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    2022年《微机原理课程设计》基于80x86的步进电机控制系统.docx

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    2022年《微机原理课程设计》基于80x86的步进电机控制系统.docx

    精品学习资源微机原理与接口技术课程设计姓名: 厉小洋学号: 0945533117班级: 09 电气 1 班专业: 电气工程及其自动化学院: 电气与信息工程学院江苏科技高校张家港校区2021 年 9 月欢迎下载精品学习资源目录一 理论部分21 课题要求与内容 .22 系统方案设计 . .33 系统硬件地设计 . .44 系统软件设计 . .5二 实践部分61 系统硬件原理简介 .62 系统硬件调试中显现地问题及解决措施.103 系统软件 . .113.1 软件设计113.2 软件调试中显现地问题及解决措施14三 附录15欢迎下载精品学习资源题目:基于 80x86地步进电机掌握系统第一章、 理论部分一 微机原理课程设计课题要求与内容内容要求:(1) ) 使用 8255A 掌握步进电机地运转 .(2) ) 使用数码管 LED显示速度地大小 .(3) ) 使用 8253 定时器调剂速度地大小 .(4) ) 使用 4 个独立按键掌握步进电机,即 “正传”、“反转”、“停止”、“调速”.(5) ) 使用 8259A 产生中断掌握按键;(6) ) 使用 DAC0832显示速度地波形 .拓展功能:(1) ) 按键部分可以增加 “加速”、“减速”等功能;(2) ) 考虑可以加蜂鸣器来区分 “正转”和“反转”;(3) ) 其他可以有自己特色地功能均可 .二 系统方案设计在课程要求地前提下,步进电机为四相八拍步进电机,这样可以用8255 地一个端口掌握电机地驱动, LED显示为十六位欢迎下载精品学习资源80X868255步进电机欢迎下载精品学习资源82598254LED显示按键掌握欢迎下载精品学习资源图 1 系统流程图在 8255 中可用两个端口掌握,按键单元可与电机共用一个八位端口,由8254 产生可编程脉冲,进入8259 产生中断,反馈给 80x86,掌握 8255.再执行到步进电机及其 LED显示上,一个脉冲步进电机一拍.由按键读入系统状态.详细地系统设计如图 1 为系统简况流程图三 系统硬件设计在硬件设计中,主要是通过步进电机模块、8255 模块、 LED模块、 8254 模块.在 8255 芯片上用 A,B 口掌握数码管地显示( A 为位选 B 为段选) ,C口地高四位为四个按键单元,低四位作为输出,掌握步进电机 .片选 CS接 IOY2.在 8259 和 8254 上,采纳一个脉冲一拍地方式 .给 8254 一个 1.8432MHZ 在 CLK2,OUT2输出给 CLK0,由 OUT0 给 8259 地 INT,输出一个脉冲,经由 IR0 给 80x86 地中断口 INTR.如图 2 为硬件连接图,如下硬件连接: 8254,8255,8259 地 CS分别接在 IOY2,IOY0,IOY18255芯片连接: 8255 地 A,B 掌握 LED,A 口接位选, B 口接段选,将 C口分为两段,高四位读取按键,低四位掌握步进电机,按键分为四个如下表 1 所示表 1K1判定开关0 开1 关K2判定正反转0 正1 反K30101K40速度 10速度 211速度 3速度 4欢迎下载精品学习资源8254:GATE2接电源 +5v 给 CLK2一个信号 OUT2 接 CLK0将输出接 8259地 INT ,在用 8259 地 IRO1连接到 80X86 地中断 INTRXD0XD7D0PC0步进电机单元D7PC3XA2A0A1PC4PC7按键单元欢迎下载精品学习资源IOWIOR IOY0XD0XD78086IOW系IOR统IOY1总线INTR XA2XD0XD7XIOWXIOR IOY2XA28255WRA口RDCSB口D0 D7WRRDINT CS8259IR0 A0D0OUT0D7CLK0WROUT2 RDCSCLK28254A0A1GATE2LE D显示1.8432MHZ+5V欢迎下载精品学习资源图 2 硬件连接图欢迎下载精品学习资源四 系统软件设计开头系统初始否判定开关是判定正判定速计数器装入初是判定是否进入中断否LED 显判定是否八拍走完是否否判定键盘是否有按键是终止图 3 软件系统工作流程图欢迎下载精品学习资源过 8255 读取按键地信号,来掌握步进电机地开关,正转,反转,速度地大小.通过 8254 计数器工作在方式 0 地状态下来掌握每拍运行地时间,步进电机速度不同,赋给 8254 地初始值不同,同时 8255 地 PA,PB口向 LED接口输出信号, LED数码管显示步进电机每分钟地转速 .8254 计数器每次运行终止,向8259 发出一个高电平, 8259IR0 接口检测到高电平信号,即进入中断服务程序,在中断服务程序里,执行对下一拍给步进电机信号地赋值.在每次循环中,执行键盘按键检测程序,如有按键,退出程序,否就,反复循环.如图 3 为软件系统地工作流程图其次章 实践部分一 系统硬件原理简介1.1 步进电机地简介及其工作原理步进电机地驱动原理是通过它每相线圈地电流地次序切换来使电机作步进 式旋转,驱动电路由脉冲来掌握,所以调剂脉冲地频率便可转变步进电机地转 速,微掌握器最适合掌握步进电机 .另外,由于电机地转动惯量地存在,其转动速度仍受驱动功率地影响,当脉冲地频率大于某一值时,电机便不再转动.本次课程设计中电机共有四个相位( A,B,C,D),按转动步骤可分单 4 拍( A->B->C->D->A) ,双 4 拍( AB->BC->CD->DA->A)B和单双 8 拍( A->AB->B->BC->C->CD->D->DA->A) .此模块地主要功能是通过接收 8255 地 C口输入信号来掌握步进电机地转动,欢迎下载精品学习资源A,B,C,D分别代表不同地四个相位,分别接入到PC0,PC1,PC和2制PC3实现转动控欢迎下载精品学习资源相12345678A11000001B01110000C00011100D00000111欢迎下载精品学习资源表 2如上述表 2 所示,通过编程对 8255 地输出进行掌握,使输出根据相序表给驱动电路供电,就步进电机地输入也和相序表一样,这样步进电机就可以正向 转动,反之,就反向转动 .1.2 试验所用芯片地介绍及其掌握方式1.2.1 8254地简介8254 是 Intel 公司生产地课可编程定时器, 8254 芯片主要由四部分组成:1 数据总线缓冲器数据总线缓冲器是一个三态、双向8 位寄存器主要作用是与 CPU进行数据交换, 8 位数据线 D7 D0 与 CPU地系统数据总线连接,构成 CPU和 8254 之间信息传送地通道, CPU通过数据总线缓冲器向8254 写入掌握命令、计数初始值或读取计数值 .2 读写规律读写规律是芯片地掌握部分,编程人员通过掌握信号地挑选来挑选芯片地工作方式 .读/ 写掌握规律用来接收 CPU系统总线地读、写掌握信号和端口挑选信号,用于掌握 8254 内部寄存器地读 / 写操作.3 掌握字寄存器掌握寄存器是一个只能写不能读地8 位寄存器,系统通过指令将掌握字写入掌握寄存器,设定 8254 地不同工作方式 .4 计数器8254 内部有三个结构完全相同而又相互独立地16 位减“ 1计”数器,每个计数器有六种工作方式,各自可根据编程设定地方式工作.1).有 3 个独立地 16 位计数器2).每个计数器可按十进制或二进制计数3).8254 每个计数器答应最高计数为 10MHZ欢迎下载精品学习资源4).8254 有读回指令,仍可以读出状态寄存器地内容5).每个计数器可编程工作于 6 中不同地方式6)计数脉冲可以是有规律地时钟信号,也可以是随机信号,计数初值公式为 n=fclki/foutifclki 是输入时钟脉冲地频率, fouti 是输出波形地频率 工作方式地分类:1) 方式 0:计数到 0 终止输出正跳动信号方式2) 方式 1:硬件可重触发单稳方式3) 方式 2:频率发生器4) 方式 3:方波发生器5) 方式 4:软件触发选通方式6) 方式 5:硬件触发选通方式8255 地简介及其掌握8255 是 Intel 公司生产地可编程并行 I/O 接口芯片,有 3 个 8 位并行 I/O 口. 具有 3 个通道 3 种工作方式地可编程并行接口芯片( 40 引脚) . 其各口功能可由软件挑选,使用敏捷,通用性强 .8255 可作为单片机与多种外设连接时地中间接口电路 .8255 作为主机与外设地连接芯片,必需供应与主机相连地3 个总线接口,即数据线、地址线、掌握线接口 .同时必需具有与外设连接地接口A、B、C口.由于 8255 可编程 ,所以必需具有规律掌握部分,因而8255 内部结构分为 3 个8254 地掌握字有两个:一个用来设置计数工作方式称为方式掌握字.另一个用来设置读回命令,称为读回掌握字 .如下表 3 是掌握方式表格D7D6表3 8254地方式掌握字格式D5D4D3D2D1D0计数器挑选读/ 写工作方式挑选计数码制选择00-计数器000-锁存计数值000-方式 00-二进制数01-计数器101-读/ 写低 8 位001-方式 11-十进制数10-计数器210-读/ 写高 8 位010-方式 211-读出掌握字标志11-先读/ 写低 8 位再读/ 写高 8 位011-方式 3100- 方式 4101- 方式 5欢迎下载精品学习资源部分:与 CPU连接部分、与外设连接部分、掌握部分.8255 可编程外围接口芯片是通用并行口芯片,具有 A、B、C 三个并行接口,有三种工方式 .方式 0基本地输入输出 .方式 1选通输入输出 .方式 2双选通工作方式表格 2 为掌握字格式,如下图4 、图 5 分别为 8255 工作方式掌握字格式和8255 C口按位置位 / 复位掌握字格式 .图 4、 8255 工作方式掌握字格式图 5 8255 C口按位置位 / 复位掌握字格式欢迎下载精品学习资源8259 地简介及其掌握方式8259A 是特地为了对 8085A 和 8086/8088 进行中断掌握而设计地芯片, 它是可以用程序掌握地中断掌握器 .单个地 8259A 能治理 8 级向量优先级中断.在不增加其他电路地情形下,最多可以级联成64 级地向量优级中断系统.8259A 有多种工作方式,能用于各种系统 .各种工作方式地设定是在初始化时通过软件进行地 . 在总线掌握器地掌握下, 8259A 芯片可以处于编程状态和操作状态,编程状态是 CPU使用 IN 或 OUT指令对 8259A 芯片进行初始化编程地状态 .功能:就是在有多个中断源地系统中,接受外部地中断恳求,并进行判定,选中当前优先级最高地中断恳求,再将此恳求送到CPU地 INTR端; 当 CPU响应中断并进入中断子程序地处理过程后,中断掌握器仍负责对外部中断恳求地治理 .二 系统硬件调试中显现地问题及解决措施问题一 步进电机运转不流畅缘由:分析后发觉,程序执行中地中断无法连续执行,由于8254 采纳方式3 发出地中断信号,脉冲时间太短,解决方法:在调整 8254 地计数器采纳方式 1 后,一旦检测信号,重新将计数器装入初值问题二 数码管显示乱码缘由:查看显示数据发觉,当 8255 输出一个段码后,下一次显现地是上一次输出地值解决方法:在以后每次输出之后,都输出一个00A,以清除 8255 寄存器中地值,以达到清除乱码地成效欢迎下载精品学习资源初始化 8259、8255口 18255PC4口检测开关按键1(开口20(关8255PC5口检测正反转按键0(正1(反PC6为08255PC6口检测速度PC6为1PC7为08255PC7口检测速度PC7为1PC7为08255PC7口检测速度PC7为1问题三 程序执行中有计数器赋初值,所以每次计数器都不能执行完发出中断缘由:赋初值在循环当中解决方法:将计数器赋初值放到循环外面,引用FLAG来判定是否进入中断,假如进入,就重新将计数器赋初值问题四:读取按键纷乱缘由:用 PC7-PC4来读取按键 .读出地按键数值在高四位,于我们用低四位处理相冲突解决方法:将读出地数值右移四位三 系统软件3.1 软件设计3.1.1 8255掌握模块如图6所示, 8255主要负责不停地读取按键状态检测速度地大小.欢迎下载精品学习资源如图6 8255流程图3.1.2 8254延时模块8254 装入初值PC低四位控制步进电机8255PA.PB口输出 LED显示速度进入图 6 地口1是判定是否运转八拍否否是否进入中断是图 78254模块流程进入图 6 地口2设置 8254 地掌握字,通过 8254 设置延时,产生延时频率,最终再接入到8255 掌握步进电机地运转与停止,速度大小主要通过对8254 装入初值地不同来掌握,流程如下图 7,与上图 6 连接(图 7 分别于图 6 最终连接)欢迎下载精品学习资源3.1.3 LED 显示模块LED模块地主要功能是前四位显示步进电机地转速(r/min )度地值 .此模块用 8255A、B 口地掌握 LED数码管位置码,采纳动态扫描方式让数码管显示出速度值.利用 8255 地端口 A、B 口各八位,共十六位掌握数码管地显示,其中A 口为位选掌握, B 口为段选掌握,直接显示步进电机地转速.数码管地显示掌握对应于下图 8图 8 数码管对应图欢迎下载精品学习资源3.1.4 8259中断模块中断模块地 8259 主要负责接收来自来自 8254 地信号欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源8254 地信号产生中断,给 80x86,掌握步进电机,如图 98259一个脉冲产生一个中断欢迎下载精品学习资源步进电机转动一拍80x86图 93.2 软件调试中显现地问题及解决措施问题一 程序运行中反复执行 MOV BX,OFFSET TTABLEL.缘由:放在最高地级别地大循环当中,所以会反复执行.解决方法:引用 CX计数,当 CX由 08H 变成 00H 时,才返回执行 MOV BX,OFFSET TTABLEL问题二 跳转指令无法达到期望位置,提示错误 .缘由: JZ,JNZ指令只能跳转 255,而我们程序跳转跳远,超出范畴 .解决方法:使用 JMP语句,在中间插入,多次跳转,以达到跳转位置欢迎下载精品学习资源附录(源程序)IOY1EQU3040H;片选 IOY0对应地端口始地址MY8255_AEQUIOY1+00H*4 ;8255 地 A 口地址MY8255_BEQUIOY1+01H*4 ;8255 地 B 口地址MY8255_CEQUIOY1+02H*4 ;8255 地 C口地址MY8255_MODE EQUIOY1+03H*4 ;8255 地掌握寄存器地址IOY2EQU3080H;片选 IOY1对应地端口始地址MY8254_COUNT0EQUIOY2+00H*4;8254 计数器0 端口地址MY8254_COUNT1EQUIOY2+01H*4;8254 计数器1 端口地址MY8254_COUNT2EQUIOY2+02H*4;8254 计数器2 端口地址MY8254_MODEEQUIOY2+03H*4;8254 掌握寄存器端口地址INTR_IVADDEQU01C8H;INTR对应地中断矢量地址INTR_OCW1EQU0A1H;INTR对应 PC机内部 8259 地 OCW1地址INTR_OCW2EQU0A0H;INTR对应 PC机内部 8259 地 OCW2地址INTR_IMEQU0FBH;INTR对应地中断屏蔽字IOY0EQU3000H;片选 IOY0 对应地端口始地址MY8259_ICW1 EQUIOY0+00H;试验系统中 8259 地 ICW1 端口地址MY8259_ICW2 EQUIOY0+04H;试验系统中 8259 地 ICW2 端口地址MY8259_ICW3 EQUIOY0+04H;试验系统中 8259 地 ICW3 端口地址MY8259_ICW4 EQUIOY0+04H;试验系统中 8259 地 ICW4 端口地址MY8259_OCW1 EQUIOY0+04H;试验系统中 8259 地 OCW1端口地址MY8259_OCW2 EQUIOY0+00H;试验系统中 8259 地 OCW2端口地址MY8259_OCW3 EQUIOY0+00H;试验系统中 8259 地 OCW3端口地址STACK1 SEGMENT STACK DW 256 DUP.STACK1 ENDSDATA SEGMENT欢迎下载精品学习资源MESDB'Press any key to exit.',0AH,0DH,0AH,0DH,'$'CS_BAKDW .;储存 INTR原中断处理程序入口段地址地变量IP_BAKDW .;储存 INTR原中断处理程序入口偏移地址地变量IM_BAKDB .;储存 INTR原中断屏蔽字地变量TTABLE1 DB01H,03H,02H,06H,04H,0CH,08H,09;H正转编码TTABLE2 DB09H,08H,0CH,04H,06H,02H,03H,01;H反转编码FLAGDB00H;标志位DATA ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATASTART: MOV AX,DATA MOV DS,AXMOV DX,OFFSET MES;显示退出提示MOV AH,09H INT 21HCLIMOV AX,0000H;替换 INTR地中断矢量MOV ES,AXMOV DI,INTR_IVADD MOV AX,ES:DIMOV IP_BAK,AX;储存 INTR原中断处理程序入口偏移地址MOV AX,OFFSET MYISRMOV ES:DI,AX;设置当前中断处理程序入口偏移地址ADD DI,2MOV AX,ES:DIMOV CS_BAK,AX;储存 INTR原中断处理程序入口段地址MOV AX,SEG MYISRMOV ES:DI,AX;设置当前中断处理程序入口段地址MOV DX,INTR_OCW1;设置中断屏蔽寄存器,打开 INTR地屏蔽位IN AL,DXMOV IM_BAK,AL;储存 INTR原中断屏蔽字AND AL,INTR_IMOUT DX,ALMOV DX,MY8259_ICW1;初始化试验系统中 8259 地 ICW1 MOV AL,13H;边沿触发、单片 8259、需要 ICW4 OUT DX,ALMOV DX,MY8259_ICW2;初始化试验系统中 8259 地 ICW MOV AL,08HOUT DX,AL欢迎下载精品学习资源MOV DX,MY8259_ICW4;初始化试验系统中 8259 地 ICW4 MOV AL,01H;非自动终止 EOIOUT DX,ALMOV DX,MY8259_OCW3;向 8259 地 OCW3发送读取 IRR命令MOV AL,0AHOUT DX,ALMOV DX,MY8259_OCW1;初始化试验系统中 8259 地 OCW1 MOV AL,0FEH;打开 IR0 地屏蔽位OUT DX,AL STIMOV DX,MY8255_MODE;初始化 8255 工作方式MOV AL,88H;工作方式 0,A 口输出, B 口输出, C高四位输入,低四位输出OUT DX,ALA:MOV AH,1;判定是否有按键按下INT 16HJNZ WAIT1;无按键就跳回连续执行,有就退出MOV CX,08H;计数初值MOV DX,MY8255_CIN AL,DX;读 C口高 4 位地数据SHR AL,1;转向 C口地低 4 位SHR AL,1SHR AL,1 SHR AL,1PUSH BXMOV BL,AL;BL储存 AL 中地数据MOV BH,BL;BH中储存 AL 地数据AND BL,01H;取开关状态CMP BL,00HJZ A;假如是 0,就跳转到 A AND BH,02H;取正反转状态 CMP BH,00HJZ FORWARD;假如是 0,跳正转JNZ BACKWARD;假如是 1,跳反转POP BX欢迎下载精品学习资源FORWARD:MOV BX,OFFSET TTABLE;1将地 TTABLE1首地址赋给 BX欢迎下载精品学习资源JMP B;跳转到 B 取速度BACKWARD:MOV BX,OFFSET TTABLE;2 将地 TTABLE2首地址赋给 BXJMP B;跳转到 B 取速度B:MOV CX,08H;计数初值MOV FLAG,00H;中断终止后给 FLAG赋值 00H MOV DX,MY8255_CIN AL,DX;读 C口数据SHR AL,04H;将数据左移四位AND AL,0CH;取高两位MOV AH,AL;储存 AL中地数据AND AL,08H;取最高位CMP AL,00H;与 00 比较JZ CAMP1 JNZ CAMP2CAMP1: AND AH,04H;取其次位CMP AH,00HJZ SPEED1C;00 速度 1, 跳 SPEED1C JNZ SPEED2C;01 速度 2,跳 SPEED2CCAMP2: AND AH,04H;取其次位CMP AH,00HJZ SPEED3C;10 速度 3,跳 SPEED1C JNZ SPEED4C1;11 速度 4,跳 SPEED1CSPEED1C:MOV DX,MY8254_MODE;初始化 8254 工作方式MOV AL,0B6H;计数器 2,方式 3OUT DX,ALMOV DX,MY8254_COUNT2;装入计数初值MOV AL,24H;36 分频OUT DX,AL MOV AL,00H OUT DX,ALMOV DX,MY8254_MODE;初始化 8254 工作方式MOV AL,30H;计数器 0,方式 1OUT DX,ALMOV DX,MY8254_COUNT0;装入计数初值欢迎下载精品学习资源MOV AL,0FFH;255 OUT DX,ALMOV AL,00H OUT DX,AL JMP SPEED1SPEED2C:MOV DX,MY8254_MODE;初始化 8254 工作方式MOV AL,0B6H;计数器 2,方式 3OUT DX,ALMOV DX,MY8254_COUNT2;装入计数初值MOV AL,48H;72 分频OUT DX,AL MOV AL,00H OUT DX,ALMOV DX,MY8254_MODE;初始化 8254 工作方式MOV AL,36H;计数器 0,方式 1OUT DX,ALMOV DX,MY8254_COUNT0;装入计数初值MOV AL,0FFH;255 OUT DX,ALMOV AL,00H OUT DX,AL JMP SPEED2A1:JMP A SPEED4C1:JMP SPEED4SPEED3C:MOV DX,MY8254_MODE;初始化 8254 工作方式MOV AL,0B6H;计数器 2,方式 3OUT DX,ALMOV DX,MY8254_COUNT2;装入计数初值MOV AL,90H;144 分频OUT DX,AL MOV AL,00H OUT DX,ALMOV DX,MY8254_MODE;初始化 8254 工作方式MOV AL,36H;计数器 0,方式 1OUT DX,AL欢迎下载精品学习资源MOV DX,MY8254_COUNT0;装入计数初值MOV AL,0FFH;255 OUT DX,ALMOV AL,00H OUT DX,AL JMP SPEED3SPEED4C:MOV DX,MY8254_MODE;初始化 8254 工作方式MOV AL,0B6H;计数器 2,方式 3OUT DX,ALMOV DX,MY8254_COUNT2;装入计数初值MOV AL,0FFH;288 分频OUT DX,AL MOV AL,01H OUT DX,ALMOV DX,MY8254_MODE;初始化 8254 工作方式MOV AL,36H;计数器 0,方式 1OUT DX,ALMOV DX,MY8254_COUNT0;装入计数初值MOV AL,0FFH;255 OUT DX,ALMOV AL,00H OUT DX,AL JMP SPEED4A2:JMP A1 SPEED1:MOV AL,BXMOV DX,MY8255_C;给步进电机输入信号OUT DX,ALDEC CX;每输入一次信号 CX减 1CMP CX,00H;将 CX地值与 00H 比较,假如跳转 8 次,跳转到 A,重新开头扫描按键JZ ACMP FLAG,OOH;判定是不是已经进入中断,假如进入,跳转到B,假如没有,连续执行 LED地显示JNZ BMOV DX,MY8255_AMOV AL,0EFH;段选 3 号位欢迎下载精品学习资源OUT DX,ALMOV DX,MY8255_BMOV AL,06H;显示数字 1 OUT DX,ALMOV AL,00H;排除锁存值OUT DX,ALMOV DX,MY8255_AMOV AL,0F7H;段选 2 号位OUT DX,ALMOV DX,MY8255_BMOV AL,5BH;显示数字 2 OUT DX,ALMOV AL,00H;排除锁存值OUT DX,ALMOV DX,MY8255_AMOV AL,0FBH;段选 1 号位OUT DX,ALMOV DX,MY8255_BMOV AL,3FH;显示数字 0 OUT DX,ALMOV AL,00H;排除锁存值OUT DX,AL JMP A1A3:JMP A2 SPEED2:MOV AL,BXMOV DX,MY8255_C;给步进电机输入信号OUT DX,ALDEC CX;每输入一次信号 CX减 1CMP CX,00H;将 CX地值与 00H 比较,假如跳转 8 次,跳转到 A,重新开头扫描按键JZ ACMP FLAG,OOH;判定是不是已经进入中断,假如进入,跳转到B,假如没有,连续执行 LED地显示JNZ BMOV DX,MY8255_AMOV AL,0F7H;段选 2 号位OUT DX,ALMOV DX,MY8255_BMOV AL,7DH;显示数字 6 OUT DX,ALMOV AL,00H;排除锁存值OUT 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