第一章 課程設(shè)計主要任務(wù)

1.設(shè)計內(nèi)容

（1）設(shè)計一個洗衣機(jī)控制系統(tǒng)，用直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速表征三種不同洗衣方式：弱洗、強(qiáng)洗、漂洗；

（2）用三個獨立按鍵設(shè)置待洗衣物的不同洗滌方式，實現(xiàn)最長10分鐘定時:

????絲質(zhì)衣服： 漂洗 定時3分鐘

棉質(zhì)衣服：弱洗 2分鐘；強(qiáng)洗 5分鐘；漂洗 3分鐘；

化纖衣服： 強(qiáng)洗 4分鐘；漂洗 2分鐘；

（3）定時時間到，蜂鳴器報警提示。

第二章?總體設(shè)計

2.1?總體設(shè)計及功能描述

本設(shè)計以單片機(jī)?AT89C51為控制核心，?采用模塊化設(shè)計，?共分以下幾個功能模塊：單片機(jī)控制系統(tǒng)模塊、?電源模塊、?時鐘模塊、?復(fù)位模塊、?按鍵控制模塊、?直流電機(jī)控制模塊和顯示模塊等。?洗衣機(jī)主要有三種衣物的定時洗滌方式、報警和暫停等功能。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖2-1所示：?

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各模塊功能如下：

1.AT89C51單片機(jī)：洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的核心控制器件。

2.時鐘電路模塊：產(chǎn)生時鐘驅(qū)動單片機(jī)工作。

3.復(fù)位電路模塊：將單片機(jī)的寄存器重定，使程序指針回到最初位置。以便于系統(tǒng)運行時，程序從最初位置開始執(zhí)行。

4.電機(jī)調(diào)速控制模塊：利用L298驅(qū)動芯片輸入不同的信號使電機(jī)產(chǎn)生正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。

5.顯示模塊：顯示模塊電路采用3個?LED 和3個電阻以及LCD液晶顯示屏與單片機(jī)相連，利用?C 語言程序設(shè)計實現(xiàn)洗衣機(jī)自動化顯示功能。

6.報警模塊：定時時間到，蜂鳴器報警提示。

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

（1）?單片機(jī)控制模塊的設(shè)計

AT89C51單片機(jī)是一種高效微控制器，?也是低功耗高性能單片機(jī)。?單片機(jī)是本設(shè)計的核心主要起控制作用，?采用?40 引腳雙列直插封裝形式，?32 個外部雙向輸入/輸?出（I/O）埠，?同時內(nèi)含?2 個外中斷口，?2 個?16 位可程序設(shè)計定時計數(shù)器, 2 個全雙工串行通信口，因為受引腳數(shù)目?的限制，?所以有不少引腳具有第二功能。?外形及引腳排列如圖?2-2 所示。

?AT89C51單片機(jī)的主要管腳功能：

VCC：?供電電壓。

?GND：?接地。

?P0 口：?P0 口為一個?8 位漏級開路雙向?I/O 口，?每腳可吸收?8TTL 門電流。?當(dāng)?P1 口的管腳第一次寫?1 時，?被定義為高阻輸入。?P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，?它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。

P1 口：?P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的?8 位雙向?I/O 口，?P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。?P1 口管腳寫入?1 后，?被內(nèi)部上拉為高，?可用作輸入，?P1 口被外部下拉為低電平時，?將輸出電流，?這是由于內(nèi)部上拉的緣故。

?P2 口：?P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的?8 位雙向?I/O 口，?P2 口緩沖器可接收，?輸出?4個?TTL 門電流，?當(dāng)?P2 口被寫?1 時，?其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，?且作為輸入。?并因此作為輸入時，?P2 口的管腳被外部拉低，?將輸出電流。

P3 口：?P3 口是?8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向?I/O 口，?可接收輸出?4 個?TTL 門電流。當(dāng)?P3 口寫入?1 后，?它們被內(nèi)部上拉為高電平，?并用作輸入。?作為輸入，?由于外部下拉為低電平，?P3 口將輸出電流（ILL）?這是由于上拉的緣故。?RST：?復(fù)位輸入。?當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，?要保持?RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。

ALE/PROG：?當(dāng)訪問外部內(nèi)存時，?地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。?在?FLASH 程序設(shè)計期間，?此引腳用于輸入程序設(shè)計脈沖。?在平時，?ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，?此頻率為振蕩器頻率的?1/6。?因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。

PSEN ：?外部程序內(nèi)存的選通信號。?在由外部程序內(nèi)存取指期間，?每個機(jī)器周期兩次?PSEN 有效。?但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，?這兩次有效的?PSEN 信號將不出現(xiàn)。

?EA/VPP：?當(dāng)?EA保持低電平時，?則在此期間外部程序內(nèi)存（0000H-FFFFH），?不?管是否有內(nèi)部程序內(nèi)存。?注意加密方式?1 時，?EA將內(nèi)部鎖定為?RESET；?當(dāng)?EA端保持高電平時，?此間內(nèi)部程序內(nèi)存。在?FLASH 程序設(shè)計期間，?此引腳也用于施加?12V 程序設(shè)計電源?（VPP）。

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圖?2-2 AT89C51 單片機(jī)的管腳圖

?電源、?時鐘信號以及復(fù)位電路是單片機(jī)工作的基本條件，?缺一不可。?AT89C51 單片機(jī)系統(tǒng)的基本工作電路包括電源電路、?時鐘電路、?復(fù)位電路。?其組成方框圖如圖?2-3 所示。

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?（2）時鐘電路模塊設(shè)計

電源電路模塊為系統(tǒng)電路和其他模塊提供+5V 電源。?供電電源可由開關(guān)電源提供。

時鐘電路模塊的設(shè)計

?由于?AT89C51單片機(jī)芯片內(nèi)有時鐘振蕩電路，?因此本系統(tǒng)單片機(jī)采用內(nèi)部時鐘方式，只要在單片機(jī)的?XTAL1和?XTAL2引腳外接石英晶體和微調(diào)電容，?就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號，?具體電路設(shè)計如圖?2-4 所示。??工作原理：?時鐘信號通常用兩種電路形式得到：?內(nèi)部振蕩和外部振蕩。?在?XTAL1 和?XTAL2 引腳上外接定時組件，?就能構(gòu)成自激振蕩電路。?定時組件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路。一般電容?C4 和?C5 主要起頻率微調(diào)作用，?電容值可選取為?30pF 左右或?40pF左右；?晶體振蕩器，?簡稱晶振，?其晶振頻率（fosc）?范圍為?1. 2MHz~12MHz, 本設(shè)計中選擇12MHz。?晶體振蕩頻率越高，?系統(tǒng)的時鐘頻率也越高，?單片機(jī)的運行速率就越快。

圖?2-4 時鐘振蕩電路

（3）復(fù)位電路模塊設(shè)計

復(fù)位電路使單片機(jī)或系統(tǒng)中的其他部件處于某種確定的狀態(tài)。?當(dāng)在?MCS-51 系列單片的?RST 引腳處引入高電平并保持?2 個機(jī)器周期，?單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。?復(fù)位操作有兩種基本形式：?一種是上電復(fù)位，?另一位是按鍵復(fù)位。?本設(shè)計采用按鍵復(fù)位方式。?如圖?2-5 ?工作原理：?當(dāng)按下按鍵時，?RST 直接與?VCC 相連，?出現(xiàn)?2 個以上的高電平形成復(fù)位，?同時電解電容被短路放電；?按鍵松開時，?電容充電，?電流流過電阻，?RST 為高電平，?仍然是復(fù)位，充電完成后，?電容相當(dāng)于開路，?RST 為低電平，?正常工作。

圖?2-5 復(fù)位電路

（4）按鍵控制電路設(shè)計

單片機(jī)設(shè)計中，?重要的一個模塊是按鍵的設(shè)計。?常見的單片機(jī)按鍵設(shè)計分為獨立式和行列式（矩陣式）。?獨立式按鍵設(shè)計簡單，?但占用?I/O 口較多；?行列式按鍵設(shè)計相對復(fù)雜，?占用?I/O 口較少。?如圖?2-6 所示。

?圖?2-6 控制電路，為方便使用,設(shè)計了?五個獨立式按鍵，分別為絲質(zhì)、棉質(zhì)、化纖、啟動和暫停。

絲質(zhì)：K1鍵選擇洗衣方式；

棉質(zhì)：K2鍵選擇洗衣方式；

棉質(zhì)：K2鍵選擇洗衣方式。

啟動：洗衣機(jī)啟動，開始洗衣。

停止：洗衣機(jī)無論在何種工作狀態(tài)下都會停止工作，蜂鳴器報警結(jié)束洗衣。

（5）蜂鳴器報警電路設(shè)計?

本設(shè)計中，當(dāng)某個洗衣方案完全結(jié)束，會有蜂鳴器?3S 鐘的報警時間。?蜂鳴器電路設(shè)計?如圖?2-7所示。由單片機(jī)直接輸出的信號不足以驅(qū)動蜂鳴器的工作。因此，在單片機(jī)與蜂鳴器之間加一個?PNP 三極管作為驅(qū)動。三極管的基極通過一個?4.7K 歐的電阻與單片機(jī)相應(yīng)的?I/O 相連，電源和蜂鳴器與發(fā)射極極相連，集電極接地。這樣就完成了蜂鳴器的驅(qū)動電路。

圖?2-7 蜂鳴器驅(qū)動電路

（6）?顯示電路設(shè)計

?在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，?對于系統(tǒng)的運行狀態(tài)和運行結(jié)果，?通常都需要直觀顯示出來。本設(shè)計采用的是3個共陽極發(fā)光二極管和LCD液晶顯示屏顯示，?顯示電路如圖?2-8 所示。?顯示電路由3個LED 和3個電阻構(gòu)成。?3個電阻都分別為?100 奧姆，?在電路中，?電阻起限流保護(hù)作用，?防止?LED 被燒壞。?3個?LED 是共陽級，?當(dāng)輸入低電平時?LED 點亮，?當(dāng)輸入高電平時?LED 熄滅。

??????圖?2-8 顯示電路（LED燈和LCD液晶顯示屏）

（7）?直流電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計

圖?2-9 直流電機(jī)電路

?圖?2-9 所示為一個典型的直流電機(jī)控制電路

直流電機(jī)的控制通過L298電機(jī)驅(qū)動芯片，它能同時控制兩個電機(jī)。當(dāng)IN1和IN2同時輸入高電平或者低電平是電機(jī)停止不轉(zhuǎn)，??IN1輸入低電平IN2輸入高電平時電機(jī)反轉(zhuǎn)；同時ENA和ENB分別是使能端，能對電機(jī)進(jìn)行PWM速度控制。L298N可對電機(jī)進(jìn)行直接控制，通過主控芯片的I/O輸入對其控制電平進(jìn)行設(shè)定，就可為電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)驅(qū)動，操作簡單、穩(wěn)定性好，可以滿足直流電機(jī)的大電流驅(qū)動條件。用數(shù)字頻率代替Vc的電壓波形，尤其是在PWM脈沖上升或下降邊沿時刻所對應(yīng)的Vc波形。

2.3 硬件仿真電路圖

如圖2-10所示

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第?3 章?系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件在硬件平臺上構(gòu)筑，完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)。系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實現(xiàn)的，?由于軟件的可伸縮性，最終實現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強(qiáng)可弱，差別可能很大。?軟件采用模塊化設(shè)計方法，?不僅易于程序設(shè)計和調(diào)試，?也可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時，?對軟件進(jìn)行全面測試也是檢驗錯誤排除故障的重要手段。?由于程序設(shè)計多涉及到數(shù)值運算，?比較復(fù)雜，?還有?LCD 燈的顯示設(shè)計都是需要多重選擇判斷，用我們平時常用的匯編程序設(shè)計是很難實現(xiàn)的，這里我們選用了移值性好、結(jié)構(gòu)清晰、能進(jìn)行復(fù)雜運算的?C語言來實現(xiàn)程序設(shè)計。

3.1軟件主要程序流程

整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實現(xiàn)的，?當(dāng)硬件基本定型的時候軟件也基本定下了，?從軟件的功能不同，?可以分為兩的類：?一是監(jiān)控軟件（主程序）?它是整個軟件的核心，?專門用來協(xié)調(diào)各個執(zhí)行模塊和操作者的聯(lián)系。?二是執(zhí)行軟件（子程序）?它是用來完成各種實質(zhì)性的工作的，?如測量、?計算、?顯示、?通訊等。?每一個執(zhí)行軟件就是一個小的執(zhí)行模塊，?這里將每一個模塊一一列出來，?并為每個執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。?各執(zhí)行模塊規(guī)劃好以后，?就可以規(guī)劃監(jiān)控軟件了。?首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，?然后根據(jù)實時性的條件，?合理安排監(jiān)控軟件和執(zhí)行軟件之間的調(diào)度關(guān)系。

洗衣機(jī)通電之后單片機(jī)上電首先進(jìn)行程序的初始化包括定時器0、外部中斷0、外部中斷1的初始化以及各參數(shù)初值的設(shè)定。然后進(jìn)行按鍵檢測，默認(rèn)洗衣強(qiáng)度為“絲質(zhì)衣服”漂洗3分鐘。掃描按鍵的狀態(tài)確定洗衣過程。當(dāng)發(fā)現(xiàn)啟動鍵按下洗衣機(jī)從待命狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)并在LCD1602顯示屏上顯示衣物，洗滌方式及倒計時。其中，絲質(zhì)衣服： 漂洗 定時3分鐘；棉質(zhì)衣服：弱洗 2分鐘；強(qiáng)洗 5分鐘；漂洗 3分鐘；化纖衣服： 強(qiáng)洗 4分鐘；漂洗 2分鐘；當(dāng)洗衣結(jié)束時控制蜂鳴器發(fā)聲。

主要流程圖如下圖3-1? ? ? ? ? ? ? ? ?

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3.2.主要子程序

主要子程序包括絲質(zhì)衣服洗滌程序，棉質(zhì)衣服洗滌程序，化纖衣服洗滌程序，電機(jī)控制子程序，T0中斷服務(wù)子程序等

3.2.1絲質(zhì)衣物洗滌程序設(shè)計

開始選擇按鍵，K1按下選擇絲質(zhì)衣服，再按下K4啟動洗衣機(jī)，進(jìn)入3分鐘定時漂洗，若途中按下K5則暫停，蜂鳴器發(fā)出警報，結(jié)束洗衣；否則3分鐘漂洗結(jié)束蜂鳴器發(fā)出警報，洗衣結(jié)束。

流程圖如下圖3-2-1

3.2.2棉質(zhì)衣物洗滌程序設(shè)計

開始選擇按鍵，K2按下選擇棉質(zhì)衣服，再按下K4啟動洗衣機(jī)，進(jìn)入2分鐘定時弱洗，若途中按下K5則暫停，蜂鳴器發(fā)出警報，結(jié)束洗衣；否則弱洗結(jié)束進(jìn)入5分鐘強(qiáng)洗，同理中途暫停結(jié)束洗衣，否則強(qiáng)洗后進(jìn)行3分鐘漂洗后蜂鳴器發(fā)出警報，洗衣結(jié)束。

流程圖如下圖3-2-2

3.2.3化纖衣物洗滌程序設(shè)計

開始選擇按鍵，K3按下選擇化纖衣服，再按下K4啟動洗衣機(jī)，進(jìn)入4分鐘定時弱洗，若途中按下K5則暫停，蜂鳴器發(fā)出警報，結(jié)束洗衣；否則弱洗結(jié)束進(jìn)入2分鐘漂洗后蜂鳴器發(fā)出警報，洗衣結(jié)束。

流程圖如下圖3-2-3

3.2.4關(guān)于直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的強(qiáng)洗，弱洗，漂洗程序設(shè)計與實現(xiàn)

直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的數(shù)字頻率來實現(xiàn)強(qiáng)洗，弱洗，漂洗。

當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)字頻率小于10時電機(jī)轉(zhuǎn)動實現(xiàn)漂洗；當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)字頻率大于10且小于30時電機(jī)轉(zhuǎn)動實現(xiàn)漂洗；當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)字頻率大于30且小于50時電機(jī)轉(zhuǎn)動實現(xiàn)漂洗；

流程圖如下圖3-2-4

直流電機(jī)轉(zhuǎn)速實現(xiàn)強(qiáng)洗、弱洗、漂洗程序：

void pwm(uchar k)//弱洗、強(qiáng)洗、漂洗;?

{

uchar i;

for(i=0;i<99;i++)

{

if(k==1)

{

if(i<30) ??//弱洗

out=0;

else

out=1;

}

if(k==2)

{

if(i<50) ???//強(qiáng)洗

out=0;

else

out=1;

}

if(k==3)

{

if(i<10) ??//漂洗

out=0;

else

out=1;

}

}

}??

3.2.5 T0中斷服務(wù)子程序

該子程序運用定時器T0中斷，該子程序的主要作用是使時間達(dá)到1秒時，令1秒標(biāo)志為真，返回到主函數(shù)運行時間減1，1秒標(biāo)志為假，再調(diào)用到該子程序以此實現(xiàn)每秒顯示時間減1。

第4章?系統(tǒng)仿真

4.1 Protoeus8.11和keil μVision5

本設(shè)計用Proteus 8.11軟件作圖，C語言對單片機(jī)進(jìn)行控制操作，易讀好懂，用Keil μVision5軟件進(jìn)行了調(diào)試。

4.2調(diào)試中遇到的問題：

當(dāng)編譯通過，但?點下Debug功能時，可以進(jìn)去調(diào)試界?，馬上就崩潰了，路徑名中有中?字符，計算機(jī)?戶名稱是中?。

解決辦法：換個深度淺?點的路徑。更換路徑之后，要全部重新編譯，否則調(diào)試的時侯MDK還會找舊路徑的源代碼；換個別的路徑，路徑中不帶中?就好；更改計算機(jī)?戶名稱。此計算機(jī)：右鍵->管理->本地?戶和組->?戶。右鍵點擊->重命名。

修改并重新編譯后編譯結(jié)果如下圖4-1所示：

圖4-1 Keil μVision5調(diào)試結(jié)果

4.3 模擬圖

在Keil中生成.hex文件之后，在proteus里打開原理圖，將生成的檔加載到單片機(jī)中，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，三種衣物洗滌方式如下圖4-2、4-3-1、4-3-2、4-3-3、4-4-1、4-4-2所示：

（1）silk絲質(zhì)衣服模擬圖：漂洗3分鐘倒計時為0蜂鳴器報警，洗衣結(jié)束。

圖4-2 Proteus8.11 silk絲質(zhì)衣服漂洗中

（2）cotton棉質(zhì)衣服模擬圖：棉質(zhì)衣服先弱洗兩分鐘再強(qiáng)洗五分鐘再漂洗三分鐘，實現(xiàn)最長時間10分鐘倒計時，計時為0蜂鳴器報警，洗衣結(jié)束。

圖4-3-1 Proteus8.11 cotton棉質(zhì)衣服弱洗中

圖4-3-2 Proteus8.11 cotton棉質(zhì)衣服強(qiáng)洗中

圖4-3-3 Proteus8.11 cotton棉質(zhì)衣服漂洗中

（3）chemical化纖衣服模擬圖：化纖衣服先強(qiáng)洗四分鐘再漂洗兩分鐘，實現(xiàn)6分鐘倒計時，計時為0蜂鳴器報警，洗衣結(jié)束。

圖4-4-1 Proteus8.11chemical化纖衣服強(qiáng)洗中

圖4-4-2 Proteus8.11chemical化纖衣服漂洗中

第五章?總結(jié)

1.通過最后的硬件和軟件的模擬調(diào)試，本課題的研究工作已經(jīng)達(dá)到預(yù)期的要求，歸納起來有以下幾點：

（1）本課題實現(xiàn)了洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的自動化。

（2）系統(tǒng)硬件設(shè)計使用的有芯片AT89C51，電容，晶振，電阻，L298驅(qū)動器，lcd1602液晶顯示屏，LED燈，蜂鳴器，按鈕，三極管PNP，直流電機(jī)等。

（3）系統(tǒng)軟件設(shè)計包括初始化程序、T0中斷服務(wù)程序，三種模式程序，LCD1602顯示程序，延時函數(shù)，報警程序等，完成了洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的自動化。

2.本次設(shè)計主要是以?AT89C51單片機(jī)為核心的，?對洗衣機(jī)進(jìn)行了簡單的設(shè)計與闡述。?本次設(shè)計可以說是軟硬結(jié)合，又以硬件為主，軟件為輔。?當(dāng)今科技發(fā)展迅速，單片機(jī)嵌入式開發(fā)有著光明的前景。?由于單片機(jī)具有經(jīng)濟(jì)實用、開發(fā)簡便等特點，?所以依然在工業(yè)控制、?家電等領(lǐng)域占據(jù)廣泛的市場。由于我以前對?51 單片機(jī)的?C 語言沒有認(rèn)真鉆研過，所以感覺課程設(shè)計的任務(wù)十分緊迫。?通過對本系統(tǒng)的設(shè)計，?我學(xué)習(xí)到了硬件開發(fā)和軟件開發(fā)的基本流程并有了一定的駕御此開發(fā)過程的能力。?通過實際的程序設(shè)計和不斷的調(diào)試過程，我更加熟練地掌握了單片機(jī)相關(guān)程序的程序設(shè)計方法，在不斷的設(shè)計過程中，我對單片機(jī)系統(tǒng)有了更深刻的認(rèn)識，進(jìn)一步熟悉和掌握了單片機(jī)的結(jié)構(gòu)以及它的工作原理，對定時、中斷程序等有了更深地認(rèn)識，學(xué)到了如何熟練使用仿真軟件Proteus8.11和程序設(shè)計軟件Keil uVision5。程序設(shè)計的過程中，?雖然不乏辛苦，但更多的是程序調(diào)試成功后的喜悅。

總之，?這次課程設(shè)計對我來說是一次比較全面的、富有創(chuàng)造性和探索性的鍛煉，完成了我選題時的心愿。令我深有感觸，?對于我今后的學(xué)習(xí)、工作和生活都將是受益非淺的！文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-418123.html

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 第六章? 源代碼（需要的看作者個人簡介提供答疑）

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