大学电子密码锁设计毕业论文

郑州理工职业技术学院

课程设计

课程电子密码锁设计

学校郑州理工职业技术学院___________

院系机电工程系_________________

专业班级数控112班___________________

学生姓名田景亮________________________

学生学号201104010049____________________

指导教师关B雅召________________________

2011年3月25日

目录

第一章概述2

1.1引言2

1.2电子密码锁的背景3

1.3电子锁设计的意义的本设计特点3

第二章系统硬件设计5

2.1系统总设计结构图5

2.2.开锁机构设计6

2.2.1主控芯片AT89c51单片机的简介6

2.3键盘设计10

2.4系统电路设计：11

2.4.1晶振时钟电路11

2.4.2复位电路设计12

2.4.3串口引脚功能介绍12

2.4.4其它引脚12

2.5元器件采购13

第三章软件设计流程及描述13

3.1系统软件设计整体思路13

3.2系统软件设计流程图14

3.3程序调试16

3.3.1程序调试用到的软件及工具16

3.4KEILC51简介16

3.5调试过程17

第四章源程序代码19

4.1程序总体设计19

总结33

参考文献34

致谢35

附录1系统电路图36

第一章概述

1.1引言

随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的

突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，电子锁由

于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的喜爱。锁

是置于可启闭的器物上，用以关住某个确定的空间范围或某种器具的，必

须以钥匙或暗码打开的扣件。锁具发展到现在已有若干年的历史了，人们

对它的结构、机理也研究得很透彻，因此，不用钥匙就能打开的方法和工

具也层出不穷。现代人类文明社会里，由于社会中各种矛盾冲突十分剧烈,

人们的思想道德观念，价值观念，文化修养水平等差异，群众中良莠不齐,

善良的人们能够自觉规范自己的行为，“非礼不为”，虽无钥匙亦不会乱

闯。然而，那些毫无道德观念的盗贼却想方设法利用高科技手段撬门开锁,

使广大居民防不胜防。

为什么会出现这种情况呢？因为传统锁具都存在致命的弱点：

第一、锁芯采用常见的铜、铝、锌等材料，抵抗不了强力破坏；

2

第二、锁具制作工艺，技术落后，无法阻止技术手段的开启。

目前，市场上很多国内外的锁具，实际上都不具备真正的防盗功能。

在惯偷面前，两根钢丝或儿件简单的工具就可以把这些锁打开，有的惯偷

甚至公开扬言：“没有我打不开的锁。”其实，不是他们多高明，而是一

般锁具技术原理太过简单。面对这一残酷的现状，新时代提出了锁具必须

革命的迫切的要求。

1.2电子密码锁的背景

随着社会科技的进步，锁已发展到了密码锁、磁性锁、电子锁、激光

锁、声控锁等等。在传统钥匙的基础上，加了一组或多组密码，不同声音,

不同磁场，不同声波，不同光束光波，不同图像。（如指纹、眼底视网膜

等）来控制锁的开启。从而大大提高了锁的安全性，使不法之徒无从下手,

人们也就能对自身财产安全有了更多的保障。当今安全信息系统应用越来

越广泛，特别在保护机密、维护隐私和财产保护方面起到重大作用，而基

于电子密码锁的安全系统是其中的组成部分，因此研究它具有重大的现实

意义。

1.3电子锁设计的意义的本设计特点

单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器

（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/O）

等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。计

算机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕竟体积大。微计算机（单

3

片机）在这种情况下诞生了，它为我们改变了什么？纵观我们现在生活的

各个领域，从导弹的导航装置，到匕机上各种仪表的控制，从计算机的网

络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们

生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。

以前没有单片机时，这些东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然

而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器

件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后，我们就

将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接

口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了,

成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了，且容易升级改善。

电子锁可以在日常生活和现代办公中，住宅与办公室的安全防范、单

位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存等多种场合使用。大大

提高了主人物资的安全性，安全可以代替老式机械锁。目前使用的密码锁

种类繁多，各具特色。本文从经济实用的角度出发，采用AT89c2051单机,

研制了-一款具有防盗自动报警功能的电子密码锁。该密码锁设计方法合

理，简单易行，成本低，符合住宅、办公室用锁要求，具有一定的推广价

值。

（1）系统设置4位密码，密码通过键盘输入，若密码正确，则将锁打开。

（2）密码由用户自己设定，在开锁状态下，用户可自行修改密码。

（3）具有自动报警功能。自动报警分现场报警和远程报警两种。现场报

警由扬声器发出报警声。

（4）两种情况下可报警：一是密码输入错误3次，则报警；二是非正常

开门，如破门而入的情况，可通过系统的红外监视装置监测，同时报警，

保证了系统的安全性。系统工作时，用户通过按键输入4位密码，单片机

4

将输入密码与设定密码进行比较，若密码正确，则发出开锁信号，将门打

开，系统不报警；若密码不正确，则有相应的指示灯闪动，并要求重新输

入密码，重新输入密码的次数不能超过3次，若3次输入的密码都不正确,

则发出报警信号。

第二章硬件电路设计及描述

第二章系统硬件设计

2.1系统总设计结构图

数码管及LED灯显示

密码输入设备>单片机AT89c51一单片机时钟电路

开锁机构

本设计由主控芯片51单片机，单片机时钟电路，键盘，和开锁电路组成。

单片负责控制整个系统的执行过程。

5

2.2.开锁机构设计

通过单片机送给开锁执行机构，电路驱动电磁锁吸合，从而达到开锁

的目的。本设计通过P3.0接一个3极管驱动继电器打开电磁阀线圈实现

开关门。

图2—2密码锁开锁机构示意图

当用户输入的密码正确而且是在规定的时间及次数输入之内，单片机便

输出开门信号，送到开锁驱动电路，然后驱动电磁锁，达到开门的目的。

2.2.1主控芯片AT89C51单片机的简介

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器

(FPEROM一FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低

电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储

器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术

制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8

位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微

控制器。

主要特性：

•与MCS-51兼容

•4K字节可编程闪烁存储器

6

•寿命：1000写/擦循环

•数据保留时间：10年

•全静态工作：0Hz-24MHz

•三级程序存储器锁定

•128X8位内部RAM

•32可编程I/O线

•两个16位定时器/计数器

•5个中断源

•可编程串行通道

•低功耗的闲置和掉电模式

•片内振荡器和时钟电路

管脚说明：

VCC：供电电压。

GND：接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电

流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部

程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

P1□：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲

器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用

作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉

的缘故。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可

接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电

阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将

7

输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16

位地址外部数据存储器进行存取时;P2口输出地址的高八位。在给出地

址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读

写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收

输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，

并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）

这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89c51的一些特殊功能口，如下表所示：

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INTO（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期

的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存

地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时,

ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的l/6o

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当

8

用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,

每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效

的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器

(OOOOH-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA

将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。

Jvcc

PO.O(ADOI

PO.14AOt)

iPO2<AO2)

P0.31AD3)

P0.44AO4)

PO.5<AO5)

POe4AO6)

1PO.7(AO7)

<RXO)P30EA/VPP

(TXO)P31ALE/PROO

(nimr>pa2；PSCN

<rMTT)P33

<TO>P34

<T1)P35

(WR)P36

4a6PJ7

XTAL2

X7AL1

GNOP2O<Aftl

AT89C51

图2-3AT89C51芯片图

9

2.3键盘设计

为了使本电路更加简洁，本电子锁的密码锁采用简单易学但不为多数

人知道的摩期码作为电路的密码输入。键盘硬件设备只需要一个按即可实

现密码的输入与更改。

关于摩斯码的介绍如下：

摩斯密码是20世纪使用较为广泛的电报传输使用的一种编码。电报最

早是由美国的摩尔斯在1844年发明的，故也被叫做摩尔斯电码。它由一个

输入按键在输入时按住的间隔时间长短组成来决定你的输入：短促的点信

号".读"嘀"（Di）；保持一定时间的长信号读''嗒"（Da）o

间隔时间："嘀"It；"嗒"3t；"滴嗒"间It；字母间3t；字间5t。

表2—1字符一摩斯码对照表

字符摩斯码字符摩斯码字符摩斯码

A・_M———Y—,——

B—•••N—・Z__・・

C—,—•0———1,————

D—,,P,——・2,,——

EQ•_3••,

F,,—•R,—,4•••,——

G———,S・・.5

H・.,・T—6—・・・•

1•・U,,—7——•••

10

J,———V••,—8———,,

K—,—W,——9————,

L•—••X0—————

注：摩斯码用在数字电路中“一”表示1,表示0,如0翻译成二

进制数为11111H,十六进制数为1FH。

本电路设计只取0〜9数字作密码有效数字，如果输入其它字符则无效。

表3—2本设计用到的数字的摩斯码和二进制对照

数

0123456789

字

摩

1111011100110001000000001000110011101111

斯

1111100000

码

2

1111011100110001000000001000110011101111

进

1111100000

制

2.4系统电路设计:

本系统电路主芯片AT89c51,晶振和两个电容组成的时钟脉冲，一个

电阻和一个电解电容和一个按键组成的复位电路，一个8段数码管构成的

密码显示器，一个蜂鸣器，5个LED,一个NPN三极管加上一个继电器组

成的驱动电路构成了系统电路。

2.4.1晶振时钟电路

单片机XIAL1和XIAL2分别接30PF的电容,中间再并个12MHZ的晶

11

振，形成单片机的晶振电路。

2.4.2复位电路设计

2.4.3串口引脚功能介绍

单片的P1口外接1位8段数码管，作为密码输入显示器；INTO外

接蜂鸣器，当INTO被置0时，蜂鸣器发出声音；P0口外接发光二极管用

作系统工作状态提示。

2.4.4其它引脚

ALE引脚悬空，复位引脚接到复位电路、VCC接电源、VSS接地、EA

接电源

12

2.5元器件采购

1.元器件清单

表3—3元器件清单

原件名称备注

单片机AT89C51

电阻RI,R210K,100K各一只

电解电容C3100F

无极电容Cl,C230VF

数码管一只

5V蜂鸣器一只

晶振12MHZ

三极管9014一个

按健SLS2各一个

12V继电器一个

LEDDI,D2,D3,D4绿，黄，红，蓝各一个

2极管40041只

万能电路板1块

经采购继电器没有买到，所以原电路的输出电路3极管的继电器改为

LED灯，只要电路IC经密码输入后能点亮LED灯则电路设计要求达到。

第三章软件设计流程及描述

3.1系统软件设计整体思路

•个应用系统要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同

时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今

天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。甚至有些必须采

用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单，如

数字滤波，信号处理等。因此充分利用其内部丰富的硬件资源和软件资源,

13

采用与C51系列单片机相对应的51汇编语言和结构化程序设计方法进行

软件编程。

程序设计语言有三种：机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言是

机器唯一能“懂”的语言，用汇编语言或高级语言编写的程序（称为源程

序）最终都必须翻译成机器语言的程序（成为目标程序），计算机才能“看

懂”，然后逐一执行。

高级语言是面向问题和计算过程的语言，它可通过于各种不同的计算

机，用户编程时不必仔细了解所用的计算机的具体性能与指令系统，而且

语句的功能强，常常一个语句已相当于很多条计算机指令，于是用高级语

言编制程序的速度比较快，也便于学习和交流，但是本系统却选用了汇编

语言。原因在于，本系统是编制程序工作量不大、规模较小的单片机微控

制系统，使用汇编语言可以不用像高级语言那样占用较多的存储空间，适

合于存储容量较小的系统。

3.2系统软件设计流程图

输

入

错

误

未

满

滋

15

图3—1系统程序设计结构图

3.3程序调试

把也写好的汇编语言程序的载入软件调试工具，检查软件是否有设法

错误，再根据软件提示对本程序进行修改，直到没有错误再生成单片机能

运行的机器码，再用51开发板或其它单怎机写入工具把机器码写入单片

机进行实际的程序调试，根据实际情况再对程序的不足加以修改，直到满

足设计要求。

3.3.1程序调试用到的软件及工具

调试本程序需要用到KEILC51,及51开发板一块及其配套的下载烧录

软件

3.4KEILC51简介

KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语

言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维

护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，

体会更加深刻。KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发

调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的

汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语

句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语

言的优势。

C51工具包的整体结构：uVision与Ishell分别是C51forWindows

16

和forDos的集成开发环境(IDE),可以完成编辑、编译、连接、调试、

仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编

源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文

件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成

绝对目标文件(.ABS)oABS文件由0H51转换成标准的Hex文件，以供调

试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直

接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。

3.5调试过程

首先打开KEILC51主程序，新建工程，新建文本框写入程序，保存，

检查是否有语法错误，经反复检查无误后汇编，生成51单片机可执行的

HEX文件。然后用51开发板相匹配的烧录软件把HEX文件写入单片机。

17

9

ProjectWorkspacex270setbp3.2

国口目标1281movp1,#Offh

282ainu)cunchu2

283

284next1_1:

285cinea,xs_l,next2_2

286movp1,#0f9h

28

7clr

28p3.2

288_________:Leal]delayIs

289

290movp1,#Offh

291a-impcunchu2

297

295next2_2:

294onnea,xs_2,next3_3

295movp1,#0a4h

296drp3.2

2971cai1delayIs

298setbp3.2

299movplj>#Offh

300ajmncunchu2

30

301

302next3_3:

303ennea,xs_3,next4_4

304movp1,#ObOh

305clrp3.2

306里calldelayIs

307setbp3.2

308movpl#Offh

319ajmncunchu2

310

311next4_4:

3412cinea,xs_4,next5_5

3movpl,#99h

clrp3.2

昌|零|g|%|噜.|STARTUP.A51[§)1111ASM「

X***WARNINGL2:REFERENCEMADETOUNRESOLVEDEXTERNAL

SYMBOL:?C_START

MODULE:STARTUP.obj(?C_STARTUP)

nADDRESS:080AH

iProgramSize:data=9.0xdata=Ocode=15

3"1111111111"-0个错误，2个警告.

\««A命令人在文杵中音技/

图3—2keilc51调试介面

18

♦•

-

装FLASH装EEPROM读焰丝位写熔丝位读FLASH芯片编程芯片编辑关于

编程选项1FLASH内容|EEPROM内容|产品记录|

芯片选择熔丝位

扩

展

后

M硒

At89s51v设置|熔丝低位：FF-Fr

Em

IN

芯片特征手：5106读取|FT1NANA

1.ENA-N

I

时钟效准：mNAWAE

ENAN

NONEHONEKAINA.E

mENAN

NONEHOWEHAm

NAI

mENA-N

FLASH：0/4096I

EEPROM：0/0mHAEEH

IB

mHAEN

BOOTLOAD及加密IE

读取|mNAESN

r-lBLBOlNoLockI

mNA

r-lBLBO2LocklW入|

r-lBLBH。LockZ编程选项

I-1BLB12Lock3回芯片擦除口编程EEFROM匚］编程后丝才擦除|

口片空检建口校帖FLASH口芯片颇定聆编程|

选项及谈作说明

回编程FLASH口校验iEEPROM回该识别字

0自动重装FLASH□自劭重装EEFROM匚］编程51时1眇结束

口启动LOGOE自动洞速底］芯片编程计数清空|

(3提示音回快速校览芯片编程数：0

口检也卜自动编程口更新一自动编程口Enter键一芯片编程

图3—3单片机烧录软件介面

第四章源程序代码

4.1程序总体设计

本设计的程序：

hcOequ4ah;延时缓存区

he1equ4bh

hc2equ4ch

he3equ4dh

hc4equ4eh

xs_Oequ50h；显示缓存区

xs_lequ51h

xs_2equ52h

xs_3equ53h

19

xs_4equ54h

xs_5equ55h

xs_6equ56h

xs_7equ57h

xs_8equ58h

xs_9equ59h

psiequ5ah；设置密码缓存区

ps2equ5bh

ps3equ5ch

ps4equ5dh

mmbzequ5fh；密码输入次数

atlequ60h；输入密码缓存区

at2equ61h

at3equ62h

at4equ63h；初始化

orgOOh

ajmpmainl

org30h

mainl:movpsi,#00h

movps2,#00h

movps3,#00h

movps4,#00h

movatl,#00h

movat2,#00h

movat3,#00h

movat4,#00h

main:movxs_O,#lfh;显示0的摩斯值

movxs_l,#Ofh;显示1的摩斯值

movxs_2,#07h;显示2的摩斯值

movxs_3,#03h；显示3的摩斯值

movxs_4,#01h;显示4的摩斯值

movxs_5,#00h;显示5的摩斯值

movxs_6,#10h;显示6的摩斯值

movxs_7,#18h;显示7的摩斯值

movxs_8,#lch；显示8的摩斯值

20

movxs_9,#leh；显示9的摩斯值

clrp3.0；RXD置0

mova,#00h；密码缓存

movr2,#04h；四位密码

movrl,#00h

mov10,#psl

movr7,#05h;摩斯次数，由于数字为5次

clrp2.7

start:movpO,#Offh

movpl,#Offh

setbp2.4;按键位

jbp2.4,start;2.4为1转start

Icalldelay500ms

jbp2.4,start

ok:;嘀的音

clrpO.O

Icalldelay500ms

jnbp2.4,daa；是否去嗒音

cun:；

setbp0.2

setbpO.O

rla

adda,rl；存入一位摩斯码

djnzr7,yanshi；是否够五位摩斯码

ajmpxianshi

yanshi:;输入一位摩斯码停顿It

Icalldelay500ms

jbp2.4,main

ajmpok

daa:；嗒的音

Icalldelay500ms

jbp2.4,stop

setbpO.O

clrp0.2

21

Icalldelay500ms

setbp0.2

jnbp2.4,stop

movrl,#O1h

ajmpcun

stop:；摩斯输入错误

clrp0.4

Icalldelay2s

setbp0.4

ajmpmain

cunchu:mov@r0,a

incrO

mova,#00h

movrl,#00h

movr7,#05h

djnzr2,yanshi

clrp0.6

Icalldelay2s

setbp0.6

ajmpshuru

xianshi:cjnea,xs_O,nextl；够五位摩斯码显示0

movpl,#OcOh

clrp3.2;报警器

IcalldelayIs

setbp3.2;报警器

movpl,#Offh

ajmpcunchu

nextkcjnea,xs_l,next2；够五位摩斯码显示1

movpl,#0f9h

clrp3.2

IcalldelayIs

setbp3.2

22

movpO,#Offh

ajmpcunchu

next2:cjnea,xs_2,next3；够五位摩斯码显示2

movpl,#0a4h

clrp3.2

IcalldelayIs

setbp3.2

movpl,#Offh

ajmpcunchu

next3:

cjnea,xs_3,next4够五位摩斯码显示3

movpl,#ObOh

clrp3.2

IcalldelayIs

setbp3.2

movpl,#Offh

ajmpcunchu

next4:

cjnea,xs_4,next5够五位摩斯码显示4

movpl,#99h

clrp3.2

IcalldelayIs

setbp3.2

movpl,#Offh

ajmpcunchu

next5:

cjnea,xs_5,next6够五位摩斯码显示5

movpl,#92h

clrp3.2

IcalldelayIs

23

setbp3.2

movpl,#Offh

ajmpcunchu

next6:

cjnea,xs_6,next7够五位摩斯码显示6

movpl,#7dh

clrp3.2

IcalldelayIs

setbp3.2

movpl,#Offh

ajmpcunchu

next7:

cjnea,xs_7,next8够五位摩斯码显示7

movpl,#0f8h

clrp3.2

IcalldelayIs

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ajmpcunchu

next8:

cjnea,xs_8,next9；够五位摩斯码显示8

movpl,#080h

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next9:

cjnea,xs_9,cw；够五位摩斯码显示9

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24

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cw:

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shuru: