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

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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