c51单片机简单应用Word文件下载.docx
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它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时,学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。
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现在,这种单片机的使用领域已十分广泛。
彩电、冰箱、空调、录像机、VCD、遥控器、游戏机、电饭煲等无处不见单片机的影子,单片机早已深深地融入我们每个人的生活之中。
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单片机能大大地提高这些产品的智能性,易用性及节能性等主要性能指标,给我们的生活带来舒适和方便的同时,在工农业生产上也极大地提高了生产效率和产品质量。
单片机按用途大体上可分为两类,一种是通用型单片机,另一种是专用型单片机。
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1.1单片机基础知识
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
概括的讲,一块芯片就成了一台计算机。
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MCS-51单片机是美国INTEL公司于1980年推出的产品,与MCS-48单片机相比,它的结构更先进,功能更强,在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令,指令数达111条,MCS-51单片机可以算是相当成功的产品,一直到现在,MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品,各高校及专业学校的培训教材仍与MSC-51单片机作为代表进行理论基础学习。
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MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品。
DP-51S单片机仿真实验仪是由广州致远电子有限公司设计的DP系列单片机仿真实验仪之一,是一种功能强大的单片机应用技术学习、调试。
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1.2单片机的应用领域
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域,大致可分为如下几个范畴:
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1.2.1在智能仪器仪表的应用
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。
采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。
例如精密的测量设备<
功率计,示波器,各种分析仪)。
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1.2.2在家用电器中的应用
可以这样说,现在的家用电器基本上都采用了单片机控制,从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备,五花八门,无所不在。
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1.2.3在工业控制中的应用
用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。
例如工厂流水线的智能化管理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等。
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1.2.4在计算机网络和通信领域中的应用
现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制,从手机、电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话,集群移动通信,无线电对讲机等。
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1.2.5单片机在医用设备领域中的应用
单片机在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备及病床呼叫系统等等。
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此外,单片机在工商、金融、科研、教育、国防航空等领域都有着十分广泛的用途。
1.3单片机的发展趋势
单片机现在可以说是百花齐放,百家争鸣的时期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机,从8位、16位到32位,数不胜数,应有尽有,有与主流C51系列兼容的,也有不兼容的,但它们各具特色,互成互补,为单片机的应用提供了广阔的天地。
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纵观单片机的发展过程,可以预示单片机的发展趋势,大致有:
1.3.1微型单片化
现在常规的单片机普遍都是将中央处理器<
CPU)、随机存取数据存储<
RAM)、只读程序存储器<
ROM)、并行和串行通信接口,中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上,增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW<
脉宽调制电路)、WDT<
看门狗)、有些单片机将LCD<
液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上,这样单片机包含的单元电路就更多,功能就越强大。
甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做,制造出具有自己特色的单片机芯片。
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此外,现在的产品普遍要求体积小、重量轻,这就要求单片机除了功能强和功耗低外,还要求其体积要小。
现在的许多单片机都具有多种封装形式,其中SMD<
表面封装)越来越受欢迎,使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
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1.3.2低功耗CMOS化
MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW,而现在的单片机普遍都在100mW左右,随着对单片机功耗要求越来越低,现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS<
互补金属氧化物半导体工艺)。
像80C51就采用了HMOS<
即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS<
互补高密度金属氧化物半导体工艺)。
CMOS虽然功耗低,但由于其物理特征决定其工作速度不够高,而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点,这些特征,更适合于要求低功耗像电池供电的应用场合。
所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。
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1.3.3主流与多品种共存
现在虽然单片机的品种繁多,各具特色,但仍以80C51为核心的单片机占主流,兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品,ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。
所以80C51占据了半壁江山。
而Microchip公司的PIC精简指令集合<
RISC)也有着强劲的发展势头,中国台湾的HOLTEX公司近年的单片机产量与日俱增,与其底价质优的优势,占据一定的市场份额。
此外还有MOTOROLA公司的产品,日本几大公司的专用单片机。
在一定的时期内,这种情形将得以延续,将不存在某个单片机一统天下的垄断局面,走的是依存互补、相辅相成、共同发展的道路。
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九十年代以后,单片机在结构上采用双CPU或内部流水线,CPU位数有8位、16位、32位,时钟频率高达20MHZ,片内带有PWM输出、监视定时器WDT、可编程计数器阵列PCA、DMA传输、调制解调器等。
芯片向高度集成化、低功耗方向的发展,使得单片机在大量数据的实时处理、高级通信系统、数字信号处理、复杂工业过程控制、高级机器人以及局域网等方面得到大量应用。
这类单片机有NEC公司的MPD7800,MITSUBISHI公司的M337700,REVKWELL公司的R6500。
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2硬件设计
2.180C51单片机的内部结构
图2-1为80C51单片机功能结构框图
80C51芯片内部集成了CPU、RAM、ROM、定时/计数器和I/O口等各功能部件,并由内部总线把这些不见连接在一起。
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80C51单片机内部包含以下一些功能部件:
(1>
一个8位CPU;
(2>
一个片内振荡器和时钟电路;
(3>
4KBROM<
80C51有4KB掩膜ROM,87C51有4KBEPROM,80C31片内有无ROM);
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(4>
128B内RAM;
(5>
可寻址64KB的外ROM和外RAM控制电路;
(6>
两个16位定时/计数器;
(7>
21个特许功能寄存器;
(8>
4个8位并行I/O口,共32条可编程I/O端线;
(9>
一个可编程全双工串行口;
(10>
5个中断源,可设置成2个优先级。
外时钟源外部事件计数TIrRGchYzg
中断控制并行口串行通信7EqZcWLZNX
图2-180C51单片机功能结构框图
2.280C51单片机的引脚功能
80C51单片机一般采用双列直插DIP封装,共40个引脚,图2-2a为引脚排列图。
图2-2b为逻辑符号图。
40个引脚大致可分为4类:
电源、时钟、控制和I/O引脚。
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图2-280C51引脚图
<
1)电源
(1>
Vcc——芯片电源,接+5V;
(2>
Vss——接地端。
2)时钟
XTAL1、XTAL2——晶体振荡电路反相输入端和输出端。
使用内部振荡电路时外接石英晶体。
3)控制线
控制线共有4根,其中3根是复用线。
所谓复用线是指具有两种功能,正常使用时是一种功能,在某种条件下是另一种功能。
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a.ALE/PROG——地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲。
ALE功能:
用来锁存P0口送出的低8位地址。
80C51在并行扩展外存储器<
包括并行扩展I/O口)时,P0口用于分时传送低8位地址和数据信号,且均为二进制数。
那么如何区分是低8位地址还是8位数据信号呢?
当ALE信号有效时,P0口传送的是低8位地址信号;
ALE信号无效时,P0口传送的是8位数据信号。
在ALE信号的下降沿,锁定P0口传送的内容,即低8位地址信号。
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需要指出的是,当CPU不执行访问外RAM指令<
MOVX)时,ALE以时钟振荡频率1/6的固定频率输出,因此ALE信号也可作为外部芯片CLK时钟或其他需要。
但是,当CPU执行MOVX指令时,ALE将跳过一个ALE脉冲。
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ALE端可驱动8个LSTTL门电路。
PROG功能:
片内有EPROM的芯片,在EPROM编程期间,此引脚输入编程脉冲。
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b.PSEN——外ROM读选通信号。
80C51读外ROM时,没个机器周期内PSEN两次有效输出。
PSEN可作为外ROM芯片输出允许OE的选通信号。
在读内ROM或读外RAM时,PSEN无效。
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PSEN可驱动8个LSTTL门电路。
c.RST/Vpd——复位/备用电源。
正常工作时,RST<
Reset)端为复位信号输入端,只要在该引脚上连续保持两个机器周期以上高电平,80C51芯片即实现复位操作,复位后一切从头开始,CPU从0000H开始执行指令。
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Vpd功能:
在Vcc掉电情况下,该引脚可接上备用电源,由Vpd向片内供电,以保持片内RAM中的数据不丢失。
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d.EA/Vpp——内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
EA功能:
正常工作时,EA为内外ROM选择端。
80C51单片机ROM寻址范围为64KB,其中4KB在片内,60KB在片外<
80C31芯片无内ROM,全部在片外)。
当EA保持高电平时,先访问内ROM,但当PC<
程序计数器)值超过4KB<
0FFFH)时,将自动转向执行外ROM中的程序。
当EA保持低电平时,则只访问外ROM,不管芯片内有否内ROM。
对80C31芯片,片内无ROM,因此EA必须接地。
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Vpp功能:
片内有EPROM的芯片,在EPROM编程期间,此引脚用于施加编程电源Vpp。
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对4个控制引脚,应熟记起第一功能,了解其第二功能。
严格来讲,80C51的控制线还应该包括P3口的第二功能。
e.I/O引脚
80C51共有4个8位并行I/O端口,共32个引脚
①P0口——8位双向I/O口。
在不并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口>
时,P0口可用作双向I/O口。
在并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口>
时,P0口可用于分时传送低8位地址(地址总线>
和8位数据信号(数据总线>
。
位结构如图2-4所示。
P0口能驱动8个LSTTL门。
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图2-4P0口位结构
②P1口——8位准双向I/O口(“准双向”是指该口内部有固定的上拉电阻>
位结构如图2-5所示。
P1口能驱动为4个LSTTL门。
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图2-5P1口位结构
③P2口——8位准双向I/O口。
在不并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口>
时,P2口可用作双向I/O口。
在并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口>
时,P2口可用于传送高8位地址(属地址总线>
。
P2口能驱动4个LSTTL门。
P2口的位结构如图2-6所示,引脚上拉电阻同P1口。
在结构上,P2口比P1口多一个输出控制部分。
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图2-6P2口位结构
④P3口——8位准双向I/O口。
可作一般I/O口用,同时P3口每一引脚还具有第二功能,用于特殊信号输入输出和控制信号(属控制总线>
P3口驱动能力为4个LSTTL门。
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图2-7P3口位结构
P3口第二功能如下:
P3.0——RXD:
串行口输入端。
P3.1——TXD:
串行口输出端。
P3.2——INT0:
外部中断0请求输入端。
P3.3——INT1:
外部中断1请求输入端
P3.4——T0:
定时/计数器0外部信号输入端。
P3.5——T1:
定时/计数器1外部信号输入端。
P3.6——WR:
外RAM写选通信号输出端。
P3.7——RD:
外RAM读选通信号输出端。
上述4个I/O口,各有各的用途。
时,4个I/O口都可作为双向I/O口用。
时,P0口专用于分时传送低8位地址信号和8位数据信号,P2口专用于传送高8位地址信号。
P3口根据需要常用于第二功能,真正可提供给用户使用的I/O口是P1口和一部分未用作第二功能的P3口端线。
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3Proteus与KeilC51的概述
3.1Proteus介绍
ProteusISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。
它运行于Windows操作系统上,可以仿真、分析(SPICE>
各种模拟器件和集成电路,该软件的特点是:
①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。
具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能;
有各种虚拟仪器,如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。
②支持主流单片机系统的仿真。
目前支持的单片机类型有:
68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。
③提供软件调试功能。
在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能,同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态,因此在该软件仿真系统中,也必须具有这些功能;
同时支持第三方的软件编译和调试环境,如KeilC51uVision2等软件。
④具有强大的原理图绘制功能。
总之,该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件,功能极其强大。
本章介绍ProteusISIS软件的工作环境和一些基本操作。
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3.2KeilC51介绍
KeilC51mVision2集成开发环境是KeiSoftwre,lnc/KeilElektronikGmbH开发的基于80C51内核的微处理器软件开发平台,内以多种符合当前工业标准的开发工具,可以完成从工和建立、管理,编译,连接,目标代码的生成,软件访真,硬件访真等完整的开发流和。
尤其C编译工具在产生代码的准确性和效率性达到了较高的水平,而可以附加灵活的控制选项。
KeilC51集成开发环境的主要环境的主要功能是以下几点:
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⑴mVision2forWindowsTM:
是一个集成开发环境,它将工程管理,源代码编辑和程序调试等组合在一个功能强大的Z1环境中。
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⑵C51国际标准优化C交叉编译器:
从C源代码产生可重定位的口标模块。
⑶A51宏汇编器:
从80C51汇编冤代码产生可重定位的口标模块。
⑷BL51连接/定位器:
组合由C51和A51产生的可重定位的目标模块,生成绝对目标模块。
⑸LIB51库管理器:
从口际模块生成连接器可以使用的库文件。
⑹OH51目标文件至HEX格式的转换器:
从绝对目标模块生成IntelHEX文件。
⑺RTX-51实时操作系统:
简化了复杂的实时应用软件项口的设计。
这个工具套件足为专业软件开发人员设计的,但任何层次的编程人员都可以使用,并获得80C51微控制器的部分应用。
BkeGuInkxI
4KeilC与Proteus相结合的仿真实例
单片机电路设计
如图所示。
电路的核心是单片机AT89C51。
单片机的P1口八个引脚接LED显示器的段选码<
a、b、c、d、e、f、g、dp)的引脚上,单片机的P2口六个引脚接LED显示器的位选码<
1、2、3、4、5、6)的引脚上,电阻起限流作用,总线使电路图变得简洁。
PgdO0sRlMo
4.1.1电路图的绘制
⑴将所需元器件加入到对象选择器窗口。
PickingComponentsintotheSchematic3cdXwckm15
单击对象选择器按钮
,如图所示
弹出“PickDevices”页面,在“Keywords”输入AT89C51,系统在对象库中进行搜索查找,并将搜索结果显示在“Results”中,如图所示。
h8c52WOngM
在“Results”栏中的列表项中,双击“AT89C51”,则可将“AT89C51”添加至对象选择器窗口。
v4bdyGious
接着在“Keywords”栏中重新输入7SEG,如图所示。
双击“7SEG-MPX6-CA-BLUE”,则可将“7SEG-MPX6-CA-BLUE”(6位共阳7段LED显示器>
添加至对象选择器窗口。
J0bm4qMpJ9
最后,在“Keywords”栏中重新输入RES,选中“MatchWholeWords”,如图所示。
在“Results”栏中获得与RES完全匹配的搜索结果。
双击“RES”,则可将“RES”(电阻>
单击“OK”按钮,结束对象选择。
XVauA9grYP
经过以上操作,在对象选择器窗口中,已有了7SEG-MPX6-CA-BLUE、AT89C51、RES三个元器件对象,若单击AT89C51,在预览窗口中,见到AT89C51的实物图,如图所示;
若单击RES或7SEG-MPX6-CA-BLUE,在预览窗口中,见到RES和7SEG-MPX6-CA-BLUE的实物图,如图所示。
此时,我们已注意到在绘图工具栏中的元器件按钮
处于选中状态。
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⑵放置元器件至图形编辑窗口PlacingComponentsontotheSchematic
在对象选择器窗口中,选中7SEG-MPX6-CA-BLUE,将鼠标置于图形编辑窗口该对象的欲放位置、单击鼠标左键,该对象被完成放置。
同理,将AT89C51和RES放置到图形编辑窗口中。
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若对象位置需要移动,将鼠标移到该对象上,单击鼠标右键,此时我们已经注意到,该对象的颜色已变至红色,表明该对象已被选中,按下鼠标左键,拖动鼠标,将对象移至新位置后,松开鼠标,完成移动操作。
DJ8T7nHuGT
由于电阻R1~R8的型号和电阻值均相同,因此可利用复制功能作图。
将鼠标移到R1,单击鼠标右键,选中R1,在标准工具栏中,单击复制按钮
,拖动鼠标,按下鼠标左键,将对象复制到新位置,如此反复,直到按下鼠标右键,结束复制。
此时我们已经注意到,电阻名的标识,系统自动加以区分。
QF81D7bvUA
⑶放置总线至图形编辑窗口
单击绘图工具栏中的总线按钮
,使之处于选中状态。
将鼠标置于图形编辑窗口,单击鼠标左键,确定总线的起始位置;
移动鼠标,屏幕出现粉红色细直线,找到总线的终了位置,单击鼠标左键,再单击鼠标右键,以表示确认并结束画总线操作。
此后,粉红色细直线被蓝色的粗直线所替代,如图所示。
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⑷元器件之间的连线WiringUpComponentsontheSchematic
Proteus的智能化可以在你想要画线的时候进行自动检测。
下面,我们来操作将电阻R1的右端连接到LED显示器的A端。
当鼠标的指针靠近R1右端的连接点时,跟着鼠标的指针就会出现一个“×
”号,表明找到了R1的连接点,单击鼠标左键,移动鼠标(不用拖动鼠标>
,将鼠标的指针靠近LED显示器的A端的连接点时,跟着鼠标的指针就会出现一个“×
”号,表明找到了LED显示器的连接点,同时屏幕上出现了粉红色的连接,单击鼠标左键,粉红色的连接线变成了深绿色,同时,线形由直线自动变成了90º
的折线,这是因为我们选中了线路自动路径功能。
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Proteus具有线路自动路径功能(简称WAR>
,当选中两个连接点后,WAR将选择一个合适的路径连线。
WAR可通过使用标准工具栏里的“WAR”命令按钮
来关闭或打开,也可以在菜单栏的“Tools”下找到这个图标。
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同理,我们可以完成其它连线。
在此过程的任何时刻,都可以按ESC键或者单击鼠标的右键来放弃画线。
⑸元器件与总线的连线
画总线的时候为了和一般的导线区分,我们一般喜欢画斜线来表示分支线。
此时我们需要自己决定走线路径,只需在想要拐点处单击鼠标左键即可,如图所示。
Kp5zH46zRk
⑹给与总线连接的导线贴标签PARTLABELS
单击绘图工具栏中的导线标签按钮
将鼠标置于图形编辑窗口的欲标标签的导线上,跟着鼠标的指针就会出现一个“×
”号,如图所示。
Yl4HdOAA61
表明找到了可以标注的导线,单击鼠标左键,弹出编辑导线标签窗口,如图所示。
在“string”栏中,输入标签名称(如a>
,单击“OK”按钮,结束对该导线的标签标定。
同
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