微机原理课程设计+八路抢答器.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流微机原理课程设计+八路抢答器.精品文档.安徽工程科技学院本科课程设计任务书 2008 届 计算机科学与工程 系 计算机科学与技术 专业 课程设计题目：抢答器 原始资料1、微型计算机及接口实验指导书2、微型计算机接口技术及应用教材3、LPT接口通信的工作原理（图书馆借、网上搜索、下载） 课程设计任务内容1. 课程设计的目的意义：通过课程设计培养同学们的系统设计能力，使同学们达到以下能力训练：、调查研究、分析问题的能力；、使用设计手册、技术规范的能力；、查阅中外文献的能力；、制定设计方案的能力；、计算机应用的能力；、设计计算和绘图的能力；、技术经

2、济指标的分析能力；、语言文字表达的能力。2. 本课题研究的主要内容：应用PC机的LPT口设计一个8路抢答器。基本要求：、设计LPT接口外的电路。、选择一种计算机程序设计语言（VB、VC、Delphi都可以）。、分析、了解、掌握在所选择的计算机语言下如何实现对端口的操作。、设计抢答器的显示界面。、程序设计实现抢答器的功能。、编写课程设计说明书。3. 提交的成果：一份符合毕业设计论文规范的课程设计说明书课程设计统一使用学校印制的课程设计封面及课程设计袋。课程设计袋按要求认真填写，字体要工整，卷面要整洁，手写一律用碳素墨水书写。课程设计除课程设计袋的其它资料鼓励用计算机打印。课程设计按统一顺序装订：

3、（1） 封面（2） 前言（3） 目录（4） 课程设计任务书（须有指导教师签名及日期）（5） 正文（分章、层次等，每一章从新的一页开始）（6） 小结（7） 参考文献（8） 课程设计图纸装订好后放入填写好的资料袋内由各教学单位存档。相关要求可酌情参照“安徽工程科技学院本科毕业设计（论文）管理办法”执行。指导教师（签字）完成日期2008年12月26 日接受任务书学生（签字）第一章抢答器简介1、设计要求设计一个具有8路抢答的抢答器，利用并行接口和开关键。逻辑开关K0-K7代表抢答按钮，当某个逻辑开关闭合时，相当于抢答按钮按下，此时在七段数码管上将其号码显示出来，并使喇叭响一声（或者以发光二极管代替）。

4、1) 中断优先级管理器8259A控制字要求芯片控制字：采用边沿触发，单片8259，要写入ICW4控制字中断类型码控制字：设置IR0IR7的中断类型码依次为08H、09H、0FH方式控制字：优先级设置方式为全嵌套方式即固定优先级方式，主片工作在缓冲方式下,中断结束方式采用中断非自动结束方式,8259工作在80X86系统上。2) 可编程并行接口芯片8255A控制字要求A口工作在方式0，做为输入端口用于连接选手按键（PA7PA0依次对应按键18）；B口工作在方式0，做为输出端口，经驱动器1连接LED显示器（PB7PB0依次对应连接LED显示器的dp、g、f、e、d、c、b、a七段数码管管脚）；C口也

5、必须工作在方式0，高4 位做输入端口（本次设计中只用PC4、PC5,分别用于连接复位键和开始键），低4位做输出端口（PC3PC0，经驱动器2后PC1、PC2、PC3分别用于连接黄、红、绿三个发光二极管，PC0连接到8253的GATE1端，以控制通道1的计数）。3) 可编程定时器计数器8253控制字要求通道0：操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式3即方波发生器，计数格式为BCD码，计数初值为4000。通道1：操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式1即可重触发的单稳态触发器，计数格式为BCD码,计数初值为3000。通道2：操作类型为先读写低字节再读写高字节，工作在方式3即方波发生

6、器，计数格式为BCD码，计数初值为0。2、实现功能启动计算机，计算机自动为系统各芯片进行初始化，抢答器开始工作。比赛开始，在主持人按下开始键，绿灯亮后，选手才可开始抢答，否则违规。若选手抢答成功，LED显示器显示选手号码，扬声器鸣叫。若选手抢答违规（主持人未按开妈键），LED显示器显示违规选手号码，红灯亮，扬声器报警，并根据比赛规则进行对该选手进行扣分。若系统提示某号选手抢答违规，主持人仍未按开始键，此时该号选手又按下抢答键，LED显示器显示该选手的号码。本系统开机后，若主持人既未按复位键又未按开始键，此时有选手按下抢答键，系统提示红灯亮，并报警。注： 1、抢答成功，置8253通道2计数值为1

7、000，扬声器的鸣叫声音频率为1MHz/1000=1KHz。2、抢答失败，置8253通道2计数值为2000，扬声器的鸣叫声音频率为1MHz/2000=0.5KHz。3、扬声器鸣叫或报警的时间为12s。第二章总体设计1、总体设计框图由于本次实验要用到数码显示、中断控制、倒计时等功能，故初步分析，需要8255、8259、8253等芯片。经过分析，实验的关键是准确判断出最先抢答者的信号并锁存，而同时不理睬其他抢答者的信号。为此，可将8个抢答按钮信号通过一个8位并行输入口接至微机中。当主持人启动抢答过程后，微机通过该并行输入口循环对8路抢答信号进行采样。当采样到那一组的抢答信号已经发出，则立即停止采样

8、，并记录下该组的组号，每路抢答按钮电路可以参考图2.1进行设计。 +5V1 图2.1抢答按钮电路由图可知,当8组均未按下抢答按钮时,送入到并行接口的8位抢答状态都是0,而当微机采样到这8位数据不为0时,则表示有一组获得了抢答机会,然后通过逐位查询个位状态,即可判断出哪一组抢答成功,最后利用并行输出接口将抢答成功的组号现实出来.在实验中,可以仅用一位7段数码管来显示抢答选手的组号.为了对抢答后的回答时间进行计时控制,可以利用一个可编程定时计时器，先置计数初值，再计时，当计时时间到后，由并行接口输出一个响铃信号提示抢答选手的回答时间已到。由于本系统要求对犯规的组亮红灯警告，所以要设置一个启动按键，

9、在主持人按下启动按键之前，如果有抢答钮被按下，则该抢答选手犯规，可以通过并行接口输出一个信号使该组的红色发光二级管点亮以示该组选手犯规。综上所述，本实验的硬件电路设计如图2.2。微机扩展总线插孔AB译码电路并行接口定时器驱动器七段数码显示器犯规指示LED抢答按钮电路时钟电路启动按钮及电路8由于本系统要求对犯规的组亮红灯警告，所以要设置一个启动按键，在主持人按下启动按键之前，如果有抢答钮被按下，则该抢答选手犯规，可以通过并行接口输出一个信号使该组的红色发光二级管点亮以示该组选手犯规。在设计中可以采用中断的方式输入启动按键的状态，为此可以将启动按键信号直接接到微机的某根中断请求线上。综上所述，本实

10、验的硬件电路可参考下图1示的硬件结构示意图进行设计。图2.2 硬件结构示意图其中8255与8086连接图如下图2.3图2.3 8086与8255连接图2、硬件总体设计1) 系统方案该抢答器所要器件：中断优先级管理器8259A、可编程并行接口芯片8255、可编程定时器计数器8253，三个一样的驱动器，黄、红、绿三个发光二极管，十三个电阻，一个8输入与非门，一个非门，一个扬声器，一个LED显示器，10个按键。2) 内存单元编址中断优先级管理器8259A的端口地址为20H、21H可编程并行接口接口芯片8255A的端口地址为80H、81H、82H、83H可编程定时器计数器8253的端口地址为40H、4

11、1H、42H、43H3) 键盘、扬声器及显示功能的定义10个按键中，一个开始键一个复位键，另外8个用做8位选手的抢答按键。扬声器用与黄、红、绿三个发光二极管配合使用，黄灯亮扬声器鸣叫表示抢答成功，红灯亮扬声报警表示抢答违规报警，绿灯亮扬声器不鸣则表示主持人已按下开始键。LED显示器显示的内容与选手号对应，抢答成功或违规都要显示。3、软件总体设计1) 存储单元的分配、标志位的含义 定义一个TAB变量用来存储19的字形码信息，如下表LED的管脚对应的字形对应存放在内存单元的字形码dp、g、f、e 、d、c、b、a0 0 0 0 0 1 1 00 1 0 1 1 0 1 10 1 0 0 1 1 1

12、 10 1 1 0 0 1 1 00 1 1 0 1 1 0 10 1 1 1 1 1 0 00 0 0 0 0 1 1 10 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 112345678906H5BH4FH66H6DH7CH07H7FH6FH 定义一个BZ变量作为标志位，用来选手抢答是否违规，BZ=0FFH时表示主持人已经按下开始键选手可以抢答，BZ=00H表示主持人未按下开始按键，选手不可以抢答。2) 主程序流程图开始设置LED字形码初值、标志位初值对8259A、8255A、8253进行初始化设置抢答按键中断向量并使IF置1开放中断关闭LED显示器检测开始键是否按下检测开始键

13、是否弹起点亮绿灯置标志位值为FFH使IF=1开放中断检测复位键是否按下检测复位键是否弹起关闭LED显示器、指标灯将标志位清零，使IF=1开入中断结束YYYYNNNN先从82H 口中读一个字先从82H 口中读一个字先从82H 口中读一个字先从82H 口中读一个字图2.4主程序流程图第三章 硬件设计1、芯片的介绍1) 中断优先级管理器8259A8259A内部结构8259A采用NMOS工艺制成，有28根引脚，所有输入、输出端与TTL电平兼容，单一电源（Vcc=+5V）供电。8259的内部主要组成部分，包括处理部件（中断请求寄存器IRR、优先级鉴别器PR及现行服务寄存器ISR）、控制部件（控制逻辑及中

14、断屏蔽寄存器IMR）、数据总路线缓冲器、读写逻辑以及级联缓冲器比较器等5个部分。8259A主要的外部引脚图3.18259A引脚图D0D7：双向数据线，CPU与8259间利用这个数据总路线传送数据及命令。：写控制输入信号，同控制总路线上的 信号相连。：读控制输入信号，同控制总路线上的信号相连。A0：地址选择信号，用来对8259A内部的两个可编程寄存器进行选择。：片选输入信号，低电平有效。有郊时可通过数据总路线设置命令并对内部寄存器进行读出。当进入中断响应时序时，该引脚状态与进行的处理无关。INT：由8259A向CPU发出的中断请求信号。：输入信号，接收CPU送来的中断响应信号INTA。IR0IR

15、7：8个中断请求输入信号，高电平或上升沿有效。用于接收外设接口来的中断请求。8259A工作方式a. 优先级设置方式：全嵌套方式（固定优先级方式）、特殊全嵌套方式（可响应同级中断方式）、轮转优先级方式、特殊轮转优先级方式。b. 中断源屏蔽方式：普通屏蔽方式、特殊屏蔽方式。c. 中断结束方式：中断自动结束方式、中断非自动结束方式（包括一般中断结束方式、特殊中断结束方式）。d. 系统总路线连接方式：缓冲方式、非缓冲方式。e. 中断请求信号触发方式：边沿触发方式、电平触发方式。8259A初始化控制字格式ICW1(芯片控制字)D7 D6 D5D4D3D2D1D00 0 0特征位1触发方式0 边沿触发1

16、电平触发0单片选择信号0 多片8259级联1 单片8259是不要ICW40 不要(8080/8085)1 要(80X86)ICW2（中断类型码控制字,D7D3设置中断类型码）D7D6D5D4D3D2D1D0000ICW3（主片，级联时才用设置，各位为1则表示接有从片）D7D6D5D4D3D2D1D0IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR0ICW3（从片，级联时才用设置）D7D6D5D4D3D2 D1 D000000ID2 ID1 ID0 从片INT接于主片的引脚0 0 0 IR00 0 1 IR1 1 1 1 IR7ICW4（方式控制字）D7 D6 D5D4D3D2D1D00 0 0嵌

17、套方式0 全嵌套方式1特殊全嵌套方式缓冲方式0非缓冲方式1缓冲方式缓冲方式下0本片为从片1本片为主片中断结束方式0中断非自动结束1中断自动结束系统类型0 8080/80851 80X868259A操作命令字格式OCW0（中断屏蔽字,各位为1则被屏蔽）D7D6D5D4D3D2D1D0IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR0OCW1（轮转优先级和中断结束字）D7D6D5D4 D3D2 D1 D0轮转位0 非轮转1 轮转选择标志位0 L2L0无效1 L2L0有效中断结束位0 非中断结束 1 中断结束特征位00标志位000 IR0 优先级最低001 IR1 优先级最低OCW2（特殊屏蔽、查询和

18、状态读取字）D7D6D5D4 D3D2D1D00特殊屏蔽方式允许位0 禁止特殊屏蔽方式1 允许特殊屏蔽方式特殊屏蔽方式位0 非特殊屏蔽方式1 特殊屏蔽方式特征位01中断查询位0非中断查询1中断查询读寄存器0 禁止读1 允许读0读IRR1读ISR2) 可编程并行接口接口芯片8255A8255A内部结构8255A芯片是一个采用NMOS工艺制造的40引脚双列直插式（DIP）封装组件。8255A有3个8位数据端口，即A口、B口及C口，它们都可以分别作为输入口或输出口使用；A组控制与B组控制；读写控制逻辑；数据总路线缓冲器。8255A主要的外部引脚图3.28255A引脚图PA7PA0：A口的8条IO线。

19、8条线只能同时作为输入或输出，不能分开使用，可设置成双向口，也只有A口允许这样做。PB7PB0：B口的8条IO线。不可以设置成双向口，其它和A口一样。PC7PC0：C口的8条IO线。不可以设置成双向口，但它可以分拆为两组即高4位和低4位，这两组可以任意设置为输入或输出。除了作为独立的IO线外，C口还经常为A口、B口服务，配合A口、B口作联络线使用。A1、A0：端口地址选择信号。用于选择8255A的3个数据端口和一个控制口。当A1A0=00时，选择端口A；为01时，选择端口B；为10，选择端口C；为11时，选择控制口。8255A工作方式方式0：基本的输入输出方式。A口、B口、C口都可以工作在些方

20、式下。方式1：选通输入输出方式（应答方式）。A口、B口工作在此方式下。方式2：双向传输方式。只有A口可以工作在此方式下。8255A方式控制字格式D7D6、D5D4D3D2D1D01A口A口C口高4位B口B口C口低4位00 方式001 方式11x 方式20 输出1 输入0 输出1 输入0方式01方式10 输出1 输入0 输出1 输入3) 可编程定时器计数器82538253的内部结构8253采用NMOS工艺制成，有24个引脚，所有输入、输出端均TTL电平兼容，单一电源（Vcc=+5V）供电，最高计数速率为2.6MHz。它包括3个计数器（即计数器0、1、2）、数据总路线缓冲器、读写逻辑以及控制寄存器

21、等4个部分。8253的外部引脚图3.3 8253引脚图A1、A0：地址输入线，用来址8253内部的4个端口，即3个计数器和1个控制字寄存器与CPU系统地址线相连。CLK0、CLK1、CLK2：时钟脉冲输入端，用于输入定时脉冲或计数脉冲信号。CLK可以是系统的时钟脉冲，也可以由系统时钟分频或者其他脉冲源提供。当用于定时时，这个脉冲必须是均匀的、连续的、周期精确的，而用于计数时，这个脉冲可以是不均匀的、断续的、周期不定的。GATE0、GATE1、GATE3：门控输入端，用于外部控制计数器的启动计数和停止计数的操作。两个或两个以上计数器连用时，可用此信号同步，也可用于与外部某信号的同步。OUT0、O

22、UT1、OUT2：计数输出，当计数器从初值开始完成计数操作进，OUT引脚输出相应的信号。8253的工作方式方式0：减1计数到0，产生中断请求信号。方式1：减1计数到0，产生可重复触发的单稳态负脉冲信号。方式2：减1计数到1，分频器（速率信号发生器）。方式3：减1计数到初值的12，方波发生器。方式4：减1计数到0，软件触发产生选通负脉冲信号。方式5：减1计数到0，硬件触发产生选通负脉冲信号。8253方式控制字格式D7 D6D5 D4D3 D2 D1D000 选计数器001 选计数器110 选计数器200 计数器锁存01 只读写低8位10 先读写高8位11 先读写低8位 再读写高8位000 方式0

23、001 方式1X10 方式2X11 方式3100 方式4101 方式50 二进制计数1 BCD计数2、 芯片的连接1) 各芯片与CPU的连接8259A、8255A、8253的数据总线D7D0端、端、端、端、端、INT端分别与CPU的D7D0数据总线、片选端、端、端、端、INTR端。8255A、8253的A1、A0端分别接入CPU地址线的A1、A0端，8259的A0端接到CPU地址线的A0端；2) 各芯片之间的连接和与外设的连接8259A的IR2端接选手按键信息输出端；8255A的A口的PA7PA0依次接“按键1”“按键8”，B口的PB7PB0通过驱动器1接到LED显示器，C口的PC4、PC5分

24、别接复位键和开始键，PC3、PC2、PC1经驱动器2分别接绿灯发光二极管、红灯发光二极管、黄灯发光二极管，PC0接到8253的GATE1端；8253的GATE0端接+5V电压，OUT0的输出接入CLK1端，OUT1的输出经反相器后接入GATE2端，CLK0和CLK1接入1MHz的频率发生器，CLK2经驱动器3接扬声器。第四章软件设计1、子程序流程图开始保护现场，将各寄存器值压入堆栈将本次中断压入堆栈中，并置IF=0关闭中断设置循环次数为8次将AL中的值逻辑右移1位从8255的A端口获取选手按键信息，并将其值取反判断CX是否为0或ZF是否为1获取选手号码，并将值传给AX通过XLAT指令将选手号转

25、换成LED显示相应的字形码将转换好的字形码值传给8255的B端口判断标志位是否为FFH置8253 通道2计数值将黄灯点亮，抢答成功，扬声器鸣叫置8253 通道2计数值将红灯点亮，抢答违规，扬声器报警给8259发中断结束命令中断返回NYYN图4.1子程序流程图2、子程序清单;中断服务子程序KEYINTPROCFARPUSHAX;保护现场PUSHBXPUSH DXPUSHDSCLI;并使本次中断压入堆栈中的IF=0;（关中断）INAL,80H;从8255的A口获取选手按键信息NOTAL;将按键字节信息取反MOVCX,8;计数8次LOP4:SHRAL , 1;获取选手号码LOOPNZ LOP4MOV

26、AX,CX;把选手号传给AXMOVBX,OFFSETTAB;查段码（字形码）XLAT;将选手号转换成TAB中对应的LED;字形码OUT81H,ALTESTBZ,OFFH;判断标志位是否为FFHJZLOP5MOVAL,00H;置8253通道2计数值OUT42H,ALMOVAL,10HOUT42H,ALMOVAL,03H;黄灯亮，抢答成功OUT 82H,ALJMPKKKLOP5:MOV AL,00H;置8253通道2计数值OUT42H,ALMOV AL,20HOUT 42H,ALMOVAL,05H;红灯亮，抢答违规OUT82H,ALKKK:MOVAL,20H;给8259发中断结束命令,写OCW2O

27、UT20H,ALPOPAX;恢复现场POPBXPOPDXPOPDSIRETKEYINTENDP小结通过本次实验掌握了微机系统的开发步骤，掌握了中断优先级管理器8259A、可编程并行接口接口芯片8255A、可编程定时器计数器8253和数码管的用法，掌握了汇编程序的设计。本次设计需要熟练掌握汇编语言，熟悉中断优先级管理器8259A、可编程并行接口接口芯片8255A、可编程定时器计数器8253的内部结构、外部引脚和功能，熟悉LED显示器的结构及译码方式。中断优先级管理器8259A在本系统中用来管理选手按键中断信息。可编程并行接口接口芯片8255A在本系统中用来连接选手的按键，主持人的开始键和复位键，

28、用来连接黄灯、红灯、绿灯三个发光二极管，用来提示抢答信息，用来连接LED显示器控制显示器的输出，还连接到8253的GATE1端，控制计数器的启动计数和停止计数的操作。可编程定时器计数器8253用来设定扬声器的发声频率和发声时间。LED显示器用来连接到8255A的B口，用来显示选手号。通过本次课程设计我也获得了许多收益，首先，让我更好的掌握了8259A、8255A、8253芯片的工作原理、方式及其应用。其次，让我学会了如何设计一个简单的微机系统，以及设计一个简单微机系统所需要的步骤和设计中需要注意的地方。本人在设计中遇到很多困难，大都是对和芯片的应用还不是很熟练，还需更加努力更加深入的了解微机系

29、统和芯片功能。由于我的能力和时间的限制，没能通过硬件的验证实验，只是通过查找一些资料和大脑抽象来设计本次课程设计，设计的抢答器还存在一些问题有待改进。参考文献1、仁向民微机接口技术实用教程M北京：清华大学出版社2、刘红玲、邵晓根微机原理与接口技术M北京：中国电力出版社3、江正战、沈志鸿三级偏硬考试教程M江苏：东南大学出版社4、阎石数字电子技术基础M北京：高等教育出版社5、张雪兰、谭毓安汇编语言程序设计M北京：清华大学出版社附录主程序清单DATASEGMENTTAB DB06H,5BH,4FH,66H,6DH,7CH,07H,7FH,67H ;19的段码;（字形码）BZ DB 00HDATAEN

30、DSSTACKSEGMENTPARASTACKSTACKDB100HDUP(?)STACKENDSCODE SEGMENTASSUMEDS:DATA,CS:CODESTART:MOVAX,DATAMOVDS,AX;8259A初始化MOV AL,13H;初始化8259A的ICW1OUT 20H,ALMOVAL,08H;送中断类型码基值,8259A的ICW2OUT21H,ALMOVAL,0DH;一般中断结束方式,8259A的ICW4 OUT21H,AL;8255A初始化MOV AL,98H;置8255A工作方式 OUT 83H,ALXORAL,AL;B口、C口初始化OUT 81H,ALOUT82H

31、,AL;8253初始化MOV AL,37H;置8253通道0控制字OUT 43H,ALMOV AL,00H;置8253通道0计数初值为4000OUT40H,ALMOVAL,40HOUT40H,ALMOV AL,73H;置8253 通道1控制字OUT43H,ALMOVAL,00H;置8253通道1计数初值为3000OUT41H,ALMOVAL,30HOUT41H,ALMOV AL,B7H;置8253通道2控制字OUT43H,ALMOVAL,00H;置8253通道2控制字OUT42H,ALMOVAL,00H;置8253通道2计数初值为0OUT42H,ALMOVAL,00HOUT42H,AL;中断设

32、置MOVAH,25H;设置抢答按键中断向量MOV AL,0AH;中断类型号为入口参数MOV BX,SEG KEYINT;DS：DX指向4字节地址MOV DS,BXMOV DX,OFFSET KEYINTINT 21HSTI;使IF置1,开放可屏蔽中断;主循环LOPM:INAL,82H;检测开始键TESTAL,20H;检测C口的PC5端JZ LOP2;开始键未按下即PC5=0,则跳转检测;复位键LOP1:INAL,82H;检测开始键是否已经弹起,即PC5=0TESTAL,20HJNZ LOP1;开始键没有弹起再重新检测MOVAL,00H;关LED显示器OUT 81H,AL;送到B口MOVAL,0

33、8H;绿灯亮OUT82H,AL;送到C口MOVBZ,0FFH;置标志STILOP2:INAL,82H;检测复位键TESTAL,10H;检测C口的PC4端JZLOPM ;复位键未按下即PC4=0,则跳转再检;测开始键LOP3:INAL,82H;检测复位键是否弹起,即PC4=0TEST AL,10HJNZ LOP3;位键没有弹起,则重新检测MOVAL,00H;关LED显示器、指标灯OUT 81H,ALOUT 82H,ALMOVBZ,00H;清标志STIJMPLOPM;中断服务子程序CODEENDSENDSTART系统原理图IORIOWPC4PC5D7D08255 PB7PC0CSA0A1 PC3PC0GATE0D7d0 OUT0 CLK1 GATE1 OUT1 8253CSA0 GATE2A1 CLK0 CLK1 CLK2驱动器1驱动器2D7D08259CSA0驱动器3与非门按键1按键2按键8按键3按键7按键6按键5按键4+5VD7D0D7D0D7D0(80H83H)(80H83H)A0A1A0A11MHz(20H21H)A0PC0PB0PB7PC1PC2PC3红灯绿灯黄灯8段LED显示器INTIR0IR1IR3IR4IR5IR6IR7IR2+5V+5V开始键复位键扬声器PA7PA0