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文檔簡介

⑴8位CPU⑵片內(nèi)128BRAM⑶片內(nèi)4KBROM/EPROM(8031無)⑷特殊功能寄存器區(qū)

SFR⑸2個優(yōu)先級的5個中斷源結(jié)構(gòu)⑹

4個8位并行口:P0、P1、P2、P3一、MCS-51單片機的主要上頁下頁回目錄8051/8751功能特點⑺2個16位定時器/計數(shù)器T/C⑻1個全雙工串行口UART

⑼布爾處理機——位處理機(10)64KB外部RAM地址空間(11)64KB外部ROM地址空間(12)片內(nèi)時鐘電路及振蕩器(13)指令系統(tǒng)(111條)上頁下頁回目錄通用異步收發(fā)器半雙工——即可接受又可發(fā)送,但不同時單工——只接收或只發(fā)送可同時接收或發(fā)送16條地址線區(qū)別:8051/8751單片機中含有ROM/EPROM,而8031中沒有,使用時需外接一片EPROM型號ROMEPROMRAMT/CI/OINT803280528KB87528KB

256B

256B

256B333并串444111666二、MCS-51系列單片機的差異51子系列(基本型)上頁下頁回目錄型號ROMEPROMRAMT/CI/OINT803180514KB87514KB128B128B128B222并串44411155580318051基本型803152子系列MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析上頁下頁回目錄RAM

P0口串行口定時器計數(shù)器特殊功能寄存器(SFR)中斷系統(tǒng)微處理器ALU控制邏輯

P2口

P1口

P3口ROM/EPROMCPU內(nèi)部總線VccVssXTAL1XTAL2PSEN

EAALERESETP2.0~P2.7P0.0~P0.788P1.0~P1.78P3.0~P3.788051/8751面向用戶的結(jié)構(gòu)8031共40條引線用戶的內(nèi)特性用戶外特性圖2-1MCS-51功能

框圖P40

圖2-1是其物理結(jié)構(gòu)框圖邏輯結(jié)構(gòu)框圖1、中央處理器2、存儲器3、I/O口

MCS-51單片機有4個8位并行口,1個全雙工串行口UART,2個16位的T/C。由運算器和控制邏輯組成。主要功能是產(chǎn)生各種控制信號,控制存儲器、I/O端口的數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)運算、及位處理等操作等。采用SFR集中控制程序存儲器ROM/EPROM(8031中沒有,需外接),存放程序和編好的表格及常數(shù)等。數(shù)據(jù)存儲器RAM:存放中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存、緩沖、及存放標志位等。上頁下頁回目錄8051/875140引腳,雙列直插式結(jié)構(gòu)上頁下頁回目錄RST/VPDP3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7P3.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P1.0P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P2.7P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P0.0RXDTXDINT0

INT1

T0

WRRDT1

XTAL1XTAL2VssVccEA/VPPALE/PROGPSEN80318051875140393837363534333231302928272625242322211234567891011121314151617181920MCS-51單片機的引腳功能用戶外特性一、51單片機的管腳功能1、按功能分類I/O口線P0、

P1、

P2、

P3共32條電源Vcc、Vss共2條時鐘XTAL1、XTAL2共2條上頁下頁回目錄控制口線PSEN、ALE、EA/VPP、RESET

共4條數(shù)據(jù)/地址復(fù)用口I/O口雙功能口2、管腳的功能(1)電源與時鐘Vcc:接+5V電源端

Vss:接地端XTAL1:片內(nèi)振蕩電路輸入端XTAL2:片內(nèi)振蕩電路輸出端內(nèi)時鐘方式:在XTAL1、XTAL2上外接定時元件,使其形成自激振蕩器。時鐘電路:內(nèi)時鐘方式外時鐘方式上頁下頁回目錄定時元件采用由石英晶體和電容組成并聯(lián)諧振電路。晶體和電容盡可能靠近單片機芯片。單片機XTAL1XTAL21918C1C2電容通常選擇為30PF左右振蕩頻率1.2MHz~12MHz晶振內(nèi)時鐘方式電路圖上頁下頁回目錄單片機XTAL1XTAL2外時鐘方式:XTAL1接地,XTAL2接外部振蕩器外時鐘方式電路圖外部振蕩源+5V1918上拉電阻頻率低于12MHz上頁下頁回目錄OC門幾個概念:振蕩周期:Tc=晶振頻率fosc(或外加頻率)的倒數(shù)時鐘周期:2個振蕩周期狀態(tài)周期:Ts=1個時鐘周期機器周期:Tm=6個狀態(tài)周期(Ts)=12個振蕩周期(Tc)指令周期:Ti:執(zhí)行一條指令所需的機器周期(Tm)數(shù)牢牢記?。赫袷幹芷?晶振頻率fosc的倒數(shù);

1個機器周期=12個振蕩周期;

1個指令周期=1、2、4個機器周期復(fù)位信號:高電平復(fù)位CPU,低電平CPU工作EA/VPPALEPSEN名稱功能片外取指信號(片外程序存儲器讀)輸出端低電平有效。通過P0口讀回指令或常數(shù)??刂频氖瞧獬绦虼鎯ζ鱎ESET⑵控制信號地址鎖存信號。ALE低電平時,P0口出現(xiàn)數(shù)據(jù)信息;ALE高電平時,P0口出現(xiàn)地址信息。程序存儲器選擇信號

上頁下頁回目錄EA=0時,選外部ROM;1,地址小于4k時,選內(nèi)部ROM地址大于4k時,選外部ROMP0口是數(shù)據(jù)/地址復(fù)用口用下降沿

鎖存P0口的低8位地址到外部鎖存器寄存器內(nèi)容寄存器內(nèi)容表2-2復(fù)位后內(nèi)部寄存器狀態(tài)PC0000HACC00HB00HPSW00HSP07HDPTR0000HP0~P30FFHIP×××00000BIE0××00000BTMOD00HTCON00HTH000HTL0

00HTH100HTL1

00HSCON00HSBUF不定PCON0××000B上頁下頁回目錄復(fù)位電路手動復(fù)位上電自動復(fù)位高電平要保持10ms以上RESET高電平有效上頁下頁回目錄+5V10uF10KVccRSTGND上電復(fù)位10uF10KVccRSTGND手動&上電復(fù)位1K+5VP3作第一功能口使用時:輸出控制線為高電平,與非門的輸出取決于鎖存器“Q”端的狀態(tài),P3口的I/O操作和P1口相同。P3作第二功能口使用時:相應(yīng)的口線鎖存器必須為“1”,與非門的輸出取決于第二功能輸出線。

P3的驅(qū)動能力:驅(qū)動4個TTL門上頁下頁回目錄P3口的第二功能狀態(tài)P3.0RXD串入(接收端)P3.1TXD串出(發(fā)送端)P3.6WR外部RAM寫信號P3.3INT1外部中斷1輸入P3.4T0計數(shù)器0輸入P3.5T1計數(shù)器1輸入第二功能作用口線P3.2INT0外部中斷0輸入P3.7RD外部RAM讀信號上頁下頁回目錄51單片機的4個8位的I/O口P0.0—P0.7:8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復(fù)用口

(復(fù)用時是雙向口;不復(fù)用時也是準雙向口)P1.0—P1.7:通用I/O口(準雙向口)P2.0—P2.7:

輸出高8位地址(用于尋址時是輸出口;不尋址時是準雙向口)P3.0—P3.7:具有特定的第二功能(準雙向口)注意:在不外擴ROM/RAM時,P0~P3均可作通用I/O口使用,而且都是準雙向I/O口(例如:AT89C51)!

小結(jié)簡單測控實例原理圖JOB3:CLRP1.1;亮綠燈REDO:SETBP1.3

;此句以后解釋CHECK:JNBP1.3,CHECK;檢測通道是否被阻斷?LOOP:…………;有入侵者,報警!

AJMPREDO;再跳回去檢測任務(wù)三:紅外防盜報警P1.3口用于輸入狀態(tài)檢測的語句:

ALEP3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7P3.0EAPSENRST803180518751VccVssP1口P2口P0口373GE+5VA0~A7A8~A15D0~D7I/OXTAL1XTAL2RXDTXDINT0INT1T0T1WRRD控制總線CB二、51單片機的三總線結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)總線DB地址總線AB利用三條總線,可方便地進行系統(tǒng)擴展晶振1.2~12MHZ上頁下頁回目錄8031地址總線AB(A0~A15)寬16位片外尋址64KBP0.0~P0.7ALE鎖存到鎖存器373A0~A7P2.0~P2.7A8~A15數(shù)據(jù)總線DB(D0~D7)寬8位雙向、三態(tài)P0.0~P0.7D0~D7控制總線CB寬12位P3口的第二功能狀態(tài)加上控制線PSENEAALERESET上頁下頁回目錄上頁下頁回目錄RAM

P0口串行口定時器計數(shù)器特殊功能寄存器(SFR)中斷系統(tǒng)微處理器ALU控制邏輯

P2口P1口

P3口ROM/EPROMCPU內(nèi)部總線VccVssXTAL1XTAL2PSEN

EAALERESETP2.0~P2.7P0.0~P0.788P1.0~P1.78P3.0~P3.788051/8751面向用戶的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8031共40條引線用戶的內(nèi)特性用戶外部特性小結(jié):面向用戶的特性內(nèi)部外部裸機§2.3MCS-51的存儲器組織存儲器數(shù)據(jù)存儲器程序存儲器對單片機來講,ROM和RAM的尋址機構(gòu)和尋址方式是分開的。上頁下頁回目錄ROM、EPROME2ROM或FLASHRAM單片機常駐容量小僅256B容量大達64KB普林斯頓結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu)普林斯頓結(jié)構(gòu)區(qū)別:8051/8751單片機中含有ROM/EPROM,而8031中沒有,使用時需外接一片EPROM型號ROMEPROMRAMT/CI/OINT803280528KB87528KB

256B

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256B333并串444111666MCS-51系列單片機的存儲器差異51子系列(基本型)上頁下頁回目錄型號ROMEPROMRAMT/CI/OINT803180514KB87514KB128B128B128B222并串444111555基本型52子系列從物理上分,MCS-51分為4個存儲空間·片內(nèi)程序存儲器ROM·片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM·片外程序存儲器ROM·片外數(shù)據(jù)存儲器RAM(I/O)從邏輯上分,MCS-51分為3個邏輯空間·片內(nèi)、外統(tǒng)一編址的程序存儲器地址空間·256B或384B片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器地址空間·64KB片外數(shù)據(jù)存儲器或I/O地址空間上頁下頁回目錄片內(nèi)固有需要擴展需要擴展PC從功能上分,MCS-51分為5個地址空間·程序存儲器ROM·片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM·特殊功能寄存器區(qū)SFR·位尋址區(qū)·外部擴展的數(shù)據(jù)存儲器RAM(I/O)區(qū)上頁下頁回目錄一、程序存儲器8051/8751內(nèi)部有4KB

ROM/EPROM地址:0000H~0FFFH8051/8751外部的ROM/EPROM地址:1000H~FFFFH8031/8032內(nèi)部沒有ROM/EPROM需要片外擴展,使用時接成低電平EA地址:0000H~FFFFH上頁下頁回目錄52子系列內(nèi)部有8KBROM/EPROM地址:0000H~1FFFH52:2000H~FFFFH接地上頁下頁回目錄EA=1內(nèi)部外部EA=00000H0FFFH0FFFH0000H1000H外部FFFFH8051/8751803151系列程序存儲器配置圖4KB接地EA=1內(nèi)部外部EA=00000H1FFFH1FFFH0000H2000H外部FFFFH8052/8752803252系列程序存儲器配置圖接地8KB上頁下頁回目錄二、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM地址:00H~FFH內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器從物理上分為幾個不同的塊:MCS-51128BRAM(地址00H~7FH)128BSFR(地址80H~FFH)MCS-52128BRAM(地址00H~7FH)128BSFR(地址80H~FFH)上頁下頁回目錄256B384B間接尋址直接尋址128BRAM(地址80H~FFH)間接直接皆可SFR特殊功能寄存器FFH80H上頁下頁回目錄內(nèi)部RAMSFR特殊功能寄存器7FH00HFFH80H7FH00HFFH80HMCS-51內(nèi)部RAM配置52系列內(nèi)部RAM配置直接尋址內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器配置圖地址重疊256B384B內(nèi)部RAM內(nèi)部RAM間接尋址僅52系列有1、內(nèi)部RAM區(qū)(MCS-51)MCS-51內(nèi)部RAM只有128B內(nèi)部RAM區(qū)分為三部分地址:00H~7FH上頁下頁回目錄內(nèi)部RAM7FH00HSFR特殊功能寄存器FFH80H7FH00H位尋址區(qū)2FH20H工作寄存器區(qū)1FH00H7FH30H數(shù)據(jù)緩沖區(qū)80個字節(jié)為真正的RAM16個字節(jié)分為128個RAM位32個字節(jié)分為四個工作寄存器區(qū)每個區(qū)8個工作寄存器0FH08H17H10H2FH20H7FH30H0區(qū)(8字節(jié))1區(qū)(8字節(jié))2區(qū)(8字節(jié))3區(qū)(8字節(jié))位尋址區(qū)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)80個字節(jié)RAM只能按字節(jié)尋址16個字節(jié)分為128個RAM位可按位亦可按字節(jié)尋址四個工作寄存器區(qū)內(nèi)部RAM區(qū)功能配置圖R7R0~R7R0~R7R0~R7R0~00H1FH07H00H1FH18H布爾處理器上頁下頁回目錄每個區(qū),8個工作寄存器R0~R7亦可作普通RAM使用⑴通用寄存器組32個RAM單元共4個區(qū),每個區(qū)8個通用工作寄存器R0~R7“區(qū)”的選擇由程序狀態(tài)字PSW中的RS1和RS0確定工作寄存器區(qū)地址RS1RS0

2區(qū)10H~17H10

3區(qū)18H~1FH11上頁下頁回目錄

0區(qū)00H~0007H

1區(qū)08H~010FH⑵位尋址區(qū)(16個RAM單元VS12個SFR)·字節(jié)地址:20H~2FH·16個RAM字節(jié)共128個RAM位·位地址:00H~7FH·12個SFR中的93位具有位尋址功能位尋址區(qū)128個RAM位93個SFR位·布爾處理機數(shù)據(jù)存儲器的主要組成部分上頁下頁回目錄布爾處理機共221位直接地址能被8所整除的構(gòu)成其中3位無定義00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM區(qū)普通RAM區(qū)位尋址區(qū)工作寄存器區(qū)27H22H21H20H26H24H25H23H28H2FH單元地址07060504030201000F0E0D0C0B0A090817161514131211101F1E1D1C1B1A191827262524232221202F2E2D2C2B2A292837363534333231303F3E3D3C3B3A393847464544434241407F7E7D7C7B7A7978位地址總共128個可按位尋址的位片內(nèi)RAM中有128個可按位尋址的位。

位地址:00H—7FH

分布在:20H—2FH單元指令:SETB07H⑵用戶RAM區(qū)(數(shù)據(jù)緩沖區(qū))共80個單元字節(jié)地址:30H~7FH8051單片機復(fù)位時,堆棧指針SP指向07H單元片內(nèi)RAM的部分單元可用作堆棧51的棧區(qū)不是固定的,為避開工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū),用戶堆棧一般設(shè)置在30H~7FH之間上頁下頁回目錄真正的RAM單元SP指針是可編程的寄存器⑴程序計數(shù)器PC16位專用寄存器,尋址范圍64KB此時的程序是順序執(zhí)行的2.專用寄存器區(qū)通電時自動復(fù)位,運行時可手動復(fù)位,復(fù)位后,PC的內(nèi)容自動清零用來存放下一條指令地址。CPU取指令時,將PC內(nèi)容經(jīng)地址總線送到程序存儲器,從該地址單元取回指令,譯碼并執(zhí)行;同時,PC自動加1如果程序需要轉(zhuǎn)移,可在程序中安排轉(zhuǎn)移或條件轉(zhuǎn)移指令(JMP或JNC)、調(diào)用子程序指令CALL等上頁下頁回目錄PC0000H系統(tǒng)的啟動地址

23個專用(3個屬于52)其中5個是雙字節(jié)寄存器,PC物理上是獨立的,其余22個屬于SFR,共占用26個字節(jié)⑵累加器A地址:0E0H·最常用的一個專用寄存器·大部分單操作數(shù)指令的操作數(shù)取自A·很多雙操作數(shù)指令的一個操作數(shù)取自A·算術(shù)運算和邏輯運算的結(jié)果放在A或AB對中·指令系統(tǒng)采用A

作為累加器的標識符例:INCA;執(zhí)行A中的內(nèi)容加1操作ADDA,#data;執(zhí)行A(A)+#data操作上頁下頁回目錄位尋址功能⑶寄存器B地址:0F0H·8位寄存器·與累加器A配合使用,一般用于乘除法運算·寄存器B存放第二操作數(shù)、乘積的高8位字節(jié)除法的余數(shù)部分例:MULAB;執(zhí)行(A)×(B)BADIVAB;執(zhí)行(A)/(B)商A余B上頁下頁回目錄次累加器作一RAM單元用B余B⑷程序狀態(tài)字PSW地址:0D0H·8位寄存器,存放程序的狀態(tài)信息CY

D7D6D5D4D3D2D1D0ACF0RS1RS0OVP格式如下:進/借位標志CY(PSW.7)加法運算時,如果D7有進位,則CY=1,否則CY=0減法運算時,如果D7有借位,則CY=1,否則CY=0布爾運算中被定義為位累加器上頁下頁回目錄PSWD7??????D0CY輔助進位標志AC(PSW.6)

8位加法運算時,如果低半字節(jié)的D3向D4有進位,則

AC=1,否則AC=08位減法運算時,如果低半字節(jié)的D3向D4有借位,則AC=1,否則AC=0標志F0(PSW.5)·由用戶定義·可用軟件來使它置“1”、或清“0”·可由軟件測試F0來控制程序流向上頁下頁回目錄D7~D4D3~D0AC工作寄存器區(qū)選擇位RS1

、RS0(PSW.4、PSW.3)通過軟件來改變RS1、RS0的組合,以確定當前工作寄存器區(qū)。上頁下頁回目錄工作寄存器區(qū)地址RS1RS0

2區(qū)10H~17H10

3區(qū)18H~1FH11

0區(qū)00H~0007H

1區(qū)08H~010FHPSW.4PSW.3用布爾操作來改變OV=C6′C7′+溢出標志OV(PSW.2)·作為有符號數(shù)加、減法時由硬件置位或清除,以指示運算結(jié)果是否溢出·執(zhí)行加/減法指令時,用Ci′

表示i位向i+1有進/借位a)第6位向第7位有進/借位,而第7位不向CY進/借位時b)第6位不向第7位進/借位,而第7位向CY有進/借位時OV=1,否則OV=0·若OV=1,意味著加/減法的結(jié)果已超出了一個字節(jié)

有符號補碼數(shù)

所表示的范圍(-128~+127)上頁下頁回目錄a)OV=10b)OV=01即做加法時,最高和次高位之一有進位,或做減法時,最高和次高位之一有借位則OV被置位D7D6D5D4D3D2D1D0例:01010110(+86)(正)

00110010(+50)(正)00010001此時C6′=1、

C7′=0則D7D6D5D4D3D2D1D010010110(-106)(負)110111001(+136)(正)(-197)(負)OV=C6′C7′=1

++此時C6′=0、

C7′=1則OV=C6′C7′=1

++上頁下頁回目錄符號位1

10100101(-91)(負)Cy奇偶標志P(PSW.0)·每個指令周期都由硬件置位或清零,以表示累加器A中值為“1”的位數(shù)的奇偶性·該標志可用于串行數(shù)據(jù)通訊,驗證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃陨享撓马摶啬夸汸=1A中1的個數(shù)為奇數(shù)0A中1的個數(shù)為偶數(shù)?思考試分析執(zhí)行指令MOVA,#7FHADDA,#47H后,程序狀態(tài)字PSW中CY,AC,OV,P

的狀態(tài)是什么?上頁下頁回目錄D7D6D5D4D3D2D1D001111111(7FH)01000111(47H)01100011(C6H)MOVA,#7FHADDA,#47H#7FHACY=0AC=1執(zhí)行第一條指令后P=1,執(zhí)行第二條指令后P=0此時C6′=1、

C7′=0則OV=C6′C7′=1

++上頁下頁回目錄有無⑸堆棧指針SP8位寄存器,存放棧頂?shù)刂繁WoCPU現(xiàn)場和斷點地址作用:工作方式:“先進后出”或“后進先出”數(shù)據(jù)壓入堆棧時,SP自動加1數(shù)據(jù)彈出堆棧時,SP自動減1

SP始終指向棧頂?shù)刂飞享撓马摶啬夸浿袛鄷r轉(zhuǎn)子時棧區(qū)“向上生成”按“先進后出”工作原則,由SP組織的內(nèi)部RAM區(qū)域,被稱為堆棧。主程序SPSP例:堆棧操作’建立堆?!瘔喝氩僮鳌瘡棾霾僮?/p>

60H61H62H63H64HA的內(nèi)容B的內(nèi)容SPMOVSP,#60HPUSHAPUSHBPOPdirectSP上頁下頁回目錄direct棧底⑹數(shù)據(jù)指針DPTR·16位寄存器,高字節(jié)用DPH表示,低字節(jié)用DPL表示·對外部RAM

或I/O

口尋址,范圍64KB例:MOVXA,@DPTRMOVX@DPTR,A;將外部RAM中地址為@DPTR的單元內(nèi)容讀到A中;將A中的內(nèi)容寫到外部RAM中地址為@DPTR的單元MOVCA,A+@DPTR;采用基址+變址的方法讀程序存儲器內(nèi)的表格常數(shù);DPTR為基址寄存器,A為變址寄存器上頁下頁回目錄(DPTR)AP3.7RDP3.6WR(A)DPTR((A)+(DPTR))APSEN⑺I/O端口P0~P3地址:80H90H0A0H0B0H專用寄存器P0~P3分別是端口P0~P3的鎖存器⑻串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF地址:99H存放欲發(fā)送的數(shù)據(jù)存放已接收的數(shù)據(jù)一個地址:99H⑼定時/計數(shù)器T0T1MCS-51系列有2個16位定時/計數(shù)器T0、T1MCS-52系列增加了1個16位定時/計數(shù)器T2上頁下頁回目錄SBUF兩個緩沖器共用“寫”發(fā)送緩沖器“讀”接受緩沖器MOVSBUF,AMOVA,SBUF⑽其他控制寄存器IP0B8H中斷優(yōu)先控制寄存器IE0A8H中斷允許控制寄存器TMOD89H定時/計數(shù)器方式控制寄存器TCON88H

定時/計數(shù)器控制寄存器SCON99H串行口控制寄存器PCON97H電源及波特率選擇控制上頁下頁回目錄地址名稱作用尋址空間64KB采用寄存器間接尋址方式間址寄存器有R0、R1(256B)數(shù)據(jù)指針DPTR(64KB)采用MOVX指令單片機產(chǎn)生讀/寫信號,對外部RAM產(chǎn)生讀寫操作3、外部數(shù)據(jù)存儲器FFFFH0000H上頁下頁回目錄外部RAM(I/O)64KBMOVXA,@RiMOVXA,@DPTRiMOVX@Ri,AMOVX@DPTRi,A“讀”指令“寫”指令通過三條總線擴展MCS-51CPU時序一、機器周期、狀態(tài)、相位·一個機器周期包括6個S

狀態(tài)S1~S6,每個S狀態(tài)分為2(拍)個振蕩周期(相位P1,相位P2)?!?個機器周期=6個S狀態(tài)=12(拍)個振蕩周期·采

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