PIC18系列单片机原理及实践【精选】
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采用掩模技术制造的芯片是“专用”的芯片，不能用于其 它项目。因此，掩模ROM工艺的单片机是针对某一产品 生产的。
2019/9/11
大连理工大学 电工电子实验中心 陈育斌
18
1.5 PIC微控制器的数据RAM和E2PROM
RAM和E2PROM都是用来存储数据的。其中：
1. RAM用于存储程序的“变量”，如系统采集的输入数据、 处理运算的中间结果或者是程序的最终数据等。
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3
第一章 PIC微控制器的历史和特征
1989年Microchip公司开发了一种8位的微控制器： PIC（Peripheral Interface Controler ——— 外围接口控制器）；
将少量的RAM、ROM、一个定时器和一些I/O端口全 部集成在一个8脚的芯片上；
2. 将芯片内部所包含的ADC、定时器、同步/异步收发器、 E2PROM、看门狗WDT、I2C总线、CAN总线接口等统 称为“外围模块”。外围模块有两个特征：
①都是由对应的SFR进行初始化控制；
②在PIC18XXX系列中，不同的型号其配置各不相同。
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RAM的大小影响着CPU处理数据的空间。一个大容量的 RAM还可以使高级语言运行更为流畅。
特点：存储速度快（与指令运行的速度同步）、掉电后 数据丢失。
2. E2PROM用于存储 “重要而不需经常修改的数据”。一 般是结果数据，如：水表的流量、汽车的行驶里程、远 端采集的遥感数据等。
特点：掉电后数据不丢失、存储数据速度慢（ms级）。
1. 16FXXX：具有丰富的内部模块、完整的指令系统和良 好的向下兼容性。适合初学入门的系列；
2. 18FXXX：高效的16位指令系统、大容量的ROM和RAM 结构使其更适合C语言编程。更为丰富的内部某块和8位 的硬件乘法器使其具备DSP的性能。学习的高级阶段。
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Microchip公司对产品开发采用了“面向应用”的设计理 念，产品种类多而细，从8脚的简约型到80脚高档型。这 种设计使用户可以根据工程项目的需要有“针对性”的进 行选型，做到系统设计的“最优性价比”。
引脚的减少意味着芯片功能的简化，降低成本。相反，80 脚的产品意味着芯片内部模块的增加、功能的强大（因为 许多模块都需要借助于引脚进行数据交换的）。
和振荡器起振定时器（OST）； 片内RC振荡的看门狗定时器（WDT）保证可靠运行； 低功耗睡眠模式（Sleep）；
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可选择不同的振荡器工作方式： ① 4锁相环（主振荡器）； ② 2路振荡器（32KHz）时钟输入；
通过两个引脚可进行在线串行编程（ICSP）； 通过2个脚在线调试器。
在PIC产品中是以F为来表示的，如：PIC18F458等；
当使用程序烧写器烧写程序时，首先要擦除旧程序然后烧 写新程序。擦除和写入的过程是由编程器自动进行的。
这类芯片适用于产品的研制阶段，需要不断修改、调试程 序的场合。
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（三）PIC单片机的OPT版本
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（四）PIC单片机的掩模版本
所谓“掩模”技术是指：将编写好并调试成功的源程序代 码直接交给生产微控制器的厂家，由芯片制造厂家在制造 芯片的过程中将用户程序一同烧入的模式；
在所有ROM的制造工艺模式中，“掩模”工艺是制造成 本最低的一种方式，非常适合工厂对设备的批量生产。
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（五）CMOS芯片工艺性能
低电压，高速度FLASH/EEPROM技术； 全静态设计； 宽范围的工作电压：2.0-5.5V； 工业级和扩展级温度范围； 低功耗：
—在5V、4MHz下典型值1.6mA； —在3V、32KHz下典型值25uA； —待机电流典型值0.2uA。
在不到10年的时间内，Microchip公司已经把这个如 此简陋的产品发展成主流的8位微控制器这是一个奇 迹；
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1.1 PIC微控制器的产品系列
1. 10XXX 2. 12XXX 3. 14XXX 4. 16XXX：应用最广泛的8位机产品，14位指令宽度 5. 18XXX：8位机中的高档产品，16位指令宽度。
最大拉/灌电流可达25mA； 3个外部中断引脚； 4个定时器TMR0、TMR1、TMR2、TMR3； 捕捉/比较/脉宽调制（CCP）模块/增强型CCP模块； 两种工作方式的主同步串行通讯（MSSP）：
① SPI主控方式（支持所有4种SPI工作模式）； ② I2C主控/从动方式； 可寻址的USART模块：支持RS-485和RS-232串口,并 行从动口模式,支持中断支持位。
与RAM不同，E2PROM是以“外围模块”的方式来工作的， 它需要SFR的控制来参与“读/写”操作。
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1.6 PIC微控制器的I/O引脚
PIC18XXX系列单片机的引脚为18～80不等，其中可做 I/O引脚的数量为16～72不等。很明显，I/O引脚的数量受 到芯片引脚的约束。
2
2019/9/11
目录
第一章 PIC微控制器的历史和特征 1.1 PIC微控制器的产品系列 1.2 PIC18系列微控制器的特性 1.3 PIC微控制器的产品局限性 1.4 PIC微控制器的程序ROM 1.5 PIC微控制器的数据RAM和E2PROM 1.6 PIC微控制器的I/O引脚 1.7 PIC微控制器的外围设备
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在PIC18XXX系列中，不同型号芯片其RAM、 E2PROM 的配置是不同的；
RAM的容量从256B～4096B不等，一般是按照256B的整 数倍来设置RAM的容量；
在PIC18XXX系列产品中，都会配置一个小容量（256B） 的E2PROM模块，以满足一些需要特定环境（如掉电）的 数据保存的要求。
OPT（one time programmable）—— 一次性编程技术。 在PIC产品中是以C为来表示OPT结构的，如：
PIC16C432等; 与闪存flash工艺结构的芯片相比，具有较低的制造成本。
因此，适合当程序调试成功后进行大规模的生产的情况， 这样可有效降低生产成本；
OPT芯片只能进行一次编程，一旦程序烧写进去就永远无 法修改。因此此类芯片不适合开发阶段的使用。
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（三）高级模/数转换特性
10位、8通道的模/数（A/D）转换模块： 可利用休眠状态进行转换，以减少系统干扰、提高精度； 模拟比较模块：可编程多路输入/输出技术； 比较器参考电压模块； 可编程的低电压探测模块（PLVD）：支持低电压检测时
1ห้องสมุดไป่ตู้
如何学习PIC单片机
在产品的设计中，对于PIC单片机的选型采用的是“因 地制宜”的策略——根据需要合理选择各种系列产品， 这样可以做到产品的最佳“性价比”。这也是PIC单片 机的一种“优势”。如洗衣机、电冰箱或电梯控制系统 等会采用从低到高不同的PIC系列产品。
由于PIC单片机各个档次之间存在于指令不完全兼容的 特点，那么如何选择、从那个系列入手学习呢？
2. 再使用“程序烧写器”将新程序烧写到芯片中。
早期产品，用于产品的研制阶段。这类芯片的最大缺点 是擦除时间长，目前已经被淘汰。
芯片本身有一个明显的特征：在芯片正面的中央有一个 大约直径10mm透明窗口，为紫外线照射提供一个入射 的光路通道。
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兼容性。
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1.4 PIC微控制器的程序ROM
与其他厂家的微控制器一样，用于存储程序代码或常数 的程序ROM其结构、特点决定了其实用的环境和应用的 价值。
1. 其大小决定了系统程序的容量。在广泛使用C语言编程 的今天，采用大容量结构设计显得尤为重要；
22
（二）带闪存flash的PIC18FXXX
与UV—EPROM相比，flash闪存程序存储器采用“电擦除” 技术，具有速度快，擦除次数多的优点。因此闪存ROM 已经取代UV—EPROM，是当前广泛采用的模式；
PIC18FXXX系列微控制器采用闪存ROM结构。擦除程序 不用外加“擦除器”，但烧写程序时需要“程序烧写器”。
产生中断； 可编程的锁定复位（BOR）；
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（四）特殊的单片机特性
增强功能的FLASH可经受100,000次擦/写操作； EEPROM可经受1,000,000次擦/写操作； FLASH/数据EEPROM数据保存期可超过40年； 软件控制自动可改编程序（在线升级）； 上电复位电路（POR）、上电延迟定时器（PWRT）
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1.3 PIC微控制器的产品局限性
由于历史原因：PIC单片机的产品是逐渐从低向高发展。 其中最明显的特征是：随着产品性能的提高其内部的硬 件结构也在变化。如程序存储器ROM的宽度会随着产品 性能的升级而加宽，且指令系统也在扩充。
1. 12XXX的指令宽度为12位，指令系统为33条； 2. 16XXX系列的指令宽度为14位，指令系统为35条； 3. 18XXX系列的指令宽度为16为，指令系统为58条。 这种特点决定了不同系列的产品其指令系统没有很好的
2. ROM的制造工艺决定了微控制器的使用特点和制造成本， 这也与半导体工艺的发展水平相关；
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（一）UV—EPROM的PIC微控制器
早期微控制器ROM的工艺结构。需配合“紫外线擦除器” 和“程序烧写器”完成程序的写入；
1. 使用“紫外线擦除器”中的紫外线照射芯片大约20分钟， 利用“光—化学”反应将芯片中的旧程序擦除；
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1.7 PIC微控制器的外围设备
PIC微控制器是由“核心器件”和“外围模块” 组成。
1. 由中央处理器CPU、数据存储器RAM、指令译码控制器 以及时钟电路、复位电路等控制逻辑统称为“核心器 件”，它是构成微控制器的必要部分。在PIC18FXXX系 列中，不论什么型号其“核心器件”都是相同的；
它们全部都是8位机系列（内部的数据总线为8位），8 位机的特点：CPU每次处理数据的能力为8位，如果超 过8位就必须事先将其截为8位后再分别处理。
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1.2 PIC18系列单片机的特性
与其它PIC系列单片机一样，采用精简指令集RISC、流 水作业、丰富的内部模块、低功耗大电流驱动等。为了 更适合单片机的C语言开发，18系列设计成较大的信息 存储空间。如： ① 2M的程序存储器空间； ② 4K的数据存储空间； 这种设计极大的方便了C语言的设计与编程。
PIC18系列单片机原理及实践 （第一章）
参考资料：《PIC技术宝典》 PIC Microcontroller and Embedded Systems [美] Rolin D.Mckinlay 著
课件编写：大连理工大学 电工电子实验中心
2009年12月
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（一）高性能RISC CPU
C编译器优化体系结构/指令设置； 兼容PIC16和PIC17指令源代码； 高达2MB的程序存储器； 高达4KB的数据存储器；
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（二）优越的外围功能模块特征
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1.5 PIC微控制器的数据RAM和E2PROM
RAM和E2PROM都是用来存储数据的。其中：
1. RAM用于存储程序的“变量”，如系统采集的输入数据、 处理运算的中间结果或者是程序的最终数据等。
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第一章 PIC微控制器的历史和特征
1989年Microchip公司开发了一种8位的微控制器： PIC（Peripheral Interface Controler ——— 外围接口控制器）；
将少量的RAM、ROM、一个定时器和一些I/O端口全 部集成在一个8脚的芯片上；
2. 将芯片内部所包含的ADC、定时器、同步/异步收发器、 E2PROM、看门狗WDT、I2C总线、CAN总线接口等统 称为“外围模块”。外围模块有两个特征：
①都是由对应的SFR进行初始化控制；
②在PIC18XXX系列中，不同的型号其配置各不相同。
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RAM的大小影响着CPU处理数据的空间。一个大容量的 RAM还可以使高级语言运行更为流畅。
特点：存储速度快（与指令运行的速度同步）、掉电后 数据丢失。
2. E2PROM用于存储 “重要而不需经常修改的数据”。一 般是结果数据，如：水表的流量、汽车的行驶里程、远 端采集的遥感数据等。
特点：掉电后数据不丢失、存储数据速度慢（ms级）。
1. 16FXXX：具有丰富的内部模块、完整的指令系统和良 好的向下兼容性。适合初学入门的系列；
2. 18FXXX：高效的16位指令系统、大容量的ROM和RAM 结构使其更适合C语言编程。更为丰富的内部某块和8位 的硬件乘法器使其具备DSP的性能。学习的高级阶段。
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Microchip公司对产品开发采用了“面向应用”的设计理 念，产品种类多而细，从8脚的简约型到80脚高档型。这 种设计使用户可以根据工程项目的需要有“针对性”的进 行选型，做到系统设计的“最优性价比”。
引脚的减少意味着芯片功能的简化，降低成本。相反，80 脚的产品意味着芯片内部模块的增加、功能的强大（因为 许多模块都需要借助于引脚进行数据交换的）。
和振荡器起振定时器（OST）； 片内RC振荡的看门狗定时器（WDT）保证可靠运行； 低功耗睡眠模式（Sleep）；
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可选择不同的振荡器工作方式： ① 4锁相环（主振荡器）； ② 2路振荡器（32KHz）时钟输入；
通过两个引脚可进行在线串行编程（ICSP）； 通过2个脚在线调试器。
在PIC产品中是以F为来表示的，如：PIC18F458等；
当使用程序烧写器烧写程序时，首先要擦除旧程序然后烧 写新程序。擦除和写入的过程是由编程器自动进行的。
这类芯片适用于产品的研制阶段，需要不断修改、调试程 序的场合。
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（三）PIC单片机的OPT版本
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（四）PIC单片机的掩模版本
所谓“掩模”技术是指：将编写好并调试成功的源程序代 码直接交给生产微控制器的厂家，由芯片制造厂家在制造 芯片的过程中将用户程序一同烧入的模式；
在所有ROM的制造工艺模式中，“掩模”工艺是制造成 本最低的一种方式，非常适合工厂对设备的批量生产。
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（五）CMOS芯片工艺性能
低电压，高速度FLASH/EEPROM技术； 全静态设计； 宽范围的工作电压：2.0-5.5V； 工业级和扩展级温度范围； 低功耗：
—在5V、4MHz下典型值1.6mA； —在3V、32KHz下典型值25uA； —待机电流典型值0.2uA。
在不到10年的时间内，Microchip公司已经把这个如 此简陋的产品发展成主流的8位微控制器这是一个奇 迹；
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1.1 PIC微控制器的产品系列
1. 10XXX 2. 12XXX 3. 14XXX 4. 16XXX：应用最广泛的8位机产品，14位指令宽度 5. 18XXX：8位机中的高档产品，16位指令宽度。
最大拉/灌电流可达25mA； 3个外部中断引脚； 4个定时器TMR0、TMR1、TMR2、TMR3； 捕捉/比较/脉宽调制（CCP）模块/增强型CCP模块； 两种工作方式的主同步串行通讯（MSSP）：
① SPI主控方式（支持所有4种SPI工作模式）； ② I2C主控/从动方式； 可寻址的USART模块：支持RS-485和RS-232串口,并 行从动口模式,支持中断支持位。
与RAM不同，E2PROM是以“外围模块”的方式来工作的， 它需要SFR的控制来参与“读/写”操作。
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1.6 PIC微控制器的I/O引脚
PIC18XXX系列单片机的引脚为18～80不等，其中可做 I/O引脚的数量为16～72不等。很明显，I/O引脚的数量受 到芯片引脚的约束。
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第一章 PIC微控制器的历史和特征 1.1 PIC微控制器的产品系列 1.2 PIC18系列微控制器的特性 1.3 PIC微控制器的产品局限性 1.4 PIC微控制器的程序ROM 1.5 PIC微控制器的数据RAM和E2PROM 1.6 PIC微控制器的I/O引脚 1.7 PIC微控制器的外围设备
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在PIC18XXX系列中，不同型号芯片其RAM、 E2PROM 的配置是不同的；
RAM的容量从256B～4096B不等，一般是按照256B的整 数倍来设置RAM的容量；
在PIC18XXX系列产品中，都会配置一个小容量（256B） 的E2PROM模块，以满足一些需要特定环境（如掉电）的 数据保存的要求。
OPT（one time programmable）—— 一次性编程技术。 在PIC产品中是以C为来表示OPT结构的，如：
PIC16C432等; 与闪存flash工艺结构的芯片相比，具有较低的制造成本。
因此，适合当程序调试成功后进行大规模的生产的情况， 这样可有效降低生产成本；
OPT芯片只能进行一次编程，一旦程序烧写进去就永远无 法修改。因此此类芯片不适合开发阶段的使用。
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（三）高级模/数转换特性
10位、8通道的模/数（A/D）转换模块： 可利用休眠状态进行转换，以减少系统干扰、提高精度； 模拟比较模块：可编程多路输入/输出技术； 比较器参考电压模块； 可编程的低电压探测模块（PLVD）：支持低电压检测时
1ห้องสมุดไป่ตู้
如何学习PIC单片机
在产品的设计中，对于PIC单片机的选型采用的是“因 地制宜”的策略——根据需要合理选择各种系列产品， 这样可以做到产品的最佳“性价比”。这也是PIC单片 机的一种“优势”。如洗衣机、电冰箱或电梯控制系统 等会采用从低到高不同的PIC系列产品。
由于PIC单片机各个档次之间存在于指令不完全兼容的 特点，那么如何选择、从那个系列入手学习呢？
2. 再使用“程序烧写器”将新程序烧写到芯片中。
早期产品，用于产品的研制阶段。这类芯片的最大缺点 是擦除时间长，目前已经被淘汰。
芯片本身有一个明显的特征：在芯片正面的中央有一个 大约直径10mm透明窗口，为紫外线照射提供一个入射 的光路通道。
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兼容性。
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1.4 PIC微控制器的程序ROM
与其他厂家的微控制器一样，用于存储程序代码或常数 的程序ROM其结构、特点决定了其实用的环境和应用的 价值。
1. 其大小决定了系统程序的容量。在广泛使用C语言编程 的今天，采用大容量结构设计显得尤为重要；
22
（二）带闪存flash的PIC18FXXX
与UV—EPROM相比，flash闪存程序存储器采用“电擦除” 技术，具有速度快，擦除次数多的优点。因此闪存ROM 已经取代UV—EPROM，是当前广泛采用的模式；
PIC18FXXX系列微控制器采用闪存ROM结构。擦除程序 不用外加“擦除器”，但烧写程序时需要“程序烧写器”。
产生中断； 可编程的锁定复位（BOR）；
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（四）特殊的单片机特性
增强功能的FLASH可经受100,000次擦/写操作； EEPROM可经受1,000,000次擦/写操作； FLASH/数据EEPROM数据保存期可超过40年； 软件控制自动可改编程序（在线升级）； 上电复位电路（POR）、上电延迟定时器（PWRT）
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1.3 PIC微控制器的产品局限性
由于历史原因：PIC单片机的产品是逐渐从低向高发展。 其中最明显的特征是：随着产品性能的提高其内部的硬 件结构也在变化。如程序存储器ROM的宽度会随着产品 性能的升级而加宽，且指令系统也在扩充。
1. 12XXX的指令宽度为12位，指令系统为33条； 2. 16XXX系列的指令宽度为14位，指令系统为35条； 3. 18XXX系列的指令宽度为16为，指令系统为58条。 这种特点决定了不同系列的产品其指令系统没有很好的
2. ROM的制造工艺决定了微控制器的使用特点和制造成本， 这也与半导体工艺的发展水平相关；
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（一）UV—EPROM的PIC微控制器
早期微控制器ROM的工艺结构。需配合“紫外线擦除器” 和“程序烧写器”完成程序的写入；
1. 使用“紫外线擦除器”中的紫外线照射芯片大约20分钟， 利用“光—化学”反应将芯片中的旧程序擦除；
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1.7 PIC微控制器的外围设备
PIC微控制器是由“核心器件”和“外围模块” 组成。
1. 由中央处理器CPU、数据存储器RAM、指令译码控制器 以及时钟电路、复位电路等控制逻辑统称为“核心器 件”，它是构成微控制器的必要部分。在PIC18FXXX系 列中，不论什么型号其“核心器件”都是相同的；
它们全部都是8位机系列（内部的数据总线为8位），8 位机的特点：CPU每次处理数据的能力为8位，如果超 过8位就必须事先将其截为8位后再分别处理。
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1.2 PIC18系列单片机的特性
与其它PIC系列单片机一样，采用精简指令集RISC、流 水作业、丰富的内部模块、低功耗大电流驱动等。为了 更适合单片机的C语言开发，18系列设计成较大的信息 存储空间。如： ① 2M的程序存储器空间； ② 4K的数据存储空间； 这种设计极大的方便了C语言的设计与编程。
PIC18系列单片机原理及实践 （第一章）
参考资料：《PIC技术宝典》 PIC Microcontroller and Embedded Systems [美] Rolin D.Mckinlay 著
课件编写：大连理工大学 电工电子实验中心
2009年12月
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6
（一）高性能RISC CPU
C编译器优化体系结构/指令设置； 兼容PIC16和PIC17指令源代码； 高达2MB的程序存储器； 高达4KB的数据存储器；
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（二）优越的外围功能模块特征