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文檔簡介

1、如果您需要使用本文檔,請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!智能超聲波驅(qū)鳥器的設(shè)計(jì) 摘要:鳥類經(jīng)常在輸變電鐵塔上筑巢、排便等是一個(gè)令人頭痛的問題。為了提高輸變電設(shè)備的可靠性、安全性,避免由于鳥類筑巢而導(dǎo)致輸變電設(shè)備對(duì)地放電等故障,考慮以at89c51單片機(jī)作為微控制器,設(shè)計(jì)出一種太陽能智能驅(qū)鳥器,此太陽能智能驅(qū)鳥器,涉及驅(qū)鳥裝置,其特征在于:控制模塊通過信號(hào)線和至少兩個(gè)超聲波揚(yáng)聲器連接并控制超聲波揚(yáng)聲器連續(xù)交替發(fā)出頻率變化的超聲波,利用鳥類與人類在聽覺的差異,通過微電腦控制器(即單片機(jī))控制超聲波揚(yáng)聲器發(fā)出超聲刺激鳥類聽覺,使鳥類生存環(huán)境充滿鳥類認(rèn)為的噪聲,使鳥類生存環(huán)境惡化,使之不愿靠近輸電鐵塔等??刂颇K的

2、電源接口通過電源線和太陽能電池或蓄電池連接。太陽能智能驅(qū)鳥器可以有效驅(qū)鳥而又不傷害鳥類、使用壽命長、無安全隱患、驅(qū)鳥效果好、性能可靠。關(guān)鍵詞: 超聲波 變頻率 驅(qū)鳥 單片機(jī)1 / 14如果您需要使用本文檔,請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!1 研究背景1.1 研究背景鳥類是人類的朋友,人類在愛護(hù)鳥類的同時(shí)也受到鳥類的困擾,例如:鳥類在輸變電鐵塔上筑巢、排便就是一個(gè)令人頭痛的問題。為了提高輸變電設(shè)備的可靠性、安全性,避免由于鳥類筑巢而導(dǎo)致輸變電設(shè)備對(duì)地放電等故障,有必要采取措施驅(qū)趕鳥類而又不傷害鳥類。 隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展,日常生活中運(yùn)用單片機(jī)控制的設(shè)備日益增多,由單片機(jī)控制的設(shè)備有結(jié)構(gòu)簡單、容易操作、運(yùn)行精

3、確等諸多優(yōu)點(diǎn)。于是,考慮以c8051f310單片機(jī)作為微控制器,設(shè)計(jì)出一種超聲波驅(qū)鳥器,編寫適當(dāng)程序以實(shí)現(xiàn)控制模塊通過信號(hào)線和至少兩個(gè)超聲波揚(yáng)聲器連接并控制超聲波揚(yáng)聲器連續(xù)交替發(fā)出頻率變化的超聲波,超聲波驅(qū)鳥器是通過發(fā)出超聲波,利用鳥類與人類在聽覺的差異,通過微電腦控制器(即單片機(jī))控制超聲波揚(yáng)聲器發(fā)出超聲刺激鳥類聽覺,使鳥類生存環(huán)境充滿鳥類認(rèn)為的噪聲,使鳥類生存環(huán)境惡化,使之不愿靠近輸電鐵塔??刂颇K的電源接口通過電源線和太陽能電池或蓄電池連接。本實(shí)用新型所述的超聲波驅(qū)鳥器采用雙頻控制,可以連續(xù)交替發(fā)出頻率變化的超聲波,使鳥類無法忍受,保證了驅(qū)鳥效果的持久性,以達(dá)到驅(qū)鳥的效果。1.2 單片機(jī)

4、選擇 c8051f310器件是完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型mcu芯片。下面列出了一些主要特性:1.高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的cip-51內(nèi)核(可達(dá)25mips)2.全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口(片內(nèi))3.帶模擬多路器真正10位200ksps的25通道單端/差分 adc(c8051f310/1/2/3)4.高精度可編程的25mhz內(nèi)部振蕩器 5.16kb(c8051f310/1)或8kb(c8051f312/3/4/5)在系統(tǒng)編程的flash存儲(chǔ)器6.1280字節(jié)片內(nèi)ram 7.硬件實(shí)現(xiàn)的smbus/i2c、增強(qiáng)型uart和增強(qiáng)型spi串行接口 8.4 個(gè)通用的16位定時(shí)器 9.具有5個(gè)

5、捕捉/比較模塊和看門狗定時(shí)器功能的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列10.片內(nèi)上電復(fù)位、vdd監(jiān)視器和溫度傳感器11.片內(nèi)電壓比較器(2) 1 / 14如果您需要使用本文檔,請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!12.29/25個(gè)端口i/o(容許5v輸入)1.3電路中的主要器件1)8051f310單片機(jī)2)az10844)lm1117調(diào)壓器5)太陽能電池板6)揚(yáng)聲器7)電容 電阻若干1.4 總體設(shè)計(jì)要求以c8051f310單片機(jī)作為微控制器,設(shè)計(jì)出一種超聲波驅(qū)鳥器,編寫適當(dāng)程序以實(shí)現(xiàn)控制模塊通過信號(hào)線和至少兩個(gè)超聲波揚(yáng)聲器連接并控制超聲波揚(yáng)聲器連續(xù)交替發(fā)出頻率變化的超聲波,利用鳥類與人類在聽覺的差異,通過單片機(jī)控制超聲波

6、揚(yáng)聲器發(fā)出超聲刺激鳥類聽覺,使鳥類生存環(huán)境充滿鳥類認(rèn)為的噪聲,使鳥類生存環(huán)境惡化,使之不愿靠近輸電鐵塔,高壓線等,以達(dá)到驅(qū)鳥的效果。2 研究方法2.1 c8051f310單片機(jī)簡介c8051f310單片機(jī)8/16 kb isp flash 微控制器 c8051f31x 器件是完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型mcu芯片。下面列出了一些主要特性。(一) 系統(tǒng)介紹1) 高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051 兼容的cip-51 內(nèi)核(可達(dá)25mips) 全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口(片內(nèi)) 帶模擬多路器、真正10 位200 ksps 的25 通道單端/差分adc(c8051f310/1/2/3)。 2)高精度可編

7、程的25mhz 內(nèi)部振蕩器 16kb(c8051f310/1)或8kb(c8051f312/3/4/5)可在系統(tǒng)編程的flash 存儲(chǔ)器 1280 字節(jié)片內(nèi)ram 硬件實(shí)現(xiàn)的smbus/ i2c、增強(qiáng)型uart和增強(qiáng)型spi串行接口 4 個(gè)通用的16 位定時(shí)器 具有5 個(gè)捕捉/比較模塊和看門狗定時(shí)器功能的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列(pca) 片內(nèi)上電復(fù)位、 3)vdd 監(jiān)視器和溫度傳感器 片內(nèi)電壓比較器(2) 29/25 個(gè)端口i/o(容許5v 輸入)具有片內(nèi)上電復(fù)位、vdd 監(jiān)視器、看門狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器的c3 / 14如果您需要使用本文檔,請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!8051f31x 是真正能獨(dú)立

8、工作的片上系統(tǒng)。4)flash 存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力,可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ),并允許現(xiàn)場更新8051 固件。5)用戶軟件對(duì)所有外設(shè)具有完全的控制,可以關(guān)斷任何一個(gè)或所有外設(shè)以節(jié)省功耗。6)片內(nèi)silicon labs 二線(c2)開發(fā)接口允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品mcu 進(jìn)行非侵入式(不占用片內(nèi)資源)、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。7)調(diào)試邏輯支持觀察和修改存儲(chǔ)器和寄存器,支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、運(yùn)行和停機(jī)命令。在使用c2 進(jìn)行調(diào)試時(shí),所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。8)兩個(gè)c2 接口引腳可以與用戶功能共享,使在系統(tǒng)調(diào)試功能不占用封裝引腳。每種器件都可在工業(yè)溫度范圍(-45到+85)內(nèi)用2.

9、7v-3.6v 的電壓工作。9)端口i/o、/rst 和jtag 引腳都容許5v 的輸入信號(hào)電壓。c8051f31x 有32 腳lqfp 封裝和28 腳mlp 封裝。(二)可編程計(jì)數(shù)器陣列 除了4個(gè)16位的通用計(jì)數(shù)器/定時(shí)器之外,mcu中還有一個(gè)片內(nèi)可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列(pca)。pca包括一個(gè)專用的16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器時(shí)間基準(zhǔn)和5個(gè)可編程的捕捉/比較模塊。每個(gè)捕捉/比較模塊都有六種工作方式:邊沿觸發(fā)捕捉、軟件定時(shí)器、高速輸出、8位或16位脈沖寬度調(diào)制器、頻率輸出。每個(gè)捕捉/比較模塊的工作方式都可以被獨(dú)立配置。對(duì)pca的配置和控制是通過系統(tǒng)控制器的特殊功能寄存器來實(shí)現(xiàn)的。 可編程計(jì)數(shù)器陣列

10、(pca0)提供增強(qiáng)的定時(shí)器功能,與標(biāo)準(zhǔn)8051的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器相比,它需要較少的cpu干預(yù)。pca由一個(gè)專用的16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器和5個(gè)16位捕捉/比較模塊組成。每個(gè)捕捉/比較模塊有其自己的i/o線(cexn),這些i/o線在被使能時(shí)通過交叉開關(guān)連到端口i/o。計(jì)數(shù)器/定時(shí)器由一個(gè)可編程的時(shí)基信號(hào)驅(qū)動(dòng),時(shí)基信號(hào)可以在六個(gè)時(shí)鐘源中選擇:系統(tǒng)時(shí)鐘、系統(tǒng)時(shí)鐘/4、系統(tǒng)時(shí)鐘/12、外部振蕩器時(shí)鐘/8、定時(shí)器0溢出或eci輸入引腳上的外部時(shí)鐘信號(hào)。(三)脈寬調(diào)制器方式本設(shè)計(jì)中需要利用pwm脈寬調(diào)制控制電機(jī)驅(qū)動(dòng),pca的5個(gè)16位捕捉/比較模塊中每個(gè)模塊都可以被獨(dú)立地用于在對(duì)應(yīng)的cexn引腳產(chǎn)生脈寬調(diào)制

11、(pwm)輸出。pwm輸出的頻率取決于pca計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的時(shí)基。使用模塊的捕捉/比較寄存器pca0cpln改變pwm輸出信號(hào)的占比。當(dāng)pca計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的低字節(jié)(pca0l)與pca0cpln中的值相等時(shí),cexn引腳上的輸出被置1。當(dāng)pca0l中的計(jì)數(shù)值溢出時(shí),3 / 14如果您需要使用本文檔,請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!cexn輸出被復(fù)位。當(dāng)計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的低字節(jié)pca0l溢出時(shí)(從0xff到0x00),保存在pca0cphn中的值被自動(dòng)裝入到pca0cpln,不需軟件干預(yù)。通過將pca0cpmn寄存器中的ecomn和pwmn位置1來使能8位脈沖寬度調(diào)制器方式。2. 2lm1117簡介lm11

12、17 是一個(gè)低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列。其壓差在 1.2v 輸出,負(fù)載電流為 800ma 時(shí)為 1.2v。它與國家半導(dǎo)體的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)器件 lm317 有相同的管腳排列。lm1117 有可調(diào)電壓的版本,通過2個(gè)外部電阻可實(shí)現(xiàn) 1.2513.8v 輸出電壓范圍。另外還有 5 個(gè)固定電壓輸出(1.8v、2.5v、2.85v、3.3v 和 5v)的型號(hào)。 lm1117 提供電流限制和熱保護(hù)。 電路包含 1 個(gè)齊納調(diào)節(jié)的帶隙參考電壓以確保輸出電壓的精度在±1%以內(nèi)。lm1117 系列具有 llp、to-263、sot-223、to-220 和 to-252 d-pak 封裝。輸出端需要一個(gè)至少10uf

13、 的鉭電容來改善瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。特性 z 提供 1.8v、2.5v、2.85v、3.3v、5v 和可調(diào)電壓的型號(hào) z 節(jié)省空間的 sot-223 和 llp 封裝 z 電流限制和熱保護(hù)功能 z 輸出電流可達(dá) 800ma z 線性調(diào)整率:0.2% (max) z 負(fù)載調(diào)整率:0.4% (max) z 溫度范圍 lm1117:0125 lm1117i:-40125 應(yīng)用 z 2.85v 模塊可用于 scsi-2 有源終端 z 開關(guān) dc/dc 轉(zhuǎn)換器的主調(diào)壓器 z 高效線性調(diào)整器 z 電池充電器 z 電池供電裝置 典型應(yīng)用 scsi-2 總線有源終端2. 3az1084簡介az1084是一系列的

14、低壓差正電壓調(diào)節(jié)器,具有最大的低壓1.5v在5a負(fù)載電流時(shí)。該系列具有片上熱限制保護(hù)不受任何組合超負(fù)荷和周圍溫度過高,從而建立結(jié)溫。他也包括平衡帶隙基準(zhǔn)和電流限制電路。az1084有1.5v,1.8v,2.5v,2.85v,3.3v,和5v形式。固定形式結(jié)合了調(diào)節(jié)電阻器。它也有可調(diào)節(jié)的版本能夠設(shè)置輸出電壓用兩個(gè)外部電阻器。 特點(diǎn):1.低壓差電壓:1.3v類型2.電流限制和熱保護(hù)3.輸出電流:5a4.輸出電流限制:6.5a4 / 14如果您需要使用本文檔,請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!5.工作結(jié)溫限制范圍:01256.線路調(diào)整率:0.015%7.負(fù)載調(diào)整率:0.1% 應(yīng)用1.高效率線路調(diào)節(jié)器2.蓄電池充電

15、器3.后穩(wěn)壓開關(guān)電源4.微處理器供應(yīng)5.臺(tái)式計(jì)算機(jī),risc和可植入的處理器供應(yīng)3 研究結(jié)果3.1超聲波驅(qū)鳥器技術(shù)領(lǐng)域3.1.1技術(shù)背景鳥類是人類的朋友,人類在愛護(hù)鳥類的同時(shí)也受到鳥類的困擾,例如:鳥類在輸變電鐵塔上筑巢、排便就是一個(gè)令人頭痛的問題。為了提高輸變電設(shè)備的可靠性、安全性,避免由于鳥類筑巢而導(dǎo)致輸變電設(shè)備對(duì)地放電等故障,有必要采取措施驅(qū)趕鳥類而又不傷害鳥類。當(dāng)前輸變電設(shè)備使用的驅(qū)鳥器主要有風(fēng)車式驅(qū)鳥器、語音驅(qū)鳥器、高壓電子脈沖電子驅(qū)鳥、電容放電產(chǎn)生空爆、強(qiáng)光驅(qū)鳥以及防鳥刺等。(1)風(fēng)車式驅(qū)鳥器是最早進(jìn)入市場的驅(qū)鳥器,其原理是在風(fēng)的作用下,旋轉(zhuǎn)驅(qū)鳥器上的風(fēng)碗恐嚇鳥。特點(diǎn)是價(jià)格低廉,但

16、易老化,無風(fēng)時(shí)不能發(fā)揮作用,而且鳥類容易適應(yīng)。(2)語音驅(qū)鳥器是利用語音芯片或mp3技術(shù)制作的驅(qū)鳥器。播放預(yù)先錄制的鳥類哀鳴聲和/或鳥類天敵的叫聲來驚嚇鳥類。特點(diǎn)是具有爆發(fā)性的驅(qū)鳥效果,但由于鳥的種類很多,而國內(nèi)鳥類的語音庫中的種類有限,所以鳥類的適應(yīng)期短;語音驅(qū)鳥器的功率大,使用壽命短,應(yīng)用在輸變電單位還會(huì)造成噪音污染,此種驅(qū)鳥器用于機(jī)場、果樹、林場或漁業(yè)養(yǎng)殖。(3)高壓電子脈沖電擊驅(qū)鳥器,是利用高壓放電電擊鳥類,有一定的驅(qū)鳥效果。但是它的驅(qū)鳥范圍極有限,只有鳥落在他的極板上才能發(fā)揮作用,而且使用壽命短,并且會(huì)對(duì)鳥類造成傷害。用于輸變電單位的鐵塔時(shí),對(duì)上下鐵塔檢修帶來不便和安全隱患。驅(qū)鳥刺的

17、使用也有類似的安全隱患。(4)電容放電產(chǎn)生空爆和強(qiáng)光驅(qū)鳥是利用電容放電產(chǎn)生空爆聲和強(qiáng)光,從而來驅(qū)趕鳥類。有一定驅(qū)鳥效果,但是它的驅(qū)鳥范圍小,強(qiáng)光還受其角度限制。由于瞬間電流很大,所以使用壽命短。5 / 14如果您需要使用本文檔,請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!3.1.2超聲波驅(qū)鳥器特征系統(tǒng)能量供應(yīng):為達(dá)到節(jié)約能源的需要,采用太陽能光電路板為整個(gè)系統(tǒng)提供電能,電力供應(yīng)系統(tǒng)分為兩個(gè)部分,一是采用即時(shí)供電的電力供應(yīng)系統(tǒng),該系統(tǒng)通過太陽能電池板為其提供電能;二是設(shè)計(jì)一個(gè)能量存儲(chǔ)電路,將由太陽能轉(zhuǎn)化而來的電能通過蓄電池儲(chǔ)存起來,以備陰天和夜間使用。 時(shí)鐘電路:通過程序設(shè)計(jì)出一個(gè)可以控制發(fā)射周期的電路,可以根據(jù)需要調(diào)

18、節(jié)發(fā)射周期。 光敏感應(yīng)電路:通過光敏原件組成的光敏感應(yīng)電路實(shí)現(xiàn)合理的電能的利用,當(dāng)夜間或者是陰天,通過光敏傳感器對(duì)光的采集,自動(dòng)調(diào)節(jié)到省電模式。 超聲波發(fā)射電路:由超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì)出可調(diào)頻的聲波發(fā)射器,用戶可以根據(jù)所驅(qū)趕的對(duì)象調(diào)節(jié)聲波的發(fā)射頻率。用戶通過外置頻率調(diào)節(jié)按鈕對(duì)聲波頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。由二極管指示電路實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵的正確響應(yīng), 主控電路:利用c8051f310設(shè)計(jì)出主控電路,從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集和指令的發(fā)出,控制聲波的發(fā)射頻率,以達(dá)到系統(tǒng)工作在最優(yōu)模式。時(shí)鐘電路光敏感應(yīng)電路太陽能供電電路超聲波發(fā)射電路主 控 電 路 最后:將各部分電路與主控電路進(jìn)行搭接,實(shí)現(xiàn)機(jī)器的整體功能。3.1.3具體實(shí)施方

19、式電源介紹1.我們對(duì)電源供電打算采用兩種方式(1)電池方式本次設(shè)計(jì)采用6伏電源為系統(tǒng)供電,電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能,電池的體積較小,價(jià)格也比較低。(2)是太陽能電池板價(jià)格比較貴,因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候沒有采用。但是它比較適合用于野外,可以不必考慮電池的電量,因此我們只留有接口,在需要的時(shí)候可以添加。6 / 14如果您需要使用本文檔,請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!(3) 電源保護(hù)是為了防止電源正負(fù)極接反使電路的元器件燒毀而添加進(jìn)去的,主要通過圖中的二極管所完成。當(dāng)電源接反后,開關(guān)閉合前二極管就會(huì)導(dǎo)通,由于沒有限流電阻,導(dǎo)通后的電流很大,足以將二極管燒毀。(4)燒毀時(shí)的煙足以引起大家注

20、意。但該電路并不可以完全保證對(duì)電源的保護(hù),當(dāng)二極管燒毀之后,二極管的pn結(jié)被破壞,整個(gè)管子如同導(dǎo)線一樣將開關(guān)短路,與閉合開關(guān)一樣效果,使得后續(xù)電路繼續(xù)收到損害。所以在發(fā)現(xiàn)二極管有發(fā)光發(fā)熱跡象時(shí)要立即斷開電源,以免燒毀后續(xù)電路。穩(wěn)壓電路電源通過1084將電壓穩(wěn)定到5v再通過lm117將電壓穩(wěn)到, 3.3v 用于給單片機(jī)供電,5v用于驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)生電路。7 / 14如果您需要使用本文檔,請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!功放電路我們采用lm386作為功率放大電路lm386是一種音頻集成功放,具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)的功率放大器 靜態(tài)功耗低,約為4ma,可用于

21、電池供電。 工作電壓范圍寬,4-12v or 5-18v。 外圍元件少。 電壓增益可調(diào),20-200 低失真度。 控制電路8 / 14如果您需要使用本文檔,請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!4.1軟件流程圖4.2電路原理圖及pcb介紹pcb既為printed circuit board的英文縮寫,漢語稱之為印制電路板。通常把在絕緣材料上,按預(yù)定設(shè)計(jì),制成印制線路、印制元件或兩者結(jié)合而成的導(dǎo)電圖形成為印制電路。而在絕緣基材上提供原器件之間電氣連接的導(dǎo)電圖形,稱為印刷線路。這樣就把印制電路或印制線路的成品板成為pcb。印制電路的基板是由絕緣隔熱,并不易彎曲的材質(zhì)制作而成的。在表面上可以看到的是銅箔,原本銅箔是覆

22、蓋在整個(gè)板子上的,而在制造過程中,部分被蝕刻處理掉,留下來的部分就變成網(wǎng)狀的細(xì)小的線了,這些線被稱為導(dǎo)線或布線,并用于pcb上零件的電路連接。4.3 電路pcb圖1 pcb板9 / 14如果您需要使用本文檔,請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!圖4.1.2 pcb板2 pcb板3d視圖圖4.1.3 pcb板3d視圖10 / 14如果您需要使用本文檔,請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!電路原理及pcb部分小結(jié):本章為電路硬件部分的主要元器件介紹,電路圖,以及電路各部分分析和pcb板的制作,是本論文設(shè)計(jì)的核心章節(jié)。通過查閱相關(guān)資料了解各種器件的性能和用途,考慮到性能、精度要求、以及價(jià)格等諸多因素,對(duì)同類型器件進(jìn)行區(qū)別篩選,以選擇最優(yōu)器件進(jìn)行本次電路設(shè)計(jì)。通過對(duì)protel的深入學(xué)習(xí),學(xué)會(huì)了對(duì)電路的設(shè)計(jì)連接,元器件封裝,以及pcb板的設(shè)計(jì)、布局、布線等。結(jié)論本次論

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