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目录第1章微机基础知识第2章89C51单片机硬件结构和原理第3章指令系统第4章汇编语言程序设计知识第5章中断系统第6章定时器及应用第7章89C51串行口及串行通信技术第8章单片机小系统及扩展第9章应用系统配置及接口技术第10章系统实用程序应用系统配置及接口00系统前向通道:数字量、开关量、模拟量输入(A/D)系统后向通道:数字量、开关量、模拟量输出(D/A)人-机通道:键盘、显示器、打印机等图9-1系统前向、后向、人-机通道配置框图第9章

应用系统配置及接口技术

9.1人-机通道配置与接口技术

9.2前向通道中的A/D转换器及接口技术

9.3系统后向通道配置及接口技术

9.4思考题与习题按键、开关、显示器接功率器件、DA9.1人机通道配置与接口技术9.1.1键盘接口及处理程序9.1.2LED显示器接口及显示程序9.1.3串口控制的键盘/显示器接口9.1.1键盘接口及处理程序键盘分编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用的硬件译码器实现,并产生键编号或键值的称为编码键盘,如BCD码键盘、ASCII码键盘等;靠软件识别的称为非编码键盘。键盘中的按键:是一个常开开关电路。当按键K未被按下时,

P1.0输入为高电平;当按键K闭合时,P1.0输入为低电平。图9-2按键电路按键和开关的基本接口电路单片机输入引脚一般内部有上拉电阻,读引脚前要关断接地的场效应管抖动时间一般为5~10ms。键抖动会引起一次按键被误读多次,必须去除键抖动。可用硬件或软件两种方法消除。按键的消抖图9-3按键时的抖动1)独立式非编码键盘接口及处理程序优点是电路简单;缺点是占用I/O线多。图9-4独立连接式非编码键盘1、键盘结构查询方式键盘的处理程序P281程序清单(设I/O为P1口):START:MOVA,#0FFH;输入时先置P1口为全1

MOV P1,A MOV A,P1;键状态输入PL1: JNB ACC.0,P0F;0号键按下转P0F标号地址

JNB ACC.1,P1F;1号键按下转P1F标号地址

JNB ACC.2,P2F;2号键按下转P2F标号地址

JNB ACC.3,P3F;3号键按下转P3F标号地址

JNB ACC.4,P4F;4号键按下转P4F标号地址

JNB ACC.5,P5F;5号键按下转P5F标号地址

JNB ACC.6,P6F;6号键按下转P6F标号地址

JNBACC.7,P7F;7号键按下转P7F标号地址

LJMP START;无键按下返回

P1

P0F: LJMPPROM0 P1F: LJMPPROM1 ;入口地址表 ┊ ┊

P7F: LJMPPROM7 PROM0: … ;0号键功能程序

LJMPSTART

;0号键执行完返回

PROM1: … LJMPSTART┊ PROM7: … LJMPSTART由程序可以看出,各按键由软件设置了优先级,优先级顺序依次为0~7。独立键用30、31H两单元记录AN301按下的次数SJMPPROG

程序对否?键按下否?按下:(30h31h)加1,未按下:不处理

返回继续检测

SETBP1.1PROG: JB P1.1,$ MOVA,31H ADD A,#1 MOV31H,A MOVA,30H ADDCA,#0 MOV30H,A JNB P1.1,$SJMPPROGACALLDL20MSJB P1.1,PROG按键的接口特点按键输入的程序目的:

1.检测是否有键按下。

2.若有键按下,判定是哪一个键。

3、确定被按键的读数

4、去抖动、键从开始接上至接触稳定要经过数毫秒的弹跳时间。键松开同样

5.不管一次按键持续的时间有多长,仅采用一个数据。

6.处理同时按键。按键程序:得到按键的值按键处理程序:根据按键的值进行功能处理开关的接口特点由器件特点特点决定程序在对开关输入与按键输入的处理方法上是不同的:开关输入:可以只判断口线的输入电平状态从可靠性出发,必需对其电平进行多次采集,只有在多次采集信号一致的情况下才认为其电平状态稳定。这种多次采集的方法叫数据冗余,数据冗余增加了系统的可靠性,实际编程中可以将规定采集次数定为2到5次。其程序需在RAM中设定增加一口线缓存器和一个采集计数器。独立输入开关读出bcd拨码开关的值,存入30H单元。MOV P3,#0FFHMOV A,P3CPL AMOV 30H,A;可靠性处理?独立输入开关可靠性处理;timer记次数SWH:MOV P3,#0FFHAA: MOV A,P3 CPL A CJNEA,30H,ABC INC TIMER MOV A,TIMER CJNEA,#3,AB SJMPACDAB: ACALLDL10 SJMPAAABC: MOV 30H,A MOV TIMER,#0 SJMPAAACD:RET读新值原值问题:独立式键盘和开关的硬件接法?独立式键盘和开关如何编程?简单应用实例1、开关控制流水灯方向闪烁速度方波频率2、按键控制电子琴频率,秒表内容,闪烁地址,闪烁内容+12)行列式键盘接口及工作原理图9-64×4矩阵键盘接口图为了减少键盘与单片机接口时所占用I/O线的数目,在键数较多时,通常都将键盘排列成行列矩阵形式.按键扫描的工作过程如下:①判断键盘中是否有键按下;②进行行扫描,判断是哪一个键按下,若有键按下,则调用延时子程序去抖动;③读取按键的位置码;④将按键的位置码转换为键值(键的顺序号)0、1、2…、F。(3)键盘扫描子程序(参见图9-7)出口:键值(键号)在A中KEY:MOVP1,#0F0H;所有行低电平KEY1:MOVR7,#0FFH;设置计数常数

DJNZR7,KEY1;延时

MOVA,P1;读取P1口的列值

ANLA,#0F0H;判有键按下吗?

CPLA;求反后,有高电平就有键按下

JZEKEY;无键按下时退出

LCALLDEL20ms;延时20ms去抖动ORLA,#0FHSKEY:MOVA,#00;下面进行行扫描,1行1行扫

MOVR0,A;R0作为行计数器,开始为0MOVR1,A;R1作为列计数器,开始为0MOVR3#0FEH;R3暂存行扫描字,低4位为行扫描字SKEY2:MOVA,R3MOVP1,A;输出行扫描字,高4位全1NOPNOPNOP

;3个NOP操作使P1口输出稳定

MOV A,P1

;读列值

MOV R1,A

;暂存列值

ANL A,#0F0H

;取列值

CPL A

;高电平则有键闭合S123:JNZ SKEY3

;有键按下转SKEY3 ORLA,#0FH

INCR0

;行计数器加1

SETB C

MOV A,R3

;R3带进位C左移1位

RLC A

MOV R3,A

;形成下一行扫描字→R3

MOV A,R0

CJNEA,#04H,SKEY1

;最后一行扫完吗?EKEY: RET;列号译码SKEY3:MOVA,R1 JNB ACC.4,SKEY5 JNB ACC.5,SKEY6 JNB ACC.6,SKEY7 JNB ACC.7,SKEY8 AJMP EKEYSKEY5:MOV A,#00H MOV R2,A;存0列号

AJMP DKEYSKEY6:MOV A,#01H MOV R2,A;存1列号

AJMP DKEYSKEY7:MOV A,#02H MOV R2,A;存2列号

AJMP DKEYSKEY8:MOV A,#03H MOV R2,A;存3列号

AJMP DKEY;键位置译码DKEY:MOVA,R0;取行号

ACALL DECODE AJMP EKEY;键值(键号)译码DECODE:MOV A,R0

;取行号送A

MOV B,#04H

;每一行按键个数

MUL AB

;行号×按键数

ADD A,R2

;行号×按键数+列号=键值

RET按键扫描的工作过程如下:①判断键盘中是否有键按下;②进行行扫描,判断是哪一个键按下,若有键按下,则调用延时子程序去抖动;③读取按键的位置码;④将按键的位置码转换为键值(键的顺序号)0、1、2…、F。键释放的处理2、中断扫描方式中断扫描工作方式,即只有在键盘有键按下时才产生中断申请;CPU响应中断,进入中断服务程序进行键盘扫描,并做相应处理。图9-9中断方式键盘接口求出键号后,按不同类型进行处理。数字键:存贮、显示等功能键:转向相应的功能处理程序

3.键处理图9-10求功能键地址转换程序流程图程序:BUFFEQU30HKEYADR:MOVA,BUFF

;键号→ACJNEA,#0FH,KYARD1AJMPDIGPRO

;等于F,转数字键处理KYARD1:JCDIGPRO

;小于F,转数字键处理KEYTBL:MOVDPTR,#JMPTBL;送功能键地址表指针CLRC

;请进位位SUBBA,#10H

;功能键值减16RLA

;(A)×2,使(A)为偶数

JMP@A+DPTR

;转相应的功能键处理程序JMPTBL:AJMPAAAAJMPBBBAJMPCCCAJMPDDDAJMPEEEAJMPFFFAJMPGGGAJMPHHHAJMPIIIAJMPJJJJAJMPKKKAJMPLLLAJMPMMMDIGPRO:9.1人机通道配置与接口技术9.1.1键盘接口及处理程序9.1.2LED显示器接口及显示程序9.1.3串口控制的键盘/显示器接口9.1.2LED显示器接口及显示程序

单片机应用系统中使用的显示器主要有:发光二极管,简称LED

(LightEmittingDiode);液晶显示器,简称

LCD(LiquidCrystalDisplay);CRT显示器常用显示器分类及特点常用显示器分类LightEmittingDiode发光二极管:单向导通,发光。正向电压1-2V,电流几mA

单个:颜色,形状尺寸LiquidCrystalDisplay液晶显示器:液晶是一种既具有液体流动性又具有晶体光学性的有机化合物,它的透明度和显示的颜色受外加电场的控制。被动反光或透光。需要加变化的方波,显示电极与公共电极反相则显示,同相则不显示。规格、颜色、形状尺寸LED的静态显示

单个LED的静态驱动LED的静态显示单个LED的静态驱动:几种常用驱动芯片(可推广到其它负载)7406(6反相缓冲OC门)7407(6同相缓冲OC门)MC1413(达林顿晶体管阵列)DS2003(大电流达林顿晶体管阵列)

1.LED显示器结构原理:

有共阴极和共阳极两种图9-11LED7段显示器LED静态显示3LED数码管的电极、公共极、显示LED数码管的软件译码图为8051单片机用P1口接一个LED数码管的电路,编写程序让此数码管显示“0”。并让P2.1按键按一次其数字加1;查表指令:MOVCA,@A+DPTR2)LED动态显示方式

在多位LED显示时,将所有位的段选线并联在一起,由一个8位I/O口控制。而共阴(或共阳)极公共端K分别由相应的I/O线控制,实现各位的分时选通。图9-12所示为6位共阴极LED动态显示接口电路。2)LED动态显示方式图9-126位LED动态显示接口电路9.1人机通道配置与接口技术9.1.1键盘接口及处理程序9.1.2LED显示器接口及显示程序9.1.3串口控制的键盘/显示器接口(一).接口电路

74LS164⑴:键列扫描

74LS164⑵、⑶:串行口扩展并口,LED驱动

P1.O、P1.1:键行线输入

RXD:串行数据输出

TXD:移位脉冲(串口模式0)

P1.2:显示输出控制

9.1.3串口控制的键盘/显示器接口图9-17串行键盘扫描和显示接口电路串行LED显示接口MAX7219可驱动8个LED显示器.单片机可以通过串行口方式0与其交换信息,TXD作为移位时钟、RXD作为串行数据I/O端、Load为芯片选择端。允许多个串行接口芯片共同使用89C51的串行口。第9章

应用系统配置及接口技术

9.1人-机通道配置与接口技术

9.2前向通道中的A/D转换器及接口技术

9.3系统后向通道配置及接口技术

9.4思考题与习题9.2前向通道中的A/D转换器及接口技术模/数(A/D)转换电路的种类有:计数比较型、逐次逼近型、双积分型等等。逐次逼近型A/D转换器,在精度、速度和价格上都适中,是最常用的A/D转换器件。双积分A/D转换器,具有精度高、抗干扰性好、价格低廉等优点,但转换速度低。串行输出的A/D芯片由于节省单片机的I/O口线,越来越多地被采用。如具有SPI三线接口的TLC1549、TLC1543、TLC2543、MAX187等,具有2线I2C接口的MAX127、PCF8591(4路8位A/D,还含1路8位D/A)等。A/D芯片ADC转换原理:逐次比较,逐次逼近原理:天平测物体,以各位权重作砝码逐次比较,输入大则保留该位,直至等例测物体13.4g

砝码813>8保留88+413>12保留48+4+213<14不保留28+4+113=13

保留A/D芯片ADC转换原理:逐次比较,逐次逼近数字量输出输入电压顺序脉冲逐次逼近DAC电压发生器寄存器比较器逻辑控制

EOCSTARTA/D芯片ADC转换原理:双积分双积分1用输入电压对积分器定时积分(有振荡器计数定时)(如19999次)2用基准电压将积分器积分回零(振荡器计数定时值即原输入电压)T1=CT2t

时间不变斜率不变

Uc9.2前向通道中的A/D转换器及接口技术9.2.1单通道串行输出A/D芯片TLC1549及接口9.2.2多通道串行输出A/D芯片TLC2543及接口9.2.3逐次逼近型并行输出A/D转换器及接口9.2.43½位双积分A/D转换器及接口技术9.2.1单通道串行输出A/D芯片TLC1549及接口1TLC1549串行A/D转换器芯片1)主要性能逐次比较型10位A/D转换器。片内自动产生转换时钟脉冲,转换时间≤21μs;最大总不可调转换误差为±1LSB;单电源供电(+5V),最大工作电流仅为2.5mA;转换结果以串行方式输出;工作温度为-55~+125℃。图9-18TLC1549的引脚图3)TLC1549的工作方式及时序图9-19方式1工作时序图9-20TLC1549M与89C51的接口电路89C51读取TLC1549中10位数据程序如下:

ORG 0050HR1549:CLRP3.0;片选有效,选中TLC1549 MOV R0,#2;要读取高两位数据

LCALLRDATA;调用读数子程序

MOV R1,A;高两位数据送到R1中

MOV R0,#8;要读取低8位数据

LCALLRDATA;调用读数子程序,读取数据

MOV R2,A;低8位数据送入R2中

SETB P3.0;片选无效

CLR P3.1;时钟低电平

RET;程序结束;读数子程序RDATA:

CLRP3.1;时钟低电平

MOV C,P3.2;数据送进位位CY RLC A;数据送累加器A SETB P3.1;时钟变高电平

DJNZR0,RDATA;读数结束了吗

RET;子程序结束9.2前向通道中的A/D转换器及接口技术9.2.1单通道串行输出A/D芯片TLC1549及接口9.2.2多通道串行输出A/D芯片TLC2543及接口9.2.3逐次逼近型并行输出A/D转换器及接口9.2.43½位双积分A/D转换器及接口技术㈠.芯片功能与结构A/D分辨力:8位内置多路开关,允许对8路模拟量分时转换;自带微机总线接口;最高转换速度100μS/次;内部结构如图所示。9.2.3逐次逼近型并行输出A/D转换器及接口ADC0809A/D转换器芯片

图9-27ADC0809结构㈡.引脚功能:IN0-IN7:8通道模拟信号输入D0-D7:8位数字量输出ADDC、ADDB、ADDC:通道选择ALE:通道地址锁存,正脉冲输入START:启动信号,正脉冲输入EOC:转换开始后EOC=0,转换结束时EOC=1OE:输出允许控制CLK:转换时钟信号,典型值640KVREF(+)、VREF㈠:A/D参考电压VIN=VREF(D7—D0)/256;(D7—D0)=00H—FFHVCC、GND:电源电压+5-+15V图9-28ADC0809的时序图ADC0809接口任务时序(接口任务):CPU控制转换开始;向CPU报转换结束,向CPU输出数据选择不同的模拟量的输入通道,提供START信号三种方法:中断/查询/等待数据线有三态,可接数据总线图9-29ADC0809与89C51的连接接口三任务分析地址分析3、程序实例:8路巡回检测设对8点温度巡回检测,温度范围-30℃-+50℃,检测精度±1℃。数据存放于外RAMA0H-A7H单元。主程序:MAIN:MOVR0,#0A0H;数据暂存区首址

MOVR2,#08H;8路数初值

SETBIT1;脉冲触发方式

SETBEA;开中断

SETBEX1

MOVDPTR,#7FF8H;0809首址IN0MOVX@DPTR,A;启动A/D转换HERE:SJMPHERE;等待中断中断服务程序:

MOVXA,@DPTR;读A/DMOVX@R0,A;存数

INCDPTR;更新通道

INCR0;更新暂存单元

DJNZR2,DONERETIDONE:MOVX@DPTR,A ;启动A/D转换

RETI9.2前向通道中的A/D转换器及接口技术9.2.1单通道串行输出A/D芯片TLC1549及接口9.2.2多通道串行输出A/D芯片TLC2543及接口9.2.3逐次逼近型并行输出A/D转换器及接口9.2.43½位双积分A/D转换器及接口技术MC14433芯片㈠.芯片功能:输出数值范围:0-1999

(三位半BCD码)分辨率:约为11位(二进制)电压输入范围:199.0mv/1.999V两档相应的基准电压:200mv/2V转换速度:3次-10次/秒自动极性转换;过量程/欠量程标志。9.2.43位双积分A/D转换器及接口技术图9-30MC14433的引脚图图9-31MC14433选通脉冲时序DS1:千位输出标志Q3:千位值0-1,1-0Q2:极性,0:负、1:正Q0:量程

0-正常

1-

Q3=1欠量程

Q3=0过量程图9-325G14433与89C51直接连接的硬件接口第9章

应用系统配置及接口技术

9.1人-机通道配置与接口技术

9.2前向通道中的A/D转换器及接口技术

9.3系统后向通道配置及接口技术

9.4思考题与习题接功率器件、DA9.3系统后向通道配置及接口技术9.3.1后向通道中的功率开关器件及接口9.3.2串行输入D/A芯片TLC5615接口技术9.3.3并行输入D/A芯片及接口技术功率器件的指标1电压2功率(电流)3动作速度9.3.1后向通道中的功率开关器件及接口功率器件如电灯\电机功率器件的两类基本接口继电器光耦+可控硅1.继电器及接口1.继电器及接口

1)单片机与继电器的接口

一个典型的继电器与单片机的接口电路如图所示。图9-33继电器接口2.光电耦合器(隔离器)件及驱动接口为防止干扰窜入和保证系统的安全,常常采用光电耦合器,用以实现信号的传输,同时又可将系统与现场隔离开。晶体管输出型光电耦合器的受光器是光电晶体管,如图9-36所示。图9-36光电耦合器4N25的接口电路3.光电耦合驱动晶闸管(可控硅)功率开关及接口图9-38是4N40和MOC3041的接口驱动电路。4N40是常用的单向晶闸管输出型光电耦合器,也称固态继电器。MOC3041是常用的双向晶闸管输出的光电耦合器(固态继电器)。图9-38晶闸管输出型光电耦合器驱动接口9.3系统后向通道配置及接口技术9.3.1后向通道中的功率开关器件及接口9.3.2串行输入D/A芯片TLC5615接口技术9.3.3并行输入D/A芯片及接口技术跳过9.3.2串行输入D/A芯片TLC5615接口技术1.TLC5615的特点

2.功能方框图10位CMOS电压输出;5V单电源工作;与微处理器3线串行接口(SPI)最大输出电压是基准电压的2倍;输出电压和基准电压同极性;建立时间12.5μs;内部上电复位;低功耗,最高为1.75mW;引脚与MAX515兼容。图9-39TLC5615功能方框图3.引脚排列及功能图9-40TLC5615引脚图引脚I/O说明名称序号DIN1I串行数据输入SCLK2I串行时钟输入/CS3I芯片选择。低有效DOUT4O用于菊花链(daisychaining)的串行数据输出AGND5模拟地REFIN6I基准电压输入OUT7ODAC模拟电压输出VDD8正电源(4.5~5.5V)4.TLC5615的时序分析TLC5615的时序图如图9-41所示。图9-41时序波形图5.TLC5615的输入/输出关系图9-42的D/A输入/输出关系如表9-9所列。图9-42TLC5615与89C51接口电路数字量输入模拟量输出1111111111(00)2VREFIN×1023/1024┇

┇1000000001(00)2VREFIN×513/10241000000000(00)2VREFIN×512/10240111111111(00)2VREFIN×511/1024┇┇0000000001(00)2VREFIN×1/10240000000000(00)0V6.TLC5615与89C51的串行接口电路图9-42为将89C51要输出的12位数据存在R0和R1寄存器中,

CLR P3.0

;片选有效

MOV R2,#4

;将要送入的前4位数据位数

MOV A,R0

;前4位数据送累加器低4位

SWAPA

;A中高4位和低4位互换(4位数在高位)

LCALLWRdata

;由DIN输入前4位数据

MOV R2,#8

;将要送入的后8位数据位数

MOV A,R1

;8位数据送入累加器A

LCALLWRdata

;由DIN输入后8位数据

CLR P3.1

;时钟低电平

SETB P3.0

;片选高电平,输入的12位数据有效

RET

;结束送数6.TLC5615与89C51的串行接口电路子程序如下:WRdata:NOP

;空操作

LOOP:CLR P3.1

;时钟低电平

RLC A

;数据送入进位位CY

MOV P3.2,C

;数据输入TLC5615有效

SETB P3.1

;时钟高电平

DJNZ R2,LOOP

;循环送数

RET9.3系统后向通道配置及接口技术9.3.1后向通道中的功率开关器件及接口9.3.2串行输入D/A芯片TLC5615接口技术9.3.3并行输入D/A芯片及接口技术9.3.3并行输入D/A芯片及接口技术图9-43DAC0832结构2)DAC0832特性主要的特性参数如下:分辨率为8位。只需在满量程下调整其线性度。可与所有的单片机或微处理器直接接口,需要时亦可不与微处理器连接而单独使用。电流稳定时间为1μs。可双缓冲、单缓冲或直通数据输入。功耗低,约为200mW。逻辑电平输入与TTL兼容。单电源供电(+5~+15V)。2.D/A转换器与89C51接口实际应用中常常需要D/A芯片的输出还需要有将电流转换为电压的电路。下面介绍两种电路供参考:图9-44(a)是反相电压输出电路,输出电压VOUT=-iR;图9-44(b)是同相电压输出电路,输出电压VOUT=iR(1+R2/R1)当VREF接+5V(或-5V)时,输出电压范围是0~5V(或0~-5V);当VREF接+10V(或-10V)时,输出电压是0~10V(或0~-10V)图9-44D/A转换输出电路1)直通式工作方式应用图9-45所示为直通式工作方式的连接方法。输入到DAC0832的D0~D7数据不经控制直达8位D/A转换器。当某一根地线或地址译码器的输出线使DAC0832的CS脚有效(低电平)或CS与WR1直接接地时,数据线上的数据字节直通D/A转换器转换并输出.图9-45DAC0832直通式电压输出电路2)DAC0832单缓冲工作方式应用图9-46一路D/A输出连线图(单路模拟量输出)①产生锯齿波的程序程序如下:

MOVDPTR,#2FFFH;设置D/A口地址

MOVA,#00H;输入数字量00H到A(初值为00H)LOOP:MOVX@DPTR,A;输出对应于A内容的模拟量

INC A;修改A的内容(原来值加1)

AJMP LOOP②产生方波的程序

MOVDPTR,#2FFFH

;设置D/A口地址LOOP:MOVA,#0FFH

;给A送最大值

MOVX@DPTR,A

;D/A输出相应模拟量

ACALL$2700H

;延时

MOVA,#00H

;给A送最小值

MOVX@DPTR,A

;D/A输出相应模拟量

ACALL$2700H

;延时

AJMP LOOP

;返回循环产生三角波补充:前后向通道的简单总线扩展芯片用并行口扩展I/O口基本要求:输入接口芯片:要有三态输出接口芯片:要能锁存简单I/O口扩展用8位三态缓冲器74LS244可扩展输入口;用8D锁存器74LS273、74LS373、74LS377等可组成输出口。总线扩展IO口输出思路:可选通锁存器总线?接何处?273带锁存CLK上跳沿传入数据并锁存总线扩展IO口输入思路:可选通三态门总线?接何处?

244:1G/2G=1则Y高阻1G/2G=0则Y=A简单I/O扩展接口第9章

应用系统配置及接口技术

9.1人-机通道配置与接口技术

9.2前向通道中的A/D转换器及接口技术

9.3系统后向通道配置及接口技术

9.4思考题与习题9.4思考题与习题1.为什么要消除键盘的机械抖动?有哪些方法?2.试述A/D转换器的种类及特点。3.设计一个2×2行列(同在P1口)式键盘电路并编写键扫描子程序。4.试设计一个LED显示器/键盘电路。

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