基于ATC单片机的xLED点阵显示的专业课程设计.doc
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单 片 机 课 程 设 计 16×16LED点阵显示 16×16LED点阵显示设计 【摘 要】本设计使用AT89C51系列高速单片机作为主控制模块,利用简单外围电路来驱动64×16点阵LED显示器。利用AT89C51系列高速单片机本身强大功效,能够很方便实现单片机和PC机间数据传输及存放,并能利用软件方便进行显示内容多样改变,其次点阵显示器广泛应用于医院、机场、银行等公共场所,所以本设计含有很强现实应用性。 本LED显示器能够以动态扫描方法同时显示4个16×16点阵汉字,并能经过上位机软件修改显示内容和显示效果等等。把字符内码存放在空闲单片机程序存放器空间,使本LED显示系统能掉电存放1024个字符。设计中采取了SPI接口GB2312标准字库,支持全部国家标准字符和ASCII标准字符显示。因为采取串行传输方法,使本系统可扩展性得到提升,便于多个显示单元级联。 本文从LED显示原理入手,具体叙述了LED动态显示过程,和硬件电路设计、计算和软件算法。 【关键词】LED动态显示 AT89C51 点阵汉子显示 仿真 引 言 LED显示器是一个经过控制半导体发光二极管显示方法,用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等多种信息显示器幕。图文显示器可和计算机同时显示汉字、英文文本和图形;视频显示器采取微型计算机进行控制,图文、图像并茂,以实时、同时、清楚信息传输方法播放多种信息,还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD节目和现场实况。LED显示器显示画面色彩鲜艳,立体感强,静如油画,动如电影,广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。 它优点:亮度高、工作电压低、功耗小、微型化、易和集成电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定。当今社会在飞速发展无疑能源、健康、空间利用,成了大家着重关注对象。而在这个信息传输极速社会,LED出现给大家带来了期望之光。LED特色之处一是节能(直接功耗,间接耗能),二是基础无电离辐射,三提升空间利用率。而这些特色又恰好处理了上述三种问题。然而LED点阵显示器特点不仅仅于此LED点阵显示器用是数码管,而数码管含有实用,廉价等优点。做出来LED点阵显示很耐用。LED点阵显示器之所以受到广泛重视而得到快速发展,是和LED显示器本身所含有优点分不开。LED点阵显示器发展前景极为宽广,现在正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高发光密度、更高发光均匀性,可靠性、全色化方向发展。本文要求设计一个能显示16X16点阵图文LED显示器,要求能显示图文或文字,显示图文或文字应稳定、清楚,图文或文字显示,以卷帘形式向上下左右滚动显示。 总体设计: 列驱动器 单 片 机 电源 16X16LED显示点阵 行驱动器 设计论证: 图文显示通常有静态和动态显示两种方案,静态方案即使设计简单,但其使用管脚太多,如本设计中16x16点阵共有256个发光二极管,显然单片机没有这么多端口,假如我采取锁存器来扩展端口,按8位锁存器来计算,16x16点阵需要256/8=32个锁存器。这个数字很庞大,因为我们仅仅是16x16点阵,在实际应用中显示器往往要大得多,这么在锁存器上花成本将是一个很庞大数字。所以在实际应用中显示器几乎全部不采取这种设计,而采取另外一个称为动态扫描显示方法。 动态扫描意思简单地说就是逐行轮番点亮,这么扫描驱动电路就能够实现多行(比如16行)同名列共用一套驱动器。具体就16x16点阵来说,把全部同1行发光管阳极连在一起,把全部同1列发光管阴极连在一起(共阳极接法),先送出对应第一行发光管亮灭数据并锁存,然后选通第1行使其燃亮一定时间,然后熄灭;再送出第二行数据并锁存,然后选通第2行使其燃亮相同时间,然后熄灭;以这类推,第16行以后,又重新燃亮第1行,反复轮回。当这么轮回速度足够快(每秒24次以上),因为人眼视觉暂留现象,就能够看到显示器上稳定图形了。 采取扫描方法进行显示时,每一行有一个行驱动器,各行同名列共用一个驱动器。显示数据通常存放在单片机存放器中,按8位一个字节形式次序排放。显示时要把一行中各列数据全部传送到对应列驱动器上去,这就存在一个显示数据传输问题。从控制电路到列驱动器数据传输能够采取并列方法或串行方法。显然,采取并行方法时,从控制电路到列驱动器线路数量大,对应硬件数目多。当列数很多时,并列传输方案是不可取。 采取串行传输方法,控制电路能够只用一根信号线,将列数据一位一位传往列驱动器,在硬件方面无疑是十分经济。不过,串行传输过程较长,数据按次序一位一位地输出给列驱动器,只有当一行各列数据全部以传输到位以后,这一行各列才能并行地进行显示。这么,对于一行显示过程就能够分解成列数据准备(传输)和列数据显示两部分。对于串行传输方法来说,列数据准备时间可能相当长,在行扫描周期确定情况下留给行显示时间就太少了,以致影响到LED亮度。 处理串行传输中列数据准备和列数据显示时间矛盾问题,能够采取重合处理方法。即在显示本行各列数据同时,传送下一列数据。为了达成重合处理目标,列数据显示就需要含有所存功效。经过上述分析,就能够归纳出列驱动器电路应含有功效。对于列数据准备来说,它应能实现串入并处移位功效;对于列数据显示来说,应含有并行锁存功效。这么,本行已准备好数据打入并行锁存器进行显示时,串并移位寄存器就能够准备下一行列数据,而不会影响本行显示 一、硬件设计 u 单片机系统及其管脚 常见时钟电路设计有两种方法,一个是内部时钟方法,一个是外部时钟方法。本试验采取内部时钟方法,将XTAL1和XTAL2之间跨接一个石英晶振和微调电容,从而组成一个稳定自激震荡器。电容值取30pF左右,其大小将影响震荡频率高低、振荡器稳定性和起振快速性。为降低线间寄生电容,晶振和电容应尽能安装得和单片机靠近,确保晶振稳定可靠工作。 另一部分是复位部分。上电自动复位电路是最简单复位电路,只需要一个1K左右电阻、一个22pF左右电容及12MHZ晶振。有时还需要按键手动复位,此时只要在电容上并联一个按键即可。 单片机信号输出采取串行输出,所以在下一模块移位寄存器要和该部分串行口P3.0(RXD)及P3.1(TXD)相连 其图形以下图 图二 AT89C51单片机管脚图 图一 单片机线图 关键芯片资料 u AT89C51芯片介绍 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放器,它能够被定义为数据/地址第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必需被拉高。 P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻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,这是因为内部上拉缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。 P2口:P2口为一个内部上拉电阻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。并所以作为输入时,P2口管脚被外部拉低,将输出电流。这是因为内部上拉缘故。P2口当用于外部程序存放器或16位地址外部数据存放器进行存取时,P2口输出地址高八位。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放器进行读写时,P2口输出其特殊功效寄存器内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻双向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,因为外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是因为上拉缘故。 P3口也可作为AT89C51部分特殊功效口,以下表所表示: 口管脚 备选功效 P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 /INT0(外部中止0) P3.3 /INT1(外部中止1) P3.4 T0(记时器0外部输入) P3.5 T1(记时器1外部输入) P3.6 /WR(外部数据存放器写选通) P3.7 /RD(外部数据存放器读选通) P3口同时为闪烁编程和编程校验接收部分控制信号。 RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期高电平时间。 ALE/PROG:当访问外部存放器时,地址锁存许可输出电平用于锁存地址地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率1/6。所以它可用作对外部输出脉冲或用于定时目标。然而要注意是:每当用作外部数据存放器时,将跳过一个ALE脉冲。如想严禁ALE输出可在SFR8EH地址上置0。此时, ALE只有在实施MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。假如微处理器在外部实施状态ALE严禁,置位无效。 /PSEN:外部程序存放器选通信号。在由外部程序存放器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存放器时,这两次有效/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放器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存放器。注意加密方法1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存放器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。 XTAL1:反向振荡放大器输入及内部时钟工作电路输入。 XTAL2:来自反向振荡器输出 u 16×16LED点阵显示制作 以UCDOS汉字宋体字库为例,每一个字由16行16列点阵组成显示。即国家标准汉字库中每一个字均由256点阵来表示。我们能够把每一个点了解为一个像素,而把每一个字字形了解为一幅图像。实际上这个汉字屏不仅能够显示汉字,也能够显示在256像素范围内任何图形。这里我们以“高”字说明,以下图所表示: 图为字模提取软件提取16*16LED汉字显示代码 用8位AT89C51单片机控制,因为单片机总线为8位,一个字需要拆分为2个部分。通常把它拆分为上部和下部,上部由8×16点阵组成,下部也由8×16点阵组成。在本例中单片机首先显示是左上角第一列上半部分,即第0列p00—p07口。方向为p00到p07 ,显示汉字“魏”时,p02点亮,由上往下排列,为p0.0 灭,p0.1 灭, p0.2 灭, p0.3 灭, p0.4 灭, p0.5 亮,p0.6灭,p0.7 灭。即二进制00000100,转换为16进制为 04h。上半部第一列完成后,继续扫描下半部第一列,为了接线方便,我们仍设计成由上往下扫描,即从p27向p20方向扫描,从上图能够看到,这一列全部为不亮,即为00000000,16进制则为00h。 然后单片机转向上半部第二列,仍为p01点亮,为00000100,即16进制04h.这一列完成后继续进行下半部分扫描,p20点亮,为二进制00000010,即16进制02h.依据这个方法,继续进行下面扫描,一共扫描32个8位,能够得出汉字“魏”扫描代码为:DB 40H,06H,84H,F8H,FEH,11H,24H,11H,24H,FFH,FCH,39H,24H,55H,44H,91H, FCH,11H,40H,FEH,60H,24H,A0H,44H,A8H,28H,22H,11H,22H,2AH,1EH,44H 由这个原理能够看出,不管显示何种字体或图像,全部能够用这个方法来分析出它扫描代码从而显示在屏幕上。不过现在有很多现成汉字字模生成软件,就无须自己去画表格算代码了。 u 用4个8×8LED点阵组成16×16LED点阵 Proteus中只有5×7和8×8等LED点阵,并没有16×16LED点阵,而在实际应用中,要良好地显示一个汉字,则最少需要16×16点阵。下面我们就首先介绍使用8×8点阵构建16×16点阵方法,并构建一块16×16LED点阵,用于本例显示任务。 首先,从Proteus7.1元件库中找到“MATRIX-8X8-RED”元器件,并将四块该元器件放入Proteus文档区编辑窗口中。此时需要注意,假如该元器件保持初始位置(没有转动方向),我们要首先将其左转90°,使其水平放置,那么此时它左面8个引脚是其行线,右边8个引脚是其列线(当然,假如你是将右转,则右边8个引脚是行线)。然后我们将四个元器件对应行线和列线分别进行连接,使每一条行线引脚接一行16个LED,列线也相同。并注意要将行线和列线引出一定长度引脚,方便下面我们使用。连接好16×16点阵图1所表示。 图1 点阵模块组合 成如上图16×16点阵只是第一步,这么分开数块并不能达成好显示效果,下面我们要将其深入组合。组合实际上很简单,首先选中如上图中右侧两块8×8点阵,然后拖动并使其和左侧两块相并拢,图2所表示。 能够看到原来连线已经自动隐藏了,至于线上交点,我们不要去动。然后,我们再来最终一步,选中下侧两块点阵,并拖动使其和上侧两块并拢,最终效果图3所表示。看到,原来杂乱连线现在已经几乎全部隐藏了,一块16×16LED点阵做成了。需要注意,做成LED点阵行线为左侧16个引脚,下侧16个引脚为其列线,而且其行线为高电平有效,列线为低电平有效。然后,我们将其保留,方便以后使用。 二、试验电路及连线 电路关键由单片机和部分外部设备连接而成,利用4个8*8LED显示组装成16*16LED显示,2个R*8排电阻,一个74HC154组成。该显示器采取AT89C51单片机作为控制器,12MHz晶振,其中P0口作为字符数据输出口,P2口作为显示器扫描输出口,第31管脚(EA)接电源。 电路包含单片机、电源电路、时钟电路、复位电路、驱动电路和LED点阵电路等。本设计关键是利用单片机读取显示字型码,经过驱动电路对16×16LED点阵进行动态扫描,以实现汉字滚动显示。 u 总电路连线图以下所表示: u 软件设计 本软件要求实现以下要求:汉字要稳定、明亮而且文字要以一定速度上升滚动显示。 显示器软件模块:初始化程序、主程序、多字滚动、显示程序、扫描程序。显示程序关键功效是向屏体提供显示数据,并产生多种控制信号,使屏幕按设计要求显示。软件设计中,显示器软件系统分为两层;第一层是底层显示驱动程序,第二层是上层系统应用程序。显示驱动程序负责向屏体送显示数据,并负责产生行扫描信号和其它控制信号,配合完成LED显示器扫描显示工作。显示驱动器程序由定时器T0中止程序实现。系统应用程序完成系统环境设置(初始化)、显示效果处理等工作,由主程序来实现。 显示驱动程序 显示驱动程序在进入中止后首先要对定时器T0重新赋初值,以确保显示器刷新率稳定,1/16扫描显示器刷新率(帧频)计算公式以下: 刷频率(帧频)=1/16×T0溢=1/16×f/12(65536-t) 其中f位晶振频率,t为定时器T0初值(工作在16位定时器模式)。 然后显示驱动程序查询目前燃亮行号,从显示缓存区内读取下一行显示数据,并经过串口发送给移位寄存器。为消除在切换行显示数据时候产生拖尾现象,驱动程序先要关闭显示器,即消隐,等显示数据打入输出锁存器并锁存,然后再输出新行号,重新打开显示。图六为显示驱动程序(显示器扫描函数)步骤图 进入中止 消 隐 定时器赋初值 切换显示数据 读取行号并增加1 发送新行号,打开显示 送新行显示数据 退出中止 系统主程序 本设计系统软件能使系统LED显示器各点亮度均匀、充足,可显示图形和文字,显示图形和文字应稳定、清楚无串扰。图形或文字显示有静止、移入移出等显示方法。 系统主程序开始以后,首先是对系统环境初始化,包含设置串口、定时器、中止和端口;然后以“卷帘出”效果显示图形,停留约几秒;接着向上滚动显示“--------”这多个汉字及一个图形,然后以“卷帘入”效果隐去图形。因为单片机没有停机指令,所以能够设置系统程序不停循环实施上述显示效果。 单元显示器能够接收来自控制器(主控制电路板)或上一级显示单元模块传输下来数据信息和命令信息,并可将这些数据信息和命令信息不经任何改变地再传送到下一级显示模块单元中,所以显示板可扩展至更多显示单元,用于显示更多显示内容。假如想改变些事内容,先用字模产生字代码,将用这段代码覆盖原来代码,即可显示你想要内容。 系统主程序步骤图: 开始 系统初始化 “卷帘出”显示效果 “上滚屏”显示效果 “卷帘入”显示效果 程序编写以下: ORG 000H JMP MIAN ORG 030H MIAN:MOV P3,#00 MOV P1,#0FFH MOV P0,#00 MOV P2,#00 CALL DELAY MOV R5,#2 MOV A,#40 MOV B,#32 MUL AB MOV 22H,A MOV 23H,B MOV DPTR,#TABLE1 MOV R0,DPL MOV R1,DPH MOV 20H,DPL MOV 21H,DPH LOOP: MOV R7,#5 L1: MOV R6,#16 MOV R4,#00 MOV DPL,R0 MOV DPH,R1 L16: MOV A,R4 MOV P1,A INC R4 CLR A MOVC A,@A+DPTR MOV P0,A INC DPTR CLR A MOVC A,@A+DPTR MOV P2,A INC DPTR CALL DELAY MOV P0,#00 MOV P2,#00 DJNZ R6,L16 DJNZ R7,L1 MOV R0,DPL MOV R1,DPH MOV A,R0 ADD A,R5 MOV R0,A JNC DP INC R1 DP: MOV A,20H ADD A,22H MOV A,DPH SUBB A,21H CJNE A,23H,LOOP CLR C MOV A,DPL SUBB A,20H CJNE A,22H,LOOP JMP MIAN DELAY:MOV R2,#2 D1 :MOV R3,#248 DJNZ R3,$ DJNZ R2,D1 RET TABLE1: XI: DB 004H,000H,0C4H,0FFH,044H,040H,044H,050H DB 044H,048H,0FCH,047H,044H,040H,044H,040H DB 044H,040H,0FCH,047H,044H,048H,044H,048H DB 044H,040H,0E6H,0FFH,044H,000H,000H,000H BEI: DB 000H,020H,020H,060H,020H,020H,020H,010H DB 020H,010H,0FFH,07FH,000H,000H,000H,000H DB 0FFH,03FH,020H,040H,010H,040H,008H,040H DB 00CH,040H,000H,040H,000H,070H,000H,000H MIN: DB 000H,000H,0FEH,0FFH,022H,041H,022H,021H DB 022H,011H,022H,001H,0E2H,003H,022H,00DH DB 022H,011H,022H,021H,022H,041H,03FH,041H DB 082H,081H,000H,081H,000H,0E0H,000H,000H ZU: DB 010H,040H,010H,030H,0F1H,00FH,092H,040H DB 096H,080H,090H,07FH,010H,004H,020H,086H DB 090H,045H,06FH,034H,0C8H,00FH,048H,034H DB 06CH,044H,048H,0C6H,000H,044H,000H,000H DA: DB 020H,000H,020H,040H,020H,040H,020H,020H DB 020H,010H,020H,00CH,0A0H,003H,07FH,000H DB 0A0H,001H,020H,006H,020H,008H,020H,010H DB 020H,020H,030H,060H,020H,020H,000H,000H XUE: DB 040H,004H,030H,004H,011H,004H,096H,004H DB 090H,004H,090H,044H,091H,084H,096H,07EH DB 090H,006H,090H,005H,098H,004H,014H,004H DB 013H,004H,050H,006H,030H,004H,000H,000H DIAN: DB 000H,000H,0F8H,007H,048H,002H,048H,002H DB 048H,002H,048H,002H,0FFH,03FH,048H,042H DB 048H,042H,048H,042H,048H,042H,0FCH,047H DB 008H,040H,000H,070H,000H,000H,000H,000H QI: DB 040H,000H,020H,000H,058H,000H,047H,000H DB 054H,000H,054H,000H,054H,000H,054H,000H DB 054H,000H,054H,000H,0D4H,01FH,014H,020H DB 006H,040H,004H,080H,000H,070H,000H,000H GONG: DB 000H,020H,004H,020H,004H,020H,004H,020H DB 004H,020H,004H,020H,004H,020H,0FCH,03FH DB 004H,020H,004H,020H,004H,020H,004H,020H DB 004H,020H,004H,020H,000H,020H,000H,000H CHENG: DB 024H,008H,024H,006H,0A4H,001H,0FEH,0FFH DB 0A3H,000H,022H,041H,020H,041H,07EH,049H DB 042H,049H,042H,049H,042H,07FH,042H,049H DB 042H,049H,07EH,069H,000H,041H,000H,000H XUE: DB 040H,004H,030H,004H,011H,004H,096H,004H DB 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024H,008H,024H,088H,020H,048H,010H,030H DB 010H,00CH,0FFH,003H,010H,040H,010H,080H DB 000H,040H,0F0H,03FH,000H,000H,000H,000H HUA: DB 080H,000H,040H,000H,020H,000H,0F8H,0FFH DB 007H,000H,000H,004H,000H,002H,000H,001H DB 0FFH,03FH,040H,040H,020H,040H,010H,040H DB 018H,040H,000H,040H,000H,070H,000H,000H YI1: DB 080H,000H,080H,000H,080H,000H,080H,000H DB 080H,000H,080H,000H,080H,000H,080H,000H DB 080H,000H,080H,000H,080H,000H,080H,000H DB 080H,000H,0C0H,000H,080H,000H,000H,000H BAN: DB 084H,020H,084H,060H,0FCH,03FH,084H,010H DB 006H,092H,0F4H,041H,000H,038H,0FFH,007H DB 000H,040H,084H,040H,084H,040H,0FCH,07FH DB 084H,040H,086H,060H,004H,040H,000H,000H PP: DB 000H,000H,008H,020H,008H,020H,0F8H,03FH DB 0F8H,03FH,008H,021H,008H,021H,008H,001H DB 008H,001H,008H,001H,008H,001H,098H,001H DB 0F8H,000H,0F0H,000H,060H,000H,000H,000H NING0: DB 000H,000H,080H,001H,0E0H,00FH,0F0H,01FH DB 0F0H,01FH,018H,030H,008H,020H,008H,020H DB 008H,020H,008H,020H,018H,030H,0F8H,01FH DB 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0F8H,039H,088H,020H,088H,020H,088H,020H DB 0C8H,020H,0C8H,020H,088H,020H,088H,03FH DB 088H,01FH,008H,00FH,000H,000H,000H,000H WU1: DB 000H,000H,000H,000H,000H,018H,0F8H,01DH DB 0F8H,039H,088H,020H,088H,020H,088H,020H DB 0C8H,020H,0C8H,020H,088H,020H,088H,03FH DB 088H,01FH,008H,00FH,000H,000H,000H,000H BA: DB 000H,000H,000H,00CH,070H,01EH,0F0H,01EH DB 0D8H,033H,0C8H,021H,088H,021H,088H,021H DB 088H,021H,088H,023H,088H,023H,0D8H,037H DB 070H,01EH,070H,00CH,000H,000H,000H,000H WEI: DB 092H,002H,052H,08AH,032H,056H,0FEH,023H DB 032H,052H,052H,08EH,010H,042H,0FCH,021H DB 026H,019H,0A5H,007H,07CH,07DH,024H,0A1H DB 024H,0B1H,0FCH,0A9H,000H,0B0H,000H,0A0H ZHAO: DB 040H,001H,020H,001H,038H,001H,0E7H,07FH DB 024H,021H,024H,011H,024H,009H,024H,001H DB 004H,000H,0F0H,01FH,000H,000H,000H,040H DB 000H,080H,0FFH,0FFH,000H,000H,000H,000H END LED试验结果: 三、系统调试 u 软件调试:软件为老师所提供,其原理在上一模块已作说明,在这里再作说明,软件经调试无误,直接将其下再到单片机中,看是否达成所要效果软件部分是先参考书上例子,然后自己依据硬件电路写程序, 因为以前所学是单片机汇编语言,所以这个系统在编写程序过程中全部采取汇编语言编写。刚刚开始,编写不会一次性经过,经过仔细分析- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
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