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【常用模块】OLED显示模块（原理讲解、STM32实例操作）

时间:2019-06-03 14:42:03来源:IT技术作者:seo实验室小编阅读:110次「手机版」
　

oled模块

OLED的基础介绍

OLED的定义和优势

OLED，即有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode），又称为有机电激光显示（Organic Electroluminesence display， OELD）。OLED由于同时具备自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异之特性，被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术。

OLED显示技术具有自发光的特性，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光，而且OLED显示屏幕可视角度大，并且能够节省电能，从2003年开始这种显示设备在MP3播放器上得到了应用。

LCD都需要背光，而OLED不需要，因为它是自发光的。这样同样的显示，OLED效果要来得好一些。以目前的技术，OLED的尺寸还难以大型化，但是分辨率确可以做到很高。

ALINETEK的0.96寸oled模块

  • 模块有单色和双色两种可选，单色为纯蓝色，而双色则为黄蓝双色。单色模块每个像素点只有亮与不亮两种情况，没有颜色区分；
  • 尺寸小，显示尺寸为0.96寸，而模块的尺寸仅为27mm*26mm大小；
  • 高分辨率，该模块的分辨率为128*64；
  • 多种接口方式，该模块提供了总共4种接口包括：6800、8080两种并行接口方式、 4线的穿行SPI接口方式、IIC接口方式；
  • 不需要高压，直接接3.3V就可以工作了。

OLED模块工作模式选择

4种模式通过模块的BS1/BS2设置（通过硬件来设置），BS1/BS2的设置与模块接口模式的关系如表所示：

OLED四种工作模式
接口方式 4线SPI IIC 8位6800 8位8080
BS1 0 1 0 1
BS2 0 0 1 1

下面是OLED模块的具体实物图：

ALIENTEK OLED模块默认设置是BS0接GND，BS1和BS2接VCC（8080模式），即使用8080并口方式，如果想要设置成其他的模式，则需要在OLED的背面，用烙铁修改BS0-BS2的设置。

从模块的原理图上，我们可以看到的更加清晰：

该模块采用8*2的2.52排针与外部连接，总共16个管脚，在16条线中，我们只用了15条，有一条是悬空的。15条线中，电源和地线占了2条，还剩下13条信号线。在不同的模式下，需要的信号线的数目是不同的，在8080模式下，需要全部的13条。

OLED控制器为SSD1306，也就是说：裸屏由SSD1306驱动，这也是一种较为广泛使用的led驱动芯片。

OLED的显示原理

OLED8080并行接口信号线说明

在上面，提到了本文中OLED采用8080的接口方式，其对应的并行接口图如下所示：

接下来，就对这个并行接口的各个信号线的含义进行解释说明：

  • CS：OLED片选信号；
  • WR：向OLED写入数据；
  • RD：从OLED读取数据；
  • D[7：0]：8位双向数据线；
  • RST（RES）：硬复位OLED；
  • DC（RS）：命令/数据标志（0，读写命令；1，读写数据）。

OLED8080并口读写过程

模块的8080并口读/写的过程为：

  • 将数据放到数据口；
  • 根据要写入/读取的数据的类型，设置DC（RS）为高（数据）/低（命令）；
  • 拉低片选，选中SSD1306；
  • 接着我们根据是读数据，还是要写数据置RD/WR为低；
  • 读数据过程：在RD的上升沿， 使数据锁存到数据线（D[7：0]）上；
  • 写数据过程：在WR的上升沿，使数据写入到SSD1306里面；
  • 拉高CS和DC（RS）。

并口写时序图

并口读时序图

OLED模块显存

OLED本身是没有显存的，它的显存是依赖于SSD1306提供的（之后讲解的TFTLCD是本身自带显存，利用FSMC来进行控制）。而SSD1306提供一块显存，芯片具体的讲解见下文。

SSD1306的显存总共为128*64bit大小，SSD1306将这些显存分为了8页。每页包含了128个字节，总共8页，这样刚好是128*64的点阵大小。

程序显示原理

在STM32的内部建立一个缓存（共128*8个字节），在每次修改的时候，只是修改STM32上的缓存（实际上就是SRAM），在修改完了之后，一次性把STM32上的缓存数据写入到OLED的GRAM。当然这个方法也有坏处，就是对于那些SRAM很小的单片机（比如51系列）就比较麻烦了。

SSD1306芯片

SSD1306芯片简介

SSD1306是一个单片CMOS、OLED/PLED驱动芯片可以驱动有机/聚合发光二极管点阵图形显示系统。由128 segments 和64 Commons组成。该芯片专为共阴极OLED面板设计。 

SSD1306中嵌入了对比度控制器、显示RAM和晶振，并因此减少了外部器件和功耗。有256级亮度控制。数据/命令的发送有三种接口可选择：6800/8000串口，I2C接口或SPI接口。适用于多数简介的应用，注入移动电话的屏显，MP3播放器和计算器等。

SSD1306芯片特性

  • 分辨率：128 * 64 点阵面板；
  • 电源：
  1. VDD = 1.65V to 3.3V，用于IC逻辑；
  2. VCC = 7V to 15V，用于面板驱动；
  • 点阵显示：
  1. OLED驱动输出电压，最大15V；
  2. Segment最大电流：100uA；
  3. 常见最大反向电流：15mA；
  4. 256级对比亮度电流控制；
  • 嵌入式128 * 64位SRAM显示缓存；
  • 引脚选择MCU接口：
  1. 8位6800/8000串口；
  2. 3/4线SPI接口；
  3. I2C接口。

SSD1306芯片命令

  • 命令0X81：设置对比度。包含两个字节，第一个0X81为命令，随后发送的一个字节为要设置的对比度的值。这个值设置得越大屏幕就越亮。
  • 命令0XAE/0XAF：0XAE为关闭显示命令；0XAF为开启显示命令。
  • 命令0X8D：包含2个字节，第一个为命令字，第二个为设置值，第二个字节的BIT2表示电荷泵的开关状态，该位为1，则开启电荷泵，为0则关闭。在模块初始化的时候，这个必须要开启，否则是看不到屏幕显示的。
  • 命令0XB0~B7：用于设置页地址，其低三位的值对应着GRAM的页地址。
  • 命令0X00~0X0F：用于设置显示时的起始列地址低四位。
  • 命令0X10~0X1F：用于设置显示时的起始列地址高四位。

STM32控制OLED

硬件连接

  • 单片机：STM32F103ZET6
  • 模块：OLED显示模块
  • 引脚连接：

之前的并行接口图是相对于显示屏上的引脚，而上图的并行接口图是相对于STM32的IO口的图。

OLED_DC（RS）：OV SCL（PD3）、OLED_CS：FIFO WRST（PD6）、OLED_ED：OV SDA（PG13）、OLED_WR：FIFO RRST（PG14）、OLED_RST：FIFO OE（PG15）、OLED_D0：OV D0（PC0）、OLED_D1：OV D1（PC1）、OLED_D2：OV D2（PC2）、OLED_D3：OV D3（PC3）、OLED_D4：OV D4（PC4）、OLED_D5：OV D5（PC5）、OLED_D6：OV D6（PC6）、OLED_D7：OV D7（PC7）

  • 硬件资源：指示灯DS0、OLED模块

STM32控制程序

  • 设置STM32与OLED模块相连接的IO（设置与OLED相连的IO口设置为输出）；
  • 初始化OLED模块（硬复位SSD1306、驱动IC初始化程序、开启显示、清零显存、开始显示）；
  • 通过函数将字符和数字显示到OLED模块上。
//OLED模式设置
//0: 4线串行模式  （模块的BS1，BS2均接GND）
//1: 并行8080模式 （模块的BS1，BS2均接VCC）
#define OLED_MODE 	1 
		    						  
//---------------------------OLED端口定义--------------------------  					   
#define OLED_CS  PDout(6)
#define OLED_RST PGout(15) 	
#define OLED_RS  PDout(3)
#define OLED_WR  PGout(14)		  
#define OLED_RD  PGout(13)	   
//PC0~7,作为数据线
 
#define DATAOUT(x) GPIO_Write(GPIOC,x);//输出  
  
//使用4线串行接口时使用 
#define OLED_SCLK PCout(0)
#define OLED_SDIN PCout(1)
		     
#define OLED_CMD  0	//写命令
#define OLED_DATA 1	//写数据
//OLED的显存
//存放格式如下.
//[0]0 1 2 3 ... 127	
//[1]0 1 2 3 ... 127	
//[2]0 1 2 3 ... 127	
//[3]0 1 2 3 ... 127	
//[4]0 1 2 3 ... 127	
//[5]0 1 2 3 ... 127	
//[6]0 1 2 3 ... 127	
//[7]0 1 2 3 ... 127 		   
u8 OLED_GRAM[128][8];	 

//更新显存到LCD		 
void OLED_Refresh_Gram(void)
{
	u8 i,n;		    
	for(i=0;i<8;i++)  
	{  
		OLED_WR_Byte (0xb0+i,OLED_CMD);    //设置页地址（0~7）
		OLED_WR_Byte (0x00,OLED_CMD);      //设置显示位置—列低地址
		OLED_WR_Byte (0x10,OLED_CMD);      //设置显示位置—列高地址   
		for(n=0;n<128;n++)OLED_WR_Byte(OLED_GRAM[n][i],OLED_DATA); 
	}   
}

//向SSD1306写入一个字节。
//dat:要写入的数据/命令
//cmd:数据/命令标志 0,表示命令;1,表示数据;
void OLED_WR_Byte(u8 dat,u8 cmd)
{
	DATAOUT(dat);	    
 	OLED_RS=cmd;
	OLED_CS=0;	   
	OLED_WR=0;	 
	OLED_WR=1;
	OLED_CS=1;	  
	OLED_RS=1;	 
} 	    	    
	  	  
//开启OLED显示    
void OLED_Display_On(void)
{
	OLED_WR_Byte(0X8D,OLED_CMD);  //SET DCDC命令
	OLED_WR_Byte(0X14,OLED_CMD);  //DCDC ON
	OLED_WR_Byte(0XAF,OLED_CMD);  //DISPLAY ON
}
//关闭OLED显示     
void OLED_Display_Off(void)
{
	OLED_WR_Byte(0X8D,OLED_CMD);  //SET DCDC命令
	OLED_WR_Byte(0X10,OLED_CMD);  //DCDC OFF
	OLED_WR_Byte(0XAE,OLED_CMD);  //DISPLAY OFF
}		   			 
//清屏函数,清完屏,整个屏幕是黑色的!和没点亮一样!!!	  
void OLED_Clear(void)  
{  
	u8 i,n;  
	for(i=0;i<8;i++)for(n=0;n<128;n++)OLED_GRAM[n][i]=0X00;  
	OLED_Refresh_Gram();//更新显示
}
//画点 
//x:0~127
//y:0~63
//t:1 填充 0,清空				   
void OLED_DrawPoint(u8 x,u8 y,u8 t)
{
	u8 pos,bx,temp=0;
	if(x>127||y>63)return;//超出范围了.
	pos=7-y/8;
	bx=y%8;
	temp=1<<(7-bx);
	if(t)OLED_GRAM[x][pos]|=temp;
	else OLED_GRAM[x][pos]&=~temp;	    
}
//x1,y1,x2,y2 填充区域的对角坐标
//确保x1<=x2;y1<=y2 0<=x1<=127 0<=y1<=63	 	 
//dot:0,清空;1,填充	  
void OLED_Fill(u8 x1,u8 y1,u8 x2,u8 y2,u8 dot)  
{  
	u8 x,y;  
	for(x=x1;x<=x2;x++)
	{
		for(y=y1;y<=y2;y++)OLED_DrawPoint(x,y,dot);
	}													    
	OLED_Refresh_Gram();//更新显示
}
//在指定位置显示一个字符,包括部分字符
//x:0~127
//y:0~63
//mode:0,反白显示;1,正常显示				 
//size:选择字体 12/16/24
void OLED_ShowChar(u8 x,u8 y,u8 chr,u8 size,u8 mode)
{      			    
	u8 temp,t,t1;
	u8 y0=y;
	u8 csize=(size/8+((size%8)?1:0))*(size/2);		//得到字体一个字符对应点阵集所占的字节数
	chr=chr-' ';//得到偏移后的值		 
    for(t=0;t<csize;t++)
    {   
		if(size==12)temp=asc2_1206[chr][t]; 	 	//调用1206字体
		else if(size==16)temp=asc2_1608[chr][t];	//调用1608字体
		else if(size==24)temp=asc2_2412[chr][t];	//调用2412字体
		else return;								//没有的字库
        for(t1=0;t1<8;t1++)
		{
			if(temp&0x80)OLED_DrawPoint(x,y,mode);
			else OLED_DrawPoint(x,y,!mode);
			temp<<=1;
			y++;
			if((y-y0)==size)
			{
				y=y0;
				x++;
				break;
			}
		}  	 
    }          
}
//m^n函数
u32 mypow(u8 m,u8 n)
{
	u32 result=1;	 
	while(n--)result*=m;    
	return result;
}				  
//显示2个数字
//x,y :起点坐标	 
//len :数字的位数
//size:字体大小
//mode:模式	0,填充模式;1,叠加模式
//num:数值(0~4294967295);	 		  
void OLED_ShowNum(u8 x,u8 y,u32 num,u8 len,u8 size)
{         	
	u8 t,temp;
	u8 enshow=0;						   
	for(t=0;t<len;t++)
	{
		temp=(num/mypow(10,len-t-1))%10;
		if(enshow==0&&t<(len-1))
		{
			if(temp==0)
			{
				OLED_ShowChar(x+(size/2)*t,y,' ',size,1);
				continue;
			}else enshow=1; 
		 	 
		}
	 	OLED_ShowChar(x+(size/2)*t,y,temp+'0',size,1); 
	}
} 
//显示字符串
//x,y:起点坐标  
//size:字体大小 
//*p:字符串起始地址 
void OLED_ShowString(u8 x,u8 y,const u8 *p,u8 size)
{	
    while((*p<='~')&&(*p>=' '))//判断是不是非法字符!
    {       
        if(x>(128-(size/2))){x=0;y+=size;}
        if(y>(64-size)){y=x=0;OLED_Clear();}
        OLED_ShowChar(x,y,*p,size,1);	 
        x+=size/2;
        p++;
    }  
	
}	   
//初始化SSD1306					    
void OLED_Init(void)
{ 	
 
 	GPIO_InitTypeDef  GPIO_Initstructure;
 	
 	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC|RCC_APB2Periph_GPIOD|RCC_APB2Periph_GPIOG, ENABLE);	 //使能PC,D,G端口时钟

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_6;	 //PD3,PD6推挽输出  
 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 		 //推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//速度50MHz
 	GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);	  //初始化GPIOD3,6
 	GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_6);	//PD3,PD6 输出高
 
 	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =0xFF; //PC0~7 OUT推挽输出
 	GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
 	GPIO_SetBits(GPIOC,0xFF); //PC0~7输出高

 	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15;				 //PG13,14,15 OUT推挽输出
 	GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);
 	GPIO_SetBits(GPIOG,GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15);						 //PG13,14,15 OUT  输出高
  							  
	OLED_CS=1;
	OLED_RS=1;	 
	
	OLED_RST=0;
	delay_ms(100);
	OLED_RST=1; 
					  
	OLED_WR_Byte(0xAE,OLED_CMD); //关闭显示
	OLED_WR_Byte(0xD5,OLED_CMD); //设置时钟分频因子,震荡频率
	OLED_WR_Byte(80,OLED_CMD);   //[3:0],分频因子;[7:4],震荡频率
	OLED_WR_Byte(0xA8,OLED_CMD); //设置驱动路数
	OLED_WR_Byte(0X3F,OLED_CMD); //默认0X3F(1/64) 
	OLED_WR_Byte(0xD3,OLED_CMD); //设置显示偏移
	OLED_WR_Byte(0X00,OLED_CMD); //默认为0

	OLED_WR_Byte(0x40,OLED_CMD); //设置显示开始行 [5:0],行数.
													    
	OLED_WR_Byte(0x8D,OLED_CMD); //电荷泵设置
	OLED_WR_Byte(0x14,OLED_CMD); //bit2，开启/关闭
	OLED_WR_Byte(0x20,OLED_CMD); //设置内存地址模式
	OLED_WR_Byte(0x02,OLED_CMD); //[1:0],00，列地址模式;01，行地址模式;10,页地址模式;默认10;
	OLED_WR_Byte(0xA1,OLED_CMD); //段重定义设置,bit0:0,0->0;1,0->127;
	OLED_WR_Byte(0xC0,OLED_CMD); //设置COM扫描方向;bit3:0,普通模式;1,重定义模式 COM[N-1]->COM0;N:驱动路数
	OLED_WR_Byte(0xDA,OLED_CMD); //设置COM硬件引脚配置
	OLED_WR_Byte(0x12,OLED_CMD); //[5:4]配置
		 
	OLED_WR_Byte(0x81,OLED_CMD); //对比度设置
	OLED_WR_Byte(0xEF,OLED_CMD); //1~255;默认0X7F (亮度设置,越大越亮)
	OLED_WR_Byte(0xD9,OLED_CMD); //设置预充电周期
	OLED_WR_Byte(0xf1,OLED_CMD); //[3:0],PHASE 1;[7:4],PHASE 2;
	OLED_WR_Byte(0xDB,OLED_CMD); //设置VCOMH 电压倍率
	OLED_WR_Byte(0x30,OLED_CMD); //[6:4] 000,0.65*vcc;001,0.77*vcc;011,0.83*vcc;

	OLED_WR_Byte(0xA4,OLED_CMD); //全局显示开启;bit0:1,开启;0,关闭;(白屏/黑屏)
	OLED_WR_Byte(0xA6,OLED_CMD); //设置显示方式;bit0:1,反相显示;0,正常显示	    						   
	OLED_WR_Byte(0xAF,OLED_CMD); //开启显示	 
	OLED_Clear();
}  

int main(void)
 {	u8 t;
	delay_init();	    	 //延时函数初始化	  
	NVIC_priorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);	 //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
 	LED_Init();			     //LED端口初始化
	OLED_Init();			//初始化OLED      
  OLED_ShowString(0,0,"ALIENTEK",24);  
	OLED_ShowString(0,24, "0.96' OLED TEST",16);  
 	OLED_ShowString(0,40,"ATOM 2015/1/14",12);  
 	OLED_ShowString(0,52,"ASCII:",12);  
 	OLED_ShowString(64,52,"CODE:",12);  
  
	OLED_Refresh_Gram();		//更新显示到OLED 
	t=' ';  
	while(1) 
	{		
		OLED_ShowChar(48,48,t,16,1);//显示ASCII字符	   
		OLED_Refresh_Gram();
		t++;
		if(t>'~')t=' ';
		OLED_ShowNum(103,48,t,3,16);//显示ASCII字符的码值 
		delay_ms(500);
		LED0=!LED0;
	}	  
	
}

STM32控制程序分析

OLED_Refresh_Gram()函数：更新显存到OLED。

在STM32内部定义了一个块GRAM：

u8 OLED_GRAM[128][8];

此部分GRAM对应OLED模块上的GRAM。在操作的时候，我们只需要修改STM32内部的GRAM，然后通过OLED_Refresh_Gram()函数将GRAM一次性刷新到OLED的GRAM中。

	for(i=0;i<8;i++)  
	{  
		OLED_WR_Byte (0xb0+i,OLED_CMD);    //设置页地址（0~7）
		OLED_WR_Byte (0x00,OLED_CMD);      //设置显示位置—列低地址
		OLED_WR_Byte (0x10,OLED_CMD);      //设置显示位置—列高地址   
		for(n=0;n<128;n++) OLED_WR_Byte(OLED_GRAM[n][i],OLED_DATA); 
	}

函数的具体内容先设置页地址，然后写入列地址，然后从0开始写入128个字节，这样就将一页的内容刷新过去。重复8次，将8页的内容全部刷新过去。

OLED_WR_Byte()函数：向SSD1306写入数据或命令（参数cmd为1时表示数据，为0时表示命令）。这里的步骤是和上文中8080并口写时序图的步骤基本类似。具体为：

void OLED_WR_Byte(u8 dat,u8 cmd)
{
	DATAOUT(dat);	    
 	OLED_RS=cmd;
	OLED_CS=0;	   
	OLED_WR=0;	 
	OLED_WR=1;
	OLED_CS=1;	  
	OLED_RS=1;	 
}

首先通过DATAOUT()函数将数据放到数据口，其中DATAOUT()是一个宏定义：

#define DATAOUT(x) GPIO_Write(GPIOC,x);//输出

其次，在判断cmd参数是命令还是数据，如果是命令，DC置高；如果是数据，DC置低。接下来，拉低片选，将WR拉低再拉高产生一个上升沿。这样数据就写入到了控制器。最后，拉高片选、DC。

OLED_DrawPoint()函数：画点函数，这里有一个对应关系需要理解。

OLED_GRAM[128][8]中的128代表列数（x坐标），而8代表的是页，每页又包含8行，总共是64行（y坐标）。从高到低对应行数从小到大。比如，我们要在x=100，y=29这个点写入1，则可以用这个句子实现：

OLED_GRAM[100][4]=1<<2;

一个通用的点（x，y）置1的表达式为：

OLED_GRAM[x][7-y/8]=1<<(7-y%8);

其中，x的取值范围为0-127；y的取值范围为0-63。

OLED_ShowChar()函数：显示字符。这里的字符采用16*8的显示方式，也就是说在OLED上16*8数目大小的点阵表示一个字符，即128个点。

下面截取了一部分16*8的字符库的内容，一个字符用16个u8类型的数字表示：

{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},/*" ",0*/
{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x1F,0xCC,0x00,0x0C,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},/*"!",1*/
{0x00,0x00,0x08,0x00,0x30,0x00,0x60,0x00,0x08,0x00,0x30,0x00,0x60,0x00,0x00,0x00},/*""",2*/
{0x02,0x20,0x03,0xFC,0x1E,0x20,0x02,0x20,0x03,0xFC,0x1E,0x20,0x02,0x20,0x00,0x00},/*"#",3*/
{0x00,0x00,0x0E,0x18,0x11,0x04,0x3F,0xFF,0x10,0x84,0x0C,0x78,0x00,0x00,0x00,0x00},/*"$",4*/
{0x0F,0x00,0x10,0x84,0x0F,0x38,0x00,0xC0,0x07,0x78,0x18,0x84,0x00,0x78,0x00,0x00},/*"%",5*/
{0x00,0x78,0x0F,0x84,0x10,0xC4,0x11,0x24,0x0E,0x98,0x00,0xE4,0x00,0x84,0x00,0x08},/*"&",6*/

具体的显示方式如下图所示：

从上到下，从左到右，高位在前。就是这样的取模方式，将字符集按照16*8的大小取模出来。1表示亮，0表示暗。

显示字符函数的具体实现：

        for(t1=0;t1<8;t1++)
		{
			if(temp&0x80)OLED_DrawPoint(x,y,mode);
			else OLED_DrawPoint(x,y,!mode);
			temp<<=1;
			y++;
			if((y-y0)==size)
			{
				y=y0;
				x++;
				break;
			}
		}

这里也是按照从上到下，从左到右的取模方式来进行的。先得到最高位，然后判断是写1还是0，画点；接着读第二位，如此循环，直到一个字符的点阵全部取完为止。这里涉及到的列地址和行地址的自增，不难理解。

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