儲單元比較多,所以,用于地址分的線也較多,這些線被稱為地址總線。 數(shù)據(jù)、地址、指令將這三者放在一起的原因,是由于這三者的本質(zhì)都是一樣的數(shù)字,或者說都是串0和1組成的序列。換言之,地址、指令也都是數(shù)據(jù)。指令由單片機芯片的設(shè)計者規(guī)定的一種數(shù)字,它與我們常用的指令助記符有著嚴(yán)格的一一對應(yīng)關(guān),不可以由單片機的開發(fā)者更改。地址:是尋找單片機內(nèi)部、外部的存儲單元、輸入輸出口的依據(jù),內(nèi)單元的地址值已由芯設(shè)計者規(guī)定好,不可更改,外部的單元可以由

10、單片機開發(fā)者自行決,但有一些地址單元是一定要有的。數(shù)據(jù):這是由微理機處理的象,在各種不同的應(yīng)用電路中各不相同,一般而言,被處理的數(shù)據(jù)可能有這么幾種情況:1、地址(如MOV DPTR,#1000H),即地址1000H送入DPTR。2、方式字或控制字(如MOV TMOD,#3),3即是控制字。3、常數(shù)(如MOV TH0,#10H)10H即定時常數(shù)。4、實際輸出值(如P1口接彩燈,要燈全亮,則執(zhí)行指令:MOV P1,#0FFH,要燈全暗,則執(zhí)指令:MOV P1,#00H)這里0FFH和00H都是實際輸出值。又如用于LED的字形碼,也是實 際輸出的值。 理解了地址、指令的本質(zhì),就不難理解程序運行過程中

11、為什么會跑飛,會把數(shù)據(jù)當(dāng)成指令來行了。P0/P2/P3口功能初學(xué)時往往對P0口、P2口和P3口的第二功能用法迷惑不解,認(rèn)為第二功能和原功能之間要有個切換的過程,或者說要有一條指令,事實上,各端口的第二功能完全是自動,不需要指令來轉(zhuǎn)換。如P3.6、P3.7分別是WR、RD信號,當(dāng)微片理機外接RAM或有外部I/O口 時,它們揮作第二功能,不能作為通用I/O口使用,只要一微處理機一執(zhí)行到MOVX指令,就會有相應(yīng)的信號從 P3.6 或P3.7送出,不需要事先用指令說明。事實上不能作為通用I/O口使用也并不能將其作為通用I/O口使用。你完全可以在指令中按排一條S ETB P3.7的指令,并且當(dāng)單片機執(zhí)行

12、到這條指令時,也會使P3.7變?yōu)楦唠娖?,但使用者不會這么做,因為這通常這會導(dǎo)致系統(tǒng)當(dāng)潰(即死機)。 程序執(zhí)行過程單片機在通電復(fù)位后8051內(nèi)的程序計數(shù)器(PC)中的值為0000,所以程序總是從0000單元開始執(zhí)行,也就是說:在系統(tǒng)的ROM中一定要存在0000個單元,并且在0000單元中存放的一定是一條指令。 堆棧堆棧是一個區(qū)域,是用來存放數(shù)據(jù)的,這個區(qū)域本身沒有任何特殊之處,就是內(nèi)部RAM的一份,特殊的是它存放和取用數(shù)據(jù)的方式,即所謂的先進后出,后進先出,并且堆棧有特的數(shù)據(jù)傳輸指令,即PUSH和甈OP,有一個特殊的專為其服務(wù)的單元,即堆棧指針SP每當(dāng)執(zhí)一次 PUSH指令時,SP就(在原來值的基

13、礎(chǔ)上)自動加1,每當(dāng)執(zhí)行一次POP指令,SP就(在原來值基礎(chǔ)上)動減1。由于SP中的值可以用指令加以改變,所以只要在程序開始階段更改了SP值,就可以把堆棧設(shè)置在規(guī)定的內(nèi)存單元中,如在程序開始時用一條MOV SP,#5FH指令,就時把堆棧設(shè)置在從內(nèi)存單元60H開始的單元中。一般程序的開頭總有這么條設(shè)置堆棧指針的指令,因為開機時,SP的初始值為07H,這樣就使堆棧從08H單元 開始往后8H到1FH這個區(qū)域正是8031的第二、三、四工作寄存器區(qū),經(jīng)常要被使用,這會造成數(shù)的渾亂。不作編寫程序時,初始化堆棧指令也不完全相同,這是作者的習(xí)慣問題。當(dāng)設(shè)置好堆棧區(qū),并不意味著該區(qū)域成為一種專用內(nèi)存,它還是可以

14、象普通內(nèi)存區(qū)域一樣使用,只是一般情下編程者不會把它當(dāng)成通內(nèi)存用了。 開發(fā)過程這里所說的開發(fā)過程并不是一般書中所說的從任務(wù)分析開始,我們假設(shè)已設(shè)計并制作好硬件下面就是編寫軟件的工作。在編寫軟件之前,首先要確定一些常數(shù)、地址,事實這些常數(shù)、地址在設(shè)計階段已被直接或間接地確定下來了。如當(dāng)某器件的連線設(shè)計好后,其地址也就確定了,當(dāng)器件的功能被確定下來后,其控制字也就被確定了。然后用文本編緝器(如EDIT、CCED 等)寫軟件,編寫好后,用編譯器對源程序文件編譯,查錯,直到?jīng)]有語法錯誤,除了極簡單程序外,一般應(yīng)用仿真機對軟件進行調(diào)試,直到程序運行正確為止。運行正確后,就可以寫(將程序固化在EPROM中)

15、。在源程序被編譯后,生成了擴展名為HEX的目標(biāo)文件,一般編程器能夠 識別種格式的文件,只要將此文件調(diào)入即可寫片。在此,為使大家對整個過程有個認(rèn)識,舉一說明:ORG 0000H LJMP START ORG 040H START:MOV SP,#5FH;設(shè)堆棧LOOP:NOP LJMP LOOP;循環(huán) END。3PWM基本概述3.1PWM簡介脈沖寬度調(diào)制(PWM),是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫,簡稱脈寬調(diào)制,是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù),廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式,其根據(jù)相

16、應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置,來實現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時間的改變,這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定,是利用微處理器的數(shù)字信號對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)。PWM控制技術(shù)以其控制簡單、靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式,也是人們研究的熱點。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了多種PWM技術(shù),其中包括:相電壓控制PWM、脈寬PWM法、隨機PWM、SPWM法、線電壓控制PWM等。3.2 PWM控制LED亮度原理對于控制LED燈由亮到暗或由暗到亮,采用的是脈寬PWM法。它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作PWM波形,通過改變脈沖列的

17、周期可以調(diào)頻,改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓,采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化。可以通過調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比而達(dá)到控制電流的目的。這次設(shè)計利用51單片機產(chǎn)生占空比可變的矩形波,當(dāng)產(chǎn)生此矩形波的I/O通過濾波電路再與LED燈相連接后,由于輸出矩形波占空比不斷變化,那么一個周期內(nèi)有一部分時間LED導(dǎo)通,一部分時間截止,從整體來看有一個平均電壓,因為PWM信號頻率周期很高,我們無法通過肉眼來觀察到每一個周期LED燈亮滅的變化過程,所以通過平均電壓的方式來決定LED燈的亮的程度。隨著波形占空比的不斷變化,LED燈也會有著由暗到亮或由亮到暗的不斷變化。如圖如圖3-1是單片機通過PWM

18、調(diào)節(jié)燈光亮暗基本原理電路圖:圖3-1 單片機通過PWM調(diào)節(jié)燈光亮暗基本原理電路圖4 硬件結(jié)構(gòu)4.180C51電路結(jié)構(gòu)80C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其外圍電路如圖4-1,其特點如下:圖4-1 80C51及其外圍電路l 工作電壓:VDD為2.63.6V(CPU),VDDH為VDD5.5V(I/O);l CPU時鐘為0.3249.152MHz;l 內(nèi)置存儲器:SRAM為2KB,內(nèi)存Flash為32KB;l 可編程音頻處理;l 2個16位可編程定時器/計數(shù)器;l 7通道10位ADC(內(nèi)置麥克風(fēng)放大和自動增益控制功能);l 2個10位DAC;l 32路可編程通用輸入輸出端口;l 串行輸入輸出接口;l 低電壓監(jiān)測

19、/低電壓復(fù)位功能;l 14個中斷源可來自定時器、外部時鐘輸入、鍵喚醒等;l 內(nèi)置在線仿真電路ICE。4.2PWM驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)PWM電路的特點是頻率高、效率高、功率密度高、可靠性高、然而由于開關(guān)器件工作在高頻通斷狀態(tài),高頻的快速瞬變過程本身就是一電磁騷擾源,它產(chǎn)生的EMI信號有很寬的頻率范圍,又有一定的幅度。 如圖4-2為PWM驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)。圖4-2 利用PWM信號控制LED亮度的驅(qū)動電路5程序設(shè)計思路與方案5.1 程序設(shè)計思路采用單片機定時器產(chǎn)生PWM波,然后控制LED燈的亮度。首先對定0賦初值,使之中斷(定時)5ms,再讓其中斷10次(次數(shù)可設(shè)定,只是輸出波占空比變化快慢不同而已),再定義兩

20、個變量cc=0,ee=10H(不同的值會有不同的周期,即PWM波的周期,周期不能太大,否則會閃爍)。cc+,ee-,當(dāng)cc=10H,ee=0時再cc-,ee+。在主程序中令P2.0口當(dāng)cc從0到10H的時間為高電平,而ee從10H到0的時間為低電平,由于定時器的中斷,cc不斷增加,ee不斷減少,則高電平時間越來越長,低電平時間越來越短(總周期不變)。為了反映出定時器中斷對脈沖變化的影響,在P1.0口接一按鍵,如圖5-1,按住時P1.0低電平,中斷次數(shù)25次,125ms脈沖變化一次,可看到波形占空比變化較慢,按鍵松開時P1.0高電平,中斷10次,則波形占空比變化較快。兩個三極管有驅(qū)動作用,電感和

21、電容起濾波作用,保證LED不至于太過閃爍而看不清亮度變化。圖5-1 實驗仿真電路圖5.2 程序總體設(shè)計方案基于C51單片機和PWM調(diào)光的LED臺燈以STC10F08XE作為主控芯片,設(shè)置為手動控制,分為兩檔,一檔增加亮度一檔降低亮度,通過輸出不同的PWM占空比對LED的電流進行控制,從而實現(xiàn)了對光度的調(diào)節(jié)。主控電路主控電路采用STC10F08XE作為主MCU。STC10F08XE是一款八位,片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機,其硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全,功能強等特點。這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單、實用可靠,用STC10F08XE單片機構(gòu)成最小系統(tǒng)時,只要將單片機接上時鐘電路和復(fù)位電路即可,如圖5

22、-2所示。本設(shè)計所選用的晶振為12MHZ,晶振電容為30PF。圖5-2STC10F08XE單片機主控電路5.2.2 LED驅(qū)動LED的亮度受電流控制,通過控制電流調(diào)節(jié)LED燈的亮度。利用公式可知,利用調(diào)整PWM不同的占空比就可以控制電流的大小。電流通斷的變化用NMOS管K2717實現(xiàn),三極管9014提供驅(qū)動K2717的電流,PWM由P2.0輸出,低電平有效。如圖5-3所示:圖5-3 LED驅(qū)動電路5.2.3 手動控制手動控制分為兩檔,對應(yīng)與KEY1與KEY2兩個按鍵(KEY3、KEY4無實際功能)。如下圖5-4所示。圖5-4 手動控制電路6 系統(tǒng)軟件設(shè)計6.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計該系統(tǒng)控制程序主要包

23、含系統(tǒng)初始化程序、實時時鐘芯片處理程序、鍵盤檢測與處理程序、鬧鐘中斷以及定時器產(chǎn)生PWM程序構(gòu)成。6.2 控制程序代碼/*/ 利用定時器控制產(chǎn)生占空比可變的 PWM 波/ 按K1,PWM值增加,則占空比減小,LED 燈漸暗。/ 按K2,PWM值減小,則占空比增加,LED 燈漸亮。/ 當(dāng)PWM值增加到最大值或減小到最小值時,蜂鳴器將報警。/*/#include < reg51.h >#include < intrins.h >sbit K1 =P32 ; /增加鍵sbit K2 =P33 ; /減少鍵sbit BEEP =P23 ; /蜂鳴器unsigned char P

24、WM=0x7f ; /賦初值void Beep();void delayms(unsigned char ms);void delay(unsigned char t);/*/void main() P1=0xff; TMOD=0x21 ; TH0=0xfc ; /1ms延時常數(shù) 12M TL0=0x18 ; /頻率調(diào)節(jié) TH1=PWM ; /脈寬調(diào)節(jié) TL1=0 ; EA=1; ET0=1; ET1=1; TR0=1 ; while(1) do if(PWM!=0xff) PWM+ ;delayms(10); else Beep() ; while(K1=0); do if(PWM!=0x0

25、2) PWM- ;delayms(10); else Beep() ; while(K2=0); /*/ 定時器0中斷服務(wù)程序./*/void timer0() interrupt 1 TR1=0 ; TH0=0xfc ; TL0=0x66 ; TH1=PWM ; TR1=1 ; P1=0x00 ; /啟動輸出/*/ 定時器1中斷服務(wù)程序/*/void timer1() interrupt 3 TR1=0 ; P1=0xff ; /結(jié)束輸出/*/蜂鳴器子程序/*/void Beep() unsigned char i ; for (i=0 ;i<100 ;i+) delay(100) ;

26、 BEEP=!BEEP ; /Beep取反 BEEP=1 ; /關(guān)閉蜂鳴器 delayms(100); /*/ 延時子程序/*/ void delay(unsigned char t) while(t-) ; /*/ 延時子程序/*/void delayms(unsigned char ms) unsigned char i ; while(ms-) for(i = 0 ; i < 120 ; i+) ; /*/7 總 結(jié)計算機成為我們生活的主流已是家喻戶曉的事情,然而,伴隨著計算機的舉起,單片機也隨之飛速的發(fā)展,單片機以完成某一個邏輯功能的芯片而得名。具體一點說,是把一個計算機系統(tǒng)集成

27、到一個芯片上。概括的講:一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜,為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件,為單片機的靈活,方便,結(jié)構(gòu)簡單奠定了基礎(chǔ),自身通過程序的編寫、測試、運行,來完成一個具體的功能,便此,單片機運用到了各個領(lǐng)域。單片機LED燈調(diào)光只是單片機的一個小小的應(yīng)用。通過本次設(shè)計我發(fā)現(xiàn),整個單片機控制音樂播放程序便不復(fù)雜,函數(shù)之間相互牽扯。標(biāo)志位在程序的實現(xiàn)過程中扮演著非常重要的角色,正是依靠這些標(biāo)志位,程序才能很好地實現(xiàn)各個功能之間的切換,而標(biāo)志位的值是通過軟件模塊返回的參數(shù)修改的。因此程序的實現(xiàn)過程應(yīng)該是閱讀參數(shù)修改標(biāo)志位發(fā)送指令翻譯控制發(fā)生器驅(qū)動LED燈變換,整個過程一氣呵成。 本次設(shè)計是基于80C51單片機和PWM調(diào)光的LED燈,以STC10F08XE作為主控芯片,通過輸出不同的

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