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文檔簡介

1、課程設(shè)計報告課程名稱:電子技術(shù)基礎(chǔ)報告題目:簡易信號發(fā)生與檢測電路設(shè)計學生姓名: 所在學院:專業(yè)班級:學生學號:指導教師: 2013年6月28日電子技術(shù)課程設(shè)計任務書報告題目簡易信號發(fā)生與檢測電路設(shè)計完成時間學生姓名專業(yè)班級指導教師職稱總體設(shè)計要求和技術(shù)要點一、設(shè)計要求1.設(shè)計一個由集成運算放大器和晶體管放大器組成的簡易信號發(fā)生器,要求能產(chǎn)生方波、三角波、正弦波。2. 用小規(guī)模數(shù)字集成電路設(shè)計一個計數(shù)器,要求能對簡易信號發(fā)生器產(chǎn)生方波、三角波、正弦波進行計數(shù)。3.每小組應同時完成1、2兩部分電路。設(shè)計的信號發(fā)生器產(chǎn)生方波、三角波、正弦波能用示波器檢測驗證,設(shè)計的計數(shù)器對信號發(fā)生器產(chǎn)生方波、三角

2、波、正弦波進行計數(shù)應與專用儀器檢測數(shù)據(jù)一致。二、技術(shù)要點1. 信號發(fā)生器部分技術(shù)要點系統(tǒng)圖如下:要求:(1)輸出波形 正弦波、方波、三角波。(2)頻率范圍 頻率范圍1HZ10HZ,10HZ100HZ。(3)輸出電壓 方波的輸出電壓峰峰值為10V, 三角波峰峰值、正弦波峰峰值>1v.(4)波形特性 表征正弦波特性的參數(shù)是非線性失真r1,一般要求r1<3%:表征三角波特性的參數(shù)是非線性系數(shù)是 r2,一般要求r2<2%;表征方波的參數(shù)是上升時間一般要求小于100ns(1KHZ,最大輸出時)。2.計數(shù)器部分技術(shù)要點系統(tǒng)圖如下:按學號從以下課題中選擇一個課題。要求:(1)電路設(shè)計要簡單

3、,譯碼顯示器不需要做出實物,只要理論設(shè)計。(2)必須按指定觸發(fā)器設(shè)計,不能由其它觸發(fā)器轉(zhuǎn)換。(3)必須采用指定的元器件設(shè)計電路。(4)計數(shù)器與譯碼顯示器之間必須用4個LED指示計數(shù)的二進制編碼值。(5)理論設(shè)計中要將其擴展成4位十進制。(6)此部分系統(tǒng)圖中時鐘脈沖選用信號發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波、方波或三角波,跳線連接。各種碼制的編碼表如下:材料清單及工具一、材料清單元件類型型號主要參數(shù)單組數(shù)量穩(wěn)壓管2CW21B2個電解電容470F3個100F1個獨石電容10F1個0.05F1個0.1F11個電阻固定電阻10K2個20K4個2 K2個1 K13個75 K1個100 1個6.8K2個電位器47 K2個

4、100 K1個4.7 K1個集成塊7412個74HC008個74HC732個74HC742個三極管90134個發(fā)光二極管5mm5個IC插座14腳11個香蕉插頭4mm6個香蕉插座4mm6個焊錫絲若干其它電阻、電容、導線若干松香1個萬能板17cm*22cm1塊二、工具及檢測儀器1.焊接工具1套。2.常用檢測儀器1套。如萬用表、示波器、信號發(fā)生器等。工作內(nèi)容及時間進度安排一、預設(shè)計階段(第17周星期一): 包括教師授課、方案論證、設(shè)計計算和完成預設(shè)計(1天)。二、安裝調(diào)試階段(第17周星期一至第18周星期三): 包括組裝電路、調(diào)試和檢測,完成實際電路(7天)。三、總結(jié)報告階段(第18周星期四至第18

5、周星期五): 包括總結(jié)設(shè)計工作,寫出設(shè)計說明書和最后的考核(2天)。課程設(shè)計成果一、課程設(shè)計作品同時完成兩部分電路設(shè)計與制作,實現(xiàn)其設(shè)計內(nèi)容和功能,布局美觀、布線工整,電路運行穩(wěn)定、可靠。二、課程設(shè)計總結(jié)報告(1)嚴格遵守課程設(shè)計報告格式要求。做到內(nèi)容完整正確、格式規(guī)范。(2)課程設(shè)計報告正文部分內(nèi)容應包括:a.設(shè)計題目;b.主要指標和要求;c.方案選擇及電路工作原理;d.單元電路設(shè)計計算,元器件的選擇,畫出電路圖等;e. 安裝、調(diào)試中遇到的問題,解決的方法以及實驗效果等;f.電路性能指標測試結(jié)果,是否滿足要求及對成果的評價;g.收獲、體會和改進設(shè)計的建議。出勤與紀律1.課程設(shè)計時間:上午8:

6、0011:30,下午2:005:302.學生應嚴格遵守紀律,不遲到、不早退、不無故缺課。3.學生在課程設(shè)計期間,注意自身與他人安全,愛護實驗室財產(chǎn),違者按相關(guān)文件追查責任。4.課程設(shè)計報告獨立完成,不得以任何形式抄襲他人資料或成果(包括但不限于同學的資料或網(wǎng)上資料)。一經(jīng)發(fā)現(xiàn)該科目計0分。摘要信號發(fā)生器是指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測試信號的儀器。按信號波形可分為正弦信號、函數(shù)(波形)信號、脈沖信號和隨機信號發(fā)生器等四大類。信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器,在生產(chǎn)實踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波形,如三角波、鋸齒波、矩形波(含方波)、正弦波的電路被稱為

7、函數(shù)信號發(fā)生器。信號發(fā)生器用來產(chǎn)生頻率為20Hz200kHz的正弦信號(低頻)。除具有電壓輸出外,有的還有功率輸出。所以用途十分廣泛,可用于測試或檢修各種電子儀器設(shè)備中的低頻放大器的頻率特性、增益、通頻帶,也可用作高頻信號發(fā)生器的外調(diào)制信號源。另外,在校準電子電壓表時,它可提供交流信號電壓。低頻信號發(fā)生器的原理:系統(tǒng)包括主振級、主振輸出調(diào)節(jié)電位器、電壓放大器、輸出衰減器、功率放大器、阻抗變換器(輸出變壓器)和指示電壓表。它用于產(chǎn)生被測電路所需特定參數(shù)的電測試信號。在測試、研究或調(diào)整電子電路及設(shè)備時,為測定電路的一些電參量,如測量頻率響應、噪聲系數(shù),為電壓表定度等,都要求提供符合所定技術(shù)條件的電

8、信號,以模擬在實際工作中使用的待測設(shè)備的激勵信號。當要求進行系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性測量時,需使用振幅、頻率已知的正弦信號源。當測試系統(tǒng)的瞬態(tài)特性時,又需使用前沿時間、脈沖寬度和重復周期已知的矩形脈沖源。在數(shù)字系統(tǒng)中使用最多的時序電路是計數(shù)器。狹義的計數(shù)器是指一些常用計時器,例如體育比賽中測試時間的計時器等,但本詞條所要介紹的并不是這種計時器,要介紹的是應用更為廣泛的時序邏輯電路中的計數(shù)器。計數(shù)是一種最簡單基本的運算,計數(shù)器就是實現(xiàn)這種運算的邏輯電路,計數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中主要是對脈沖的個數(shù)進行計數(shù),以實現(xiàn)測量、計數(shù)和控制的功能,同時兼有分頻功能,計數(shù)器是由基本的計數(shù)單元和一些控制門所組成,計數(shù)單元則由一系

9、列具有存儲信息功能的各類觸發(fā)器構(gòu)成,這些觸發(fā)器有RS觸發(fā)器、T觸發(fā)器、D觸發(fā)器及JK觸發(fā)器等。計數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中應用廣泛,如在電子計算機的控制器中對指令地址進行計數(shù),以便順序取出下一條指令,在運算器中作乘法、除法運算時記下加法、減法次數(shù),又如在數(shù)字儀器中對脈沖的計數(shù)等等。關(guān)鍵詞:方波、三角波、正弦波、計數(shù)器目錄一、概述 1二、方案設(shè)計與論證11模擬電子技術(shù)1 設(shè)計論證 ·1方波、三角波、正弦波系統(tǒng)圖 1方波 2方波產(chǎn)生的原理 2方波仿真電路圖2方波仿真波形圖3示波器顯示方波圖3示波器顯示方波數(shù)值圖4三角波 4三角波產(chǎn)生的原理4三角波仿真電路圖5三角波仿真波形圖5示波器顯示三角波形圖6

10、示波器顯示三角波數(shù)值圖6正弦波7正弦波的原理7正弦波仿真電路圖7正弦波仿真波形圖7示波器顯示正弦波波形圖8示波器顯示正弦波數(shù)值圖82 數(shù)字電子技術(shù)9設(shè)計論證9 十進制同步計數(shù)器系統(tǒng)圖 9 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 9 觸發(fā)器激勵表 9 邏輯電路圖 9 十進制加法計數(shù)器工作波形圖10觸發(fā)器 10觸發(fā)器原理 10觸發(fā)器引腳圖 10組合邏輯電路-與非門11 與非門的原理 11與非門原理圖和符號 11SN74HC00N引腳圖·11 十進制計數(shù)器 12 十進制計數(shù)器的原理 12 十進制計數(shù)器仿真電路圖 12 十進制計數(shù)器測試圖 13三、總原理圖 141. 模擬電子技術(shù)總原理圖142. 數(shù)字電子技術(shù)總原理圖1

11、4四、故障和問題分析15五、結(jié)論與心得 15參考文獻16一、概述函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的電壓波形的電路或者儀器。電路形式可以采用由運放及分離元件構(gòu)成;也可以采用單片集成函數(shù)發(fā)生器。根據(jù)用途不同,有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器。計數(shù)器不僅能用于對時鐘脈沖進行計數(shù)還可以用于分頻、定時,產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列以及進行數(shù)字運算等。模擬電子技術(shù)是一門研究對仿真信號進行處理的模擬電路的學科。它以半導體二極管、半導體三極管和場效應管為關(guān)鍵電子器件,包括功率放大電路、運算放大電路、反饋放大電路、信號運算與處理電路、信號產(chǎn)生電路、電源穩(wěn)壓電路等研究方向。數(shù)字電子技術(shù)主要研究各種邏輯門

12、電路、集成器件的功能及其應用,.邏輯門電路組合和時序電路的分析和設(shè)計、 集成芯片各腳功能。555定時器等。 隨著計算機科學與技術(shù)突飛猛進地發(fā)展,用數(shù)字電路進行信號處理的優(yōu)勢也更加突出。為了充分發(fā)揮和利用數(shù)字電路在信號處理上的強大功能,我們可以先將模擬信號按比例轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,然后送到數(shù)字電路進行處理,最后再將處理結(jié)果根據(jù)需要轉(zhuǎn)換為相應的模擬信號輸出。本課題介紹方波、三角波、正弦波函數(shù)發(fā)生器的方法和利用集成塊記錄波形發(fā)生次數(shù)。二、方案設(shè)計與論證1、 模擬電子技術(shù).設(shè)計論證.方波、三角波、正弦波系統(tǒng)圖如下:圖1.-1 方波、三角波、正弦波系統(tǒng)圖方波產(chǎn)生電路是一種能夠直接產(chǎn)生方波的非正弦信號發(fā)生電路

13、,基本電路組成是在遲滯比較器的基礎(chǔ)上,增加一個積分電路,把輸出電壓經(jīng)反饋到比較器的反相端。在比較器的輸出端引入限流電阻和兩個背靠背的雙向穩(wěn)壓管組成了一個雙向限幅方波產(chǎn)生電路。然后再方波產(chǎn)生電路上再加上一個積分器,就產(chǎn)生了三角波,實現(xiàn)三角波后,最后加上正弦波變換器,就會實現(xiàn)正弦波。.方波部分.方波產(chǎn)生的原理 方波發(fā)生器電路是由一個遲滯比較器和一個RC負反饋回路構(gòu)成。比較器輸出電壓UO被兩個特性相同的穩(wěn)壓管限幅,在比較過程中,輸出電壓被穩(wěn)定在正負UZ(UZ為穩(wěn)壓管VDZ的穩(wěn)定電壓、下同)而保持恒定。R1、R2為限流電阻,一般為10100千歐。 電路的工作過程是:電源接通時刻(T=0),設(shè)C兩端電壓

14、HC=0比較器輸出電壓UO=+,此時運放同相端電壓為 當UO=+UZ時,+UZ通過R向C充電,UC隨時間按正指數(shù)規(guī)律上升,當UC上升到略高于FUZ時,UO從+UZ跳變?yōu)閁Z。此后,C經(jīng)R放電UC按負指數(shù)規(guī)律下降。 在C放電期間,U0=-UZ,運放同相端電壓為-FUZ。當UC下降到略低于-FUZ時,UO又立刻跳到+UZ,回到初始狀態(tài)如此周而復始,便有方波輸出。.設(shè)計電路如下:圖1.-1方波仿真電路圖.仿真的波形如下圖圖1.-2方波仿真波形圖.焊接電路后,示波器的波形圖1.-3示波器顯示方波圖.示波器顯示方波數(shù)值圖圖1.-4示波器顯示方波數(shù)值圖.三角波.三角波產(chǎn)生的原理運放的正輸入端電壓為零,根據(jù)

15、虛地原理,運放的負輸入端電壓也為零。這樣,方波電壓施加在電阻R5上,方波為高電平時,R5電流為恒定電流(UPk/R5),該電流向電容C2充電,由于充電電流是恒定電流,因此,電容C2兩端的電壓勻速上升。半個方波周期后,輸入變?yōu)榈碗娖?,電容C2通過R5放電,放電電流恒定為(UPk/R5),由于放電電流是恒定電流,因此,電容C2兩端的電壓勻速下降。而電容C2兩端的電壓正好等于第二個運放的輸出電壓,周而復始,就形成了三角波輸出。.三角波仿真電路圖圖1.-1三角波仿真電路圖. 三角波仿真波形圖圖1.-2三角波仿真波形圖.焊接電路后的,示波器波形圖1.-3示波器顯示三角波形圖.示波器顯示三角波數(shù)值圖圖1.

16、-4示波器顯示三角波數(shù)值圖.正弦波.正弦波原理TR1結(jié)型場效應管在這里充當壓控可變電阻,它與R3、R4一起構(gòu)成文氏振蕩器的負反饋回路,TR1的電阻越大,負反饋越強。D2、D3、R8、R9、R10與IC(2/2)對輸出振蕩電壓進行全波整流,在IC的1腳產(chǎn)生負的整流輸出電壓,經(jīng)過D1與R7、C4濾波后獲得一個負的直流電壓,該電壓與振蕩輸出的幅值差不多相等。這個負電壓加在TR1的G極,控制著TR1的D-S極之間的電阻值。振蕩輸出幅值增大,TR1的G極電壓就越負,TR1的D-S極間阻值變大,負反饋增強,使得振蕩幅值減小。通過以上的自動調(diào)節(jié),使振蕩幅度保持穩(wěn)定,避免放大器進入非線性區(qū)域,從而獲得良好的正

17、弦波形。.正弦波仿真電路圖圖1.-1正弦波的仿真電路圖.正弦波的仿真波形圖圖1.-2正弦波的仿真波形圖.示波器顯示正弦波波形圖圖1.-3示波器顯示正弦波波形圖.示波器顯示正弦波數(shù)值圖圖1.-4示波器顯示正弦波數(shù)值圖2、 數(shù)字電子技術(shù).設(shè)計論證.十進制同步計數(shù)器系統(tǒng)圖圖2.-1十進制同步計數(shù)器系統(tǒng)圖.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖Q3Q2Q1Q00000 0001 0010 0011 1001 0100 1000 0111 0110 0101圖2.-2狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖.觸發(fā)器激勵表CP輸入Q3Q2Q1Q0十進制00000010001120010230011340100450101560110670111781000891

18、0019圖2.-3觸發(fā)器激勵圖.邏輯電路圖圖2.-4邏輯電路圖.十進制加法計數(shù)器工作波形圖圖2.-5十進制加法計數(shù)器工作波形圖.觸發(fā)器.觸發(fā)器原理設(shè)觸發(fā)器原狀態(tài)為Q=0,Q=1。當CP由0變1時,有兩個信號通道影響觸發(fā)器的輸出狀態(tài),一個是G12和G22打開,直接影響觸發(fā)器的輸出,另一個是G4和G3打開,再經(jīng)G13和G23影響觸發(fā)器的狀態(tài)。前一個通道只經(jīng)一級與門,而后一個通道則要經(jīng)一級與非門和一級與門,顯然CP的跳變經(jīng)前者影響輸出比經(jīng)后者要快得多。在CP由0變1時,G22的輸出首先由0變1,這時無論G23為何種狀態(tài)(即無論J、K為何狀態(tài)),都使Q仍為0。由于Q同時連接G12和G13的輸入端,因此

19、它們的輸出均為0,使G11的輸出Q=1,觸發(fā)器的狀態(tài)不變。CP由0變1后,打開G3和G4,為接收輸入信號J、K作好準備。CP由1變0時觸發(fā)器翻轉(zhuǎn),設(shè)輸入信號J=1、K=0,則Q3=0、Q4=1,G13和G23的輸出均為0。當CP 下降沿到來時,G22的輸出由1變0,則有Q=1,使G13輸出為1,Q=0,觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。雖然CP變0后,G3、G4、G12和G22封鎖,Q3=Q4=1,但由于與非門的延遲時間比與門長(在制造工藝上予以保證),因此Q3和Q4這一新狀態(tài)的穩(wěn)定是在觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)之后。由此可知,該觸發(fā)器在CP下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn),CP一旦到0電平,則將觸發(fā)器封鎖,處于(1)所分析的情況。 總之,該觸發(fā)器

20、在CP下降沿前接受信息,在下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn),在下降沿后觸發(fā)器被封鎖。.觸發(fā)器引腳圖圖2.-1觸發(fā)器引腳圖.組合邏輯電路(與非門).與非門原理電路結(jié)構(gòu)及工作原理該電壓作用于T1管的集電結(jié)和T2、T3的發(fā)射結(jié),顯然不可能使T2和T3導通,所以T2和T3均處于截止狀態(tài)。由于T2截止,其集電極電位接近于電源電壓UCC,因而使T4和D導通,所以輸出端Y的電位為:它實現(xiàn)了“輸入有低,輸出為高”的邏輯關(guān)系。 它實現(xiàn)了“輸入全高,輸出為低”的邏輯功能。此時T2的集電極電位為:T4、D必然截止。平均傳輸延遲時間是衡量與非門開關(guān)速度的一個重要參數(shù),此參數(shù)值愈小愈好。TTL與非門是TTL邏輯門的基本形式,典型的TTL

21、與非門電路結(jié)構(gòu)如圖8-16所示。該電路由輸入級、倒相級、輸出級三部分組成。輸入級由多發(fā)射極三極管T1和電阻R1構(gòu)成??梢园裈1的集電結(jié)看成一個二極管,而把發(fā)射結(jié)看成與前者背靠背的兩個二極管。這樣,T1的作用和二極管與門的作用完全相同。 倒相級由三極管T2和電阻R2、R3構(gòu)成。通過T2的集電極和發(fā)射極,提供兩個相位相反的信號,以滿足輸出級互補工作的要求。輸出級是由三極管T3、T4,二極管D和電阻R4構(gòu)成的“推拉式”電路。當T3導通時,T4和D截止;反之T3截止時,T4和D導通。倒相級和輸出級的作用等效于邏輯非的功能。.與非門原理圖和符號圖2.-1與非門原理圖和符號.SN74HC00N引腳圖圖2.

22、-2 SN74HC00N引腳圖.十進制計數(shù)器.十進制計數(shù)器原理在同步十進制計數(shù)器中: (2.1)將這些關(guān)系代入各JK觸發(fā)器的特性方程,則得計數(shù)器的狀態(tài)方程為: (2.2)設(shè)計數(shù)器初始狀態(tài)為0000,第1個計數(shù)脈沖來到后, (2.3)即計數(shù)器的狀態(tài)為0001??梢运愕?,第2個計數(shù)脈沖來到后,其狀態(tài)為0010。以下類推,可以得到如表2.-1所示的狀態(tài)表。但需注意:在第9個脈沖來到后,亦即計數(shù)器處于1001態(tài)時,低電平封住了F2的置1端,Q1的高電平又使K41,故第十個計數(shù)脈沖來到后,F(xiàn)2、F3狀態(tài)不變,F(xiàn)1、F4同時置0,計數(shù)器跳過多余的6個狀態(tài),完成一次十進制計數(shù)循環(huán)。結(jié)合計數(shù)脈沖的觸發(fā)方式,該

23、計數(shù)器是同步十進制加法計數(shù)器。.仿真電路圖圖2.-2十進制計數(shù)器仿真電路圖.焊接后測試圖2.-3十進制計數(shù)器測試圖圖2.-4十進制計數(shù)器測試圖三、總原理圖1.模擬電子技術(shù)總原理圖圖5.1模擬電子技術(shù)總原理圖2.數(shù)字電子技術(shù)總原理圖圖5.2數(shù)字電子技術(shù)總原理圖四、故障和問題分析在這次課程設(shè)計中,在模擬電路中的故障較多,例如:引腳焊接錯誤,元器件正負極反接等等問題,這些問題都是些常見的問題,模擬電路的課程設(shè)計中,在仿真電路的時候,由于兩個穩(wěn)壓二極管的方向接錯,導致最后沒有形成波形,經(jīng)過長時間的檢查還是沒檢查出來,最后還是同學幫我發(fā)現(xiàn)的,模擬電路中還有個排版的問題,如果排版不經(jīng)過精心設(shè)計,那在最后焊

24、接時候就會出現(xiàn)線路混亂,導線亂搭,版面非常凌亂,不簡潔,而且會加大焊接的工作量和難度,焊接的時候會出現(xiàn)很多問題,有的時候會虛焊很多元器件,這就會導致電路不通,最后影響試驗結(jié)果。其實這些問題都很好解決,只要在制作的過程中用心點和認真點都好解決。 對于方波-三角波產(chǎn)生電路,遇到的第一個問題是波形無法顯示。檢測后發(fā)現(xiàn)電路中電流幾乎為零,原因是電阻過大,電容有些小,使得電路無法有效起振。因此在保證電路安全基礎(chǔ)上減小電阻值同時保證電阻間的比值,換用較大的電容,在示波器上檢查波形,得出方波波形,但是其占空比不為50%,調(diào)節(jié)發(fā)現(xiàn)不是電路連接問題,檢查器件,發(fā)現(xiàn)是穩(wěn)壓管損壞造成,更換穩(wěn)壓管得到理想波形。然后觀

25、測三角波波形,發(fā)現(xiàn)有些失真,可知是由于電容造成的,更換變?nèi)?,將其增大得到理想波形。在第三級上輸出正弦波形,發(fā)現(xiàn)有較大失真,計算電流可知電阻較大,但是更換后仍有失真。此時電路中電阻器件并未有不當,考慮電容影響。換用較大電容,不斷調(diào)節(jié),得到失真較小的波形。此些調(diào)節(jié)均在基本電路基礎(chǔ)上完成。由于要使方波占空比可調(diào)添加電位器與二極管實現(xiàn)。在數(shù)字電子電路中,主要的問題是元器件較多,焊接的引腳較多,故障主要是元器件焊接上出問題,二極管沒有按規(guī)則發(fā)光,線路較多,導線混亂且復雜,觸發(fā)器和與非門電路沒有設(shè)置好,排版出現(xiàn)問題,導致這些問題的發(fā)生主要是對數(shù)字電路知識的缺乏,以及對課程設(shè)計中的過程不夠細心,不夠嚴謹,缺乏常識。解決這些問題只有一條路,那就是深入去學習數(shù)字電路,去認真研究這門課程的技術(shù)知識,只有理論夠了,才會

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