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文檔簡介

1、單片機(jī)課程設(shè)計數(shù)字時鐘一、設(shè)計方案:2二、設(shè)計內(nèi)容:2三、電子時鐘21電子時鐘簡介32 電子時鐘的基本特點(diǎn)33電子時鐘的原理3四、單片機(jī)的知識51單片機(jī)的簡介52單片機(jī)的發(fā)展53單片機(jī)的特點(diǎn)74單片機(jī)的應(yīng)用與89C51單片機(jī)的介紹8五、系統(tǒng)軟件程序設(shè)計141.主程序142、數(shù)碼管顯示模塊143、定時器/計數(shù)器T0中斷服務(wù)程序144、按鍵處理模塊156、軟件編譯環(huán)境:Keil uVision219六、系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計20七、課程設(shè)計總結(jié)21一、設(shè)計方案: 1、通過單片機(jī)內(nèi)部的計數(shù)/定時器,采用軟件編程來實(shí)現(xiàn)時鐘計數(shù),一般稱為軟時鐘,這種方法的硬件線路簡單,系統(tǒng)的功能一般與軟件設(shè)計相關(guān),通常用在

2、對時間精度要求不高的場合。2、采用時鐘芯片,它的功能強(qiáng)大,功能部件集成在芯片內(nèi)部,具有自動產(chǎn)生時鐘等相關(guān)功能,硬件成本相對較高;軟件編程簡單,通常用在對時鐘精度要求較高的場合。二、設(shè)計內(nèi)容:這里采用應(yīng)用廣泛的AT89C52作為時鐘控制芯片,利用單片機(jī)內(nèi)部的定時/計數(shù)器T0 實(shí)現(xiàn)軟時鐘的目的。首先將T0設(shè)定工作于定時方式,對機(jī)器周期計數(shù)形成基準(zhǔn)時間(50ms),然后用另一個定時/計數(shù)器T1對基準(zhǔn)時間計數(shù)形成秒,妙計60次形成分,分計60形成小時,小時計到12。最后通過數(shù)碼管把它們的內(nèi)容在相應(yīng)的位置顯示出來,達(dá)到時、分、秒計時的功能。此外還要實(shí)現(xiàn)對時間的調(diào)整功能,89C52的P1.0、P1.1、P

3、1.2外接三個獨(dú)立按鍵,當(dāng)按下P1.0按鍵時,系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)時間的狀態(tài)或啟動時間顯示的功能;當(dāng)按下P1.1按鍵時,對顯示的數(shù)碼管進(jìn)行加一的功能;當(dāng)按下P1.2按鍵時,對顯示的數(shù)碼管進(jìn)行減一的功能,達(dá)到調(diào)整時間的目的。三、電子時鐘1電子時鐘簡介1957,Vebtura發(fā)明了世界第一個電子表,從而奠定了電子時鐘的基礎(chǔ),電子時鐘開始迅速發(fā)展起來?,F(xiàn)代的電子時鐘實(shí)基于單片機(jī)的一種計時工具,采用延時程序產(chǎn)生一定的時間中斷,用于一秒的定義,通過計數(shù)方式進(jìn)行滿六十秒分鐘進(jìn)一, 滿六十分小時進(jìn)一,滿二十四小時小時清零。從而達(dá)到計時的功能,是人民日常生活不可缺少的工具。2 電子時鐘的基本特點(diǎn)現(xiàn)在高精度的計時工具大多

4、數(shù)卻使用了石英晶體振蕩器,由于電子時鐘、石英鐘、石英表都采用了石英技術(shù),因此走時精度高,穩(wěn)定性好,使用方便,不需要往常的調(diào)試,數(shù)字式電子鐘用集成電路計時時,譯碼代替機(jī)械式傳動,用LED顯示器代替指針顯示進(jìn)而顯示時間,減小了計時誤差,這種表具有時、分、秒顯示時間的功能,還可以進(jìn)行時和分的校對,片選的靈活性好。3電子時鐘的原理該電子時鐘由89C51,BUTTON,六段數(shù)碼管等構(gòu)成,采用晶體振蕩電路作為驅(qū)動電路,由延時程序和循環(huán)程序產(chǎn)生的一秒定時,達(dá)到時分秒的計時,六十秒為一分鐘,六十分為一小時,滿二十四小時為一天。而電路中唯一的一個控制鍵卻擁有多種不同功能,按下又松開,可以實(shí)現(xiàn)屏蔽數(shù)碼管顯示的功能

5、,達(dá)到省電的目的;直接按下不松開,則可以通過按鍵實(shí)現(xiàn)分鐘的累加,每按一次分鐘加一,而連續(xù)兩次按下按鍵不松開,則可實(shí)現(xiàn)小時的調(diào)節(jié),同樣每按一次小時加一。四、單片機(jī)的知識1單片機(jī)的簡介自從1971年微型計算機(jī)問世以來,隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,導(dǎo)致微型計算機(jī)向兩個方向發(fā)展:一是高速度、高性能、大容量的高檔微型計算機(jī)及其系列化,向大、中型計算機(jī)的挑戰(zhàn);另一個是穩(wěn)定可靠、小而廉、能適應(yīng)各種控制領(lǐng)域需要的單片機(jī)。單片機(jī)是把中央處理單元、隨機(jī)存儲器、只讀存儲器、定時/計數(shù)器以及I/O接口電路等主要部件集成在一塊半導(dǎo)體芯片上的微型計算機(jī)。雖然單片機(jī)只是一個芯片,但從組成和功能上看,它已具有了微型計

6、算機(jī)系統(tǒng)的含義,從某種意義上說,一塊單片機(jī)芯片就是一臺微型計算機(jī)。自從1975年美國德克薩斯公司推出世界第一個4位單片機(jī)TMS1000型以來,單片機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展,目前已成為微型計算機(jī)技術(shù)的一個獨(dú)特分支,廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器儀表智能化和家用電子產(chǎn)品等各個控制領(lǐng)域。2單片機(jī)的發(fā)展1975年4位單片機(jī)的產(chǎn)生開創(chuàng)了單片機(jī)的歷史,由于4位單片機(jī)具有較高的性能價格比,主要用于家用電器和電子玩具,如電視機(jī)、空調(diào)機(jī)、洗衣機(jī)、微波爐等。1976年美國Intel公司首次推出了8位單片機(jī)MCS-48系列,從而進(jìn)入了8位單片機(jī)時代。1978年Motorola公司推出6801系列的8位機(jī)。早期的8位單片機(jī)的功能較差

7、,一般都沒有串行I/O口,幾乎不帶A/D、D/A轉(zhuǎn)換器,中斷控制和管理能力也較弱,并且尋址空間的范圍?。ㄐ∮?KB)。隨著集成工藝水平的提高,一些高性能8位單片機(jī)相繼問世,增加了通用串行通信控制,強(qiáng)化中斷控制功能,增加了定時/計數(shù)器的個數(shù),擴(kuò)展了存儲器的容量,部分系列單片機(jī)內(nèi)還集成了A/D、D/A轉(zhuǎn)換接口。如Intel公司的MCS-51系列、NEC公司的PD78XX系列等。為了提高單片機(jī)的控制功能,拓展其應(yīng)用領(lǐng)域,在高檔8位單片機(jī)基礎(chǔ)上,又推出新一代8位單片機(jī),如Intel、Phillips、Atmel、華邦公司的80C51系列,Motorola公司的MC68HC11系列,Microchip公

8、司的PIC16C系列等。8位單片機(jī)功能強(qiáng)、品種多、價格低廉,因而廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。繼8位單片機(jī)以后,16位單片機(jī)逐漸問世并得到很大的發(fā)展,Intel公司于1983年推出的MCS-96系列單片機(jī)就是其中的典型產(chǎn)品。16位單片機(jī)的集成度更高,內(nèi)部除有常規(guī)I/O口、定時/計數(shù)器、全雙工串行口外,還有高速I/O部件、多路A/D轉(zhuǎn)換器、脈沖寬度調(diào)制器及監(jiān)視定時器等,運(yùn)算速度更快。近年來還出現(xiàn)了32位單片機(jī),例如英國Inmos公司的IMST414單片機(jī)、Intel公司的80960單片機(jī)、日本NEC公司的PD77230單片機(jī),可用于高速控制、圖像處理、語音偶A/DA處理和數(shù)字濾波等從單片機(jī)的結(jié)構(gòu)上看,單片

9、機(jī)的發(fā)展趨勢將向著片內(nèi)存儲器容量增加、高性能、高速度、多功能、低電壓、低功耗、低價格以及外圍接口電路內(nèi)裝化等方向發(fā)展。1.大容量和高性能化:新一代8位單片機(jī)的CPU及寄存器都采用16位,內(nèi)部總線也采用16位,有的還采用流水線技術(shù)以及RISC精簡指令集計算機(jī)技術(shù),指令執(zhí)行速度可達(dá)100ns,堆棧的空間達(dá)64KB,并支持C語言的開發(fā)。內(nèi)部RAM在1MB以上,內(nèi)部ROM可達(dá)48KB,存儲器尋址可達(dá)16MB。2. 多樣化的I/O口及電路內(nèi)裝化:隨著集成度的不斷提高,盡可能把眾多的各種外圍功能部件集成在片內(nèi)。單片機(jī)內(nèi)部一般帶有存儲器、定時/計數(shù)器、串行口、并行口,目前較高檔的單片機(jī)內(nèi)部還集成A/D、D/

10、A、DMA控制器、聲音發(fā)生器、監(jiān)視定時器、液晶顯示驅(qū)動、PWM端口、FIP控制、彩色電視機(jī)和錄像機(jī)用的鎖相電路等多樣的I/O接口。3. 低功耗、寬范圍的電源電壓:許多單片機(jī)工作電壓范圍大,而且可在低電壓下工作。單片機(jī)的發(fā)展前景是非常樂觀的,其應(yīng)用范圍也將更加廣泛。3單片機(jī)的特點(diǎn)單片機(jī)結(jié)構(gòu)上的設(shè)計主要是滿足控制的需要,因此,它在硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)及I/O能力等方面均有其獨(dú)特之處,其顯著的特點(diǎn)之一就是具有非常有效的控制功能,故也可以把單片機(jī)成為微控制器。與普通的微型計算機(jī)相比,單片機(jī)主要具有以下特點(diǎn):(1) 體積小、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高 單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上,內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu),減少了各

11、芯片之間的連線,大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。另外,其體積小,對于強(qiáng)磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施,適合于惡劣環(huán)境下工作。(2) 控制功能強(qiáng) 單片機(jī)雖然結(jié)構(gòu)簡單,但是它“五臟俱全”,已經(jīng)具備了足夠的控制功能。單片機(jī)具有較多的I/O口,CPU可以直接對I/O口進(jìn)行I/O操作、算術(shù)操作、邏輯操作和位操作,指令簡單而豐富。所以單片機(jī)也是“面向控制”的計算機(jī)。(3) 低電壓、低功耗 單片機(jī)已可在2.2V的電壓下運(yùn)行,有的已能在1.2V或0.9V電壓下工作;工耗降至A級,一顆紐扣電池就可以長期使用。(4) 優(yōu)異的性能價格比 由于單片機(jī)構(gòu)成的控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單、開發(fā)周期短、控制功能強(qiáng)、可靠性高,因此,

12、在達(dá)到同樣功能的條件下,用單片機(jī)開發(fā)的控制系統(tǒng)比用其他類型的微型計算機(jī)開發(fā)的控制系統(tǒng)價格更便宜。4單片機(jī)的應(yīng)用與89C51單片機(jī)的介紹 由于單片機(jī)具有上述顯著特點(diǎn),所以其應(yīng)用領(lǐng)域無所不及,到處都有它的身影。A、單片機(jī)的典型應(yīng)用領(lǐng)域(1)工業(yè)控制 單片機(jī)廣泛用于工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)采集、過程控制、過程測控和生產(chǎn)線上的機(jī)器人系統(tǒng),都是用單片機(jī)作為控制器。自動化使工業(yè)系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài),從而提高經(jīng)濟(jì)效益、改善產(chǎn)品質(zhì)量和減輕勞動強(qiáng)度,因此單片機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用與機(jī)械、電子、石油、化工、紡織和食品等工業(yè)領(lǐng)域中。(2)智能化儀器儀表 在各類儀器儀表中引入單片機(jī),可以使儀器儀表智能化、數(shù)字化、自動化,提

13、高測試精度和準(zhǔn)確度,簡化結(jié)構(gòu),減小體積及重量,提高性能價格比。例如:只智能儀器,醫(yī)療器械和數(shù)字示波器等。(3)智能家電 家電產(chǎn)品智能化程度的進(jìn)一步提高需要有單片機(jī)的參與,例如“微電腦控制”的洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐、空調(diào)機(jī)、電視機(jī)和音響設(shè)備等,這里的 “微電腦”實(shí)際上就是單片機(jī)。(4)信息與通信技術(shù) 圖形終端機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、聲像處理器和數(shù)字濾波器等。B、單片機(jī)的應(yīng)用實(shí)例下面以單片機(jī)在遙控及數(shù)字調(diào)諧電視接收機(jī)中的應(yīng)用為例進(jìn)行介紹。單片機(jī)在電視接收機(jī)中的應(yīng)用,大致分為兩個領(lǐng)域:一是用于操作控制系統(tǒng);二是用于圖像、聲音信息的處理。屬于前一領(lǐng)域的應(yīng)用有紅外遙控、數(shù)字調(diào)諧、節(jié)目預(yù)約、功能顯

14、示和語言遙控等。現(xiàn)在以數(shù)字調(diào)諧選臺電路為例加以說明,如圖1所示。當(dāng)進(jìn)行預(yù)置選臺是,有本機(jī)鍵盤或遙控發(fā)出預(yù)置選臺指令、單片機(jī)控制器讀入指令后首先進(jìn)行解碼(通過執(zhí)行解碼程序完成,每一種控制功能都對應(yīng)一段控制程序,分別寫于程序存儲器ROM中的不同區(qū)域,用地址碼來選擇)。解碼的結(jié)果是識別出輸入的控制功能指令代碼所代表的控制功能,即找到該控制功能所對應(yīng)控制程序的首地址,然后從該首地址開始執(zhí)行這段程序。在控制程序的控制下,對時鐘脈沖進(jìn)行變換處理,由微控制器的搜索計數(shù)器進(jìn)行加減計數(shù),產(chǎn)生數(shù)字選臺數(shù)據(jù),其中數(shù)字頻信息送至頻段譯碼電路,得到三個頻段(VL、VH、U)的控制電壓送至調(diào)諧器完成頻段的切換;而數(shù)字調(diào)諧

15、電壓信息送至微控制器內(nèi)的D/A轉(zhuǎn)換器,以便合成頻率和寬度為特定值的脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號,經(jīng)低通濾波器變換成直流調(diào)諧控制電壓VT,也送至調(diào)諧器進(jìn)行頻段內(nèi)不同頻道的選擇,兩種信號共同作用完成選臺??刂齐娐愤€送出供顯示選臺及接收機(jī)調(diào)整狀態(tài)的標(biāo)記用的信號。中頻電路視頻信號處理紅外遙控接受器本機(jī)鍵盤 單片微控制器節(jié)目存儲器EEPROM顯示電路濾波器頻段譯碼器AFT控制 調(diào)諧器 圖1 數(shù)字調(diào)諧選臺電路圖C、MCS-51系列單片機(jī)簡介MCS-51系列是Intel公司在1980年推出的高檔8位單片機(jī),具有性能價格比高、品種多、兼容性強(qiáng)、開發(fā)用的仿真機(jī)較為完善等優(yōu)點(diǎn),所以在國際和國內(nèi)的占有率相當(dāng)高。表1列

16、出了MCS-51系列單片機(jī)部分芯片結(jié)構(gòu)和性能。表1 MCS-51系列單片機(jī)系列子系列 內(nèi)部ROM形式內(nèi)部存儲器外部存儲器尋址功能定時/計數(shù)器并行口串行口中斷源無ROMEPROMROM容量RAM容量518031805187514KB128B2×64KB2×16位4×8位1580C3180C5187C514KB128B2×64KB2×16位4×8位15 528032805287528KB256B2×64KB3×16位4×8位1680C3280C5287C528KB256B2×64KB3×1

17、6位4×8位16 在52子系列的內(nèi)部ROM中以掩膜方式集成有8KB BASIC解釋程序,即通常所說的8052-BASIC,這意味著單片機(jī)已經(jīng)可以使用高級語言。該BASIC與基本BASIC相比,增加了一些控制語句,以滿足單片機(jī)作為控制機(jī)的需要。表1中單片機(jī)型號帶字母“C”表示所用的是CHMOS工藝CHMOS是CMOS和HMOS的結(jié)合,除保持了HMOS高速度和高密度的特點(diǎn)外,還具有CMOS低功耗的特點(diǎn)。如8051的功耗為630mW,而80C51的功耗只有120mW。CHMOS的單片機(jī)芯片在低功耗的便攜式、手提式或野外作業(yè)用的儀器儀表設(shè)備上應(yīng)用廣泛。按單片機(jī)芯片內(nèi)部ROM的配置狀態(tài),單片機(jī)

18、可分為四種:無ROM型單片機(jī)、掩膜ROM型單片機(jī)、EPROM型單片機(jī)和EEPROM(或Flash ROM)型單片機(jī)(如AT89C51)。它們各有特點(diǎn)及適用場合,在使用時應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行選擇。五、系統(tǒng)軟件程序設(shè)計1.主程序 先對顯示單元和定時器/計數(shù)器初始化,然后重復(fù)調(diào)用數(shù)碼管顯示模塊和按鍵處理模塊,當(dāng)有按鍵按下時,則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的功能程序。2、數(shù)碼管顯示模塊 本實(shí)驗(yàn)有8個數(shù)碼管,從右到左為妙、橫線、分、橫線、時。在本系統(tǒng)中數(shù)碼管顯示采用軟件譯碼動態(tài)顯示。在存儲器中首先建立一張顯示信息的字段碼表,顯示時,先從顯示緩沖區(qū)中取出顯示的信息,然后通過查表程序在字段表中查出所顯示的信息的斷碼,從P0端口輸出,

19、同時在P2端口進(jìn)行數(shù)碼管顯示。3、定時器/計數(shù)器T0中斷服務(wù)程序 T0用于計時,選中方式一,重復(fù)定時,定時時間設(shè)為50ms,定時時間到則中斷,在中斷服務(wù)程序中用一個計數(shù)器對50ms計數(shù),計20次則對秒單元加一。秒單元加到60則對分單元加一,同時秒單元清0;分單元加到60則對時單元加一,同時分單元清0;時單元加到24則對時單元清0,標(biāo)志一天時間計滿。在對各單元計數(shù)的同時,把他們的值放到存儲器單元的指定位置。流程圖如下:現(xiàn)場保護(hù),重置初值,啟動下一個50ms是開始顯示單元清0T0、T1設(shè)為16位計數(shù)模式允許T0中斷調(diào)用顯示子程序進(jìn)入功能程序按下鍵否開始中斷返回50ms計數(shù)器加一秒單元加一,50ms

20、計數(shù)器清0分單元加一,秒單元清0時單元加一,分單元清0時單元清050ms計數(shù)器=20?秒單元=60?分單元=60?時單元=24?主程序流程圖T0中斷服務(wù)程序NONONONO 4、按鍵處理模塊 按鍵設(shè)置為:如果沒有按鍵嗎,則時鐘正常走時。當(dāng)按下K0鍵時,進(jìn)入調(diào)分狀態(tài),時鐘停止走動;按K1和K2按鍵可以進(jìn)行加一和減一操作;繼續(xù)按K0鍵可以分別進(jìn)行分和小時的調(diào)整;最后按K0鍵啟動計時。5、匯編語言程序ORG 0000HLJMP STARTORG 000BHLJMP INIT0 START:MOV R0,#70H;主程序開始MOV R7,#0CH INIT: MOV R0,#00HINC R0DJN

21、Z R7,INITMOV 72H,#10;對連字符進(jìn)行裝值MOV 75H,#10MOV TMOD,#01H;選擇定時器/計數(shù)器T0的方式1MOV TL0,#0B0H;對低位賦初值MOV TH0,#03CH;高位賦初值SETB EASETB ET0SETB TR0 START1:LCALL SCANLCALL KEYSCANSJMP START1 DL1MS:MOV R6,#14H;延時1子程序 DL1:MOV R7,#19H DL2:DJNZ R7,DL2DJNZ R6,DL1RET DL20MS:ACALL SCAN;延時20ms子程序ACALL SCANACALL SCANRET ;數(shù)碼管

22、顯示程序開始 SCAN:MOV A,78HMOV B,#0AHDIV AB ;時間秒的十位送給A,時間秒的個位送BMOV 71H,A;時間秒要顯示的十位MOV 70H,B;時間秒要顯示的個位MOV A,79HMOV B,#0AHDIV AB;時間分的十位送給A,時間分的個位送BMOV 74H,A;時間分要顯示的十位送地址MOV 73H,B;時間分要顯示的個位送地址MOV A,7AHMOV B,#0AHDIV AB;時間時的十位送給A,時間時的個位送BMOV 77H,A;時間時顯示的十位送地址MOV 76H,B;時間時要顯示的個位送地址MOV R1,#70HMOV R5,#0FEHMOV R3,

23、#08H SCAN1:MOV A,R5;數(shù)碼管的顯示程序MOV P2,AMOV A,R1MOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTR;對字段表取值顯示MOV P0,AMOV A,R5LCALL DL1MSINC R1MOV A,R5RL AMOV R5,ADJNZ R3,SCAN1MOV P2,#0FFHMOV P0,#0FFHRET ;"09"和"-"的字段表TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0BFH ;定時/計數(shù)器T0中斷程序 INIT0:PUSH ACCPUSH PSWC

24、LR ET0CLR TR0MOV TL0,#0B0HMOV TH0,#03CHSETB TR0INC 7BHMOV A,7BHCJNE A,#14H,OUTT0;50ms是否到20次,沒有到就繼續(xù)執(zhí)行50ms的延時MOV 7BH,#00INC 78HMOV A,78HCJNE A,#3CH,OUTT0;一秒的延時是否計到60次,沒有就繼續(xù)執(zhí)行 MOV 78H,#00INC 79HMOV A,79HCJNE A,#3CH,OUTT0MOV 79H,#00INC 7AHMOV A,7AHCJNE A,#18H,OUTT0;60分鐘的延時是否計到24次,沒有就 繼續(xù)執(zhí)行程序MOV 7AH,#00 O

25、UTT0:SETB ET0;啟動定時器T0POP PSWPOP ACCRETI;按鍵處理程序 KEYSCAN:CLR EAJNB P1.0,KEYSCAN0;P1.0有按鍵按下則跳轉(zhuǎn)到子程序JNB P1.1,KEYSCAN1;P1.1有按鍵按下則跳轉(zhuǎn)到子程序JNB P1.2,KEYSCAN2;P1.2有按鍵按下則跳轉(zhuǎn)到子程序 KEYOUT:SETB EARET KEYSCAN0:LCALL DL20MS;20ms的延時消抖JB P1.0,KEYOUT WAIT0:JNB P1.0,WAIT0;判斷按鍵是否松手, 松手就往下執(zhí)行程序INC 7CHMOV A,7CHCLR ET0CLR TR0CJNE A,#03H,KEYOUT;按下第一次和第二次對時、分選定MOV 7CH,#00;按下第三次時就啟動計時SETB ET0SETB TR0SJMP KEYOUT KEYSCAN1:LCALL DL20MS;按鍵加一的程序JB P1.1,KEYOUT WAIT1:JNB P1.1,WAIT1MOV A,7CHCJNE A,#02H,KSCAN11;如果功能鍵按下則對時加一調(diào)整INC 79HCJNE A,

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