課程設(shè)計(jì)說明書
課程名稱:
《微機(jī)原理及接口技術(shù)》課程設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)題目:用 定時(shí)與計(jì)數(shù):利用 8253 控制揚(yáng)聲器發(fā)聲,播放一段音樂
班級(jí):
網(wǎng)絡(luò)工程 1502
姓名:
潘萬(wàn)丁
開始時(shí)間:_2018_____年_01___月_15___日
完成時(shí)間:_2018_____年_01___月_19___日
成績(jī)?cè)u(píng)定 平 時(shí) 考 勤(20%)
實(shí)驗(yàn)室調(diào)試(30%)
創(chuàng)新(10%)
答辯(20%)
說 明 書(20%)
總評(píng)
指導(dǎo)教師簽名:
___年__月__日
目錄 摘要 隨著科技的高速發(fā)展,計(jì)算機(jī)已經(jīng)經(jīng)過了好幾代的更新,然而計(jì)算機(jī)的運(yùn)行的基本原理依然沒有改變的。而今,我們通過一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí),已經(jīng)初步了解了計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和原理,并且已經(jīng)學(xué)會(huì)了用匯編語(yǔ)言進(jìn)行基本的程序編寫。
一、概述 匯編語(yǔ)言是計(jì)算機(jī)能夠提供給用戶使用的最快而有效的語(yǔ)言,也是能夠利用計(jì)算機(jī)所有特性并能直接控制硬件的唯一語(yǔ)言。借助于匯編程序,計(jì)算機(jī)本身可以自動(dòng)地把 匯編源程序翻譯成用機(jī)器語(yǔ)言表示的目的程序,從而實(shí)現(xiàn)了程序設(shè)計(jì)工作的部分自動(dòng)化。而本次課程設(shè)計(jì)的主要目的就是鞏固所學(xué)過的知識(shí),用匯編語(yǔ)言熟練地運(yùn)用三大結(jié)構(gòu),進(jìn)一步掌握一些指令的功能、掌握子程序的定義及調(diào)用和 INT 21H、INT10H 中斷的使用,同時(shí)熟練運(yùn)用通用寄存器和堆棧來(lái)進(jìn)行編寫一個(gè)完整的具有某種特定功能的程序。
二、方案設(shè)計(jì) 1.功能分析
在此次設(shè)計(jì)中,第一個(gè)重點(diǎn)就是音樂播放的控制,要想能按照正常的頻率和節(jié)拍播放出音樂,就需要合理的設(shè)計(jì)出給蜂鳴器的頻率值和播放的時(shí)間。這樣就能比較準(zhǔn)確的把音樂按一定的節(jié)奏播放出來(lái)。如果我們要想加快播放速度,我們可以改變每一節(jié)拍的播放時(shí)間,如果我們改變了播放的頻率值,那么歌曲也就相應(yīng)的改變了。
我們根據(jù)上面的功能分析,同時(shí)通過查閱相關(guān)資料,了解了計(jì)算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的同時(shí)還清楚的理解了 DOS 中的 21H 和 10H 中斷的調(diào)用,因此我們?cè)O(shè)計(jì)出如下方案:
(1)音樂的代碼化
我們首先收集了一首簡(jiǎn)單的歌曲《兩只老虎》,同時(shí)還帶有相應(yīng)的音譜,通過查閱相關(guān)的音樂資料,了解了節(jié)拍的概念和各音符所對(duì)應(yīng)的頻率,而后我們把每一首歌曲都轉(zhuǎn)化成兩個(gè)數(shù)據(jù)段,一個(gè)是把各個(gè)音符翻譯成相應(yīng)的頻率值,第二是把相應(yīng)的節(jié)拍轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的時(shí)間值,來(lái)控制播放每一個(gè)音符所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。這樣我們?cè)诓シ鸥枨鷷r(shí),同時(shí)調(diào)用頻率值和時(shí)間值就可以把相應(yīng)的歌曲播放出來(lái)了。
?。?)音樂演奏的硬件配合
我們了解到在計(jì)算機(jī)的主板上有 8253、8255 和蜂鳴器,同時(shí)了解到蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)是通過 8255 和 8253 共同控制的,我們通過對(duì) 8253 的通道 2 進(jìn)行寫數(shù)據(jù)來(lái)控制蜂鳴器的聲音頻率,再通過 8255 來(lái)控制播放時(shí)間的長(zhǎng)短,就通過這樣的巧妙配合來(lái)達(dá)到播放完整音樂的效果。
(3)音樂演奏的軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn),在軟件設(shè)計(jì)中,我們要給 8253 和 8255 寫數(shù)據(jù),執(zhí)行相應(yīng)的代碼來(lái)控制音樂的播放。
三、軟件設(shè)計(jì)
在介紹音樂的播放之前,先來(lái)說說 PC 機(jī)的小喇叭是怎樣與機(jī)器相連的呢?下面的“發(fā)聲原理圖”表示了喇叭與機(jī)器簡(jiǎn)單的相連情況。喇叭的一端連接在電源正極,另一端與機(jī)器的 61H 端口的 bit 位相連。可以想象,若能連續(xù)改變 61H 端口的 bit 位 0,1 狀態(tài),就可以使喇叭線圈內(nèi)的電流時(shí)有時(shí)無(wú),從而使喇叭發(fā)聲。我們編制的匯編程序的工作,就是連續(xù)改變 61H 端口的 bit 位狀態(tài)。
我們使用 PC 機(jī)有一個(gè)專門用于定時(shí)的電路,型號(hào)為 8253。它有三個(gè)通道,第一個(gè)通道用于控制始終正常運(yùn)轉(zhuǎn);第二個(gè)通道用于存儲(chǔ)器刷新;這兩個(gè)通道與我們現(xiàn)在要討論的問題無(wú)關(guān)。第三個(gè)就是一組電路域喇叭相連。
如下圖所示就是 PC 機(jī)中完整的發(fā)聲電路,定時(shí)器通道 3 的 G 端與 61H 端口的 bit0 位相連,如果把 61H 端口的 bit0 位置為 1,那么定時(shí)器通道 3 就會(huì)被啟動(dòng),此時(shí)將有一組信號(hào)從 OUT 輸出,信號(hào)的頻率可以用程序控制;若 61H 的端口 bit0 位為 0,則定時(shí)器被關(guān)閉,out 端就恒為 1.
發(fā)聲原理圖:
發(fā)聲程序設(shè)計(jì)原理:
PC 機(jī)發(fā)聲系統(tǒng)以 8253 的 2 號(hào)計(jì)數(shù)器為核心。系統(tǒng)初始化時(shí),2 號(hào)計(jì)數(shù)器 I作在“方波發(fā)生器”方式,初值為二進(jìn)制數(shù),,寫入順序?yàn)橄鹊秃蟾撸珻LK2 為1.193182MHz,當(dāng)計(jì)數(shù)初值為 533H 時(shí),OUT2 輸出的方波大約為 900Hz,經(jīng)過簡(jiǎn)單的濾波之后,送至揚(yáng)聲器。改變 1、4 號(hào)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初值就可以使揚(yáng)聲器發(fā)出不同頻率的音響。
ROM BIOS 中有個(gè) BEEP 子程序,這能根據(jù) BL 中組出的時(shí)間計(jì)數(shù)值控制8253 定時(shí)器,產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間為 1 個(gè)或幾個(gè) 0.5 秒,頻率為 896HZ 的聲音,我們可以利用并修改 BEEP,使其產(chǎn)生任一頻率的聲音。為此我們需要做兩點(diǎn)修改,首先,BEEP 程序只能產(chǎn)生 896HZ 的聲音,我們的通用發(fā)聲程序應(yīng)能產(chǎn)生任一頻率的聲音。其次,BEEP 產(chǎn)生聲音的持續(xù)時(shí)間(音長(zhǎng))只能是 0.5 秒的倍數(shù),我們希望聲音的持續(xù)時(shí)間更易于調(diào)整,例如可以是 10ms 的倍數(shù)。
我們知道 BEEP 能將計(jì)數(shù)值 533H 送給定時(shí)器 2 產(chǎn)生 896HZ 的聲音的,那么產(chǎn)生其它頻率聲音的時(shí)間計(jì)數(shù)值應(yīng)為:
533H×896÷給定頻率=123280H÷給定頻率 發(fā)聲程序包括 4 個(gè)步驟:
?。?)在 8253 中的 42 端口送一個(gè)控制字 0B6H(10110110B),該控制字對(duì)定時(shí)器 2 進(jìn)行初始化,使定時(shí)器 2 準(zhǔn)備接收計(jì)數(shù)初值。
?。?)在 8253 中的 42H 端口(Timer2)裝入一個(gè) 16 位的計(jì)數(shù)值(533H×895/頻率),以建立將要產(chǎn)生的聲音頻率。
(3)把輸出端口 61H 的 PB0、PB1 兩位置 1,發(fā)出聲音。
對(duì)于發(fā)音部分。PC 機(jī)上的大多數(shù)輸入/輸出(I/O)都是由主板上的 8255(或8255A)可編程序外圍接口芯片(PPI)管理的。PPI 包括 3 個(gè) 8 位寄存器,兩個(gè)用于輸入功能,一個(gè)用于輸出功能。輸入寄存器分配的 I/O 端口號(hào)為 60H 和 62H,輸出寄存器分配的 I/O 端口號(hào)為 61H。由 PPI 輸出寄存器中的 0、1 兩位來(lái)選擇揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)方式。
(4)注意音樂節(jié)拍表的頻率表的設(shè)定。一個(gè)頻率對(duì)應(yīng)一個(gè)節(jié)拍,如果頻率表和節(jié)拍表有問題,同樣不會(huì)發(fā)出聲音。
對(duì)于發(fā)音部分。PC 機(jī)上的大多數(shù)輸入/輸出(I/O)都是由主板上的 8255(或8255A)可編程序外圍接口芯片(PPI)管理的。PPI 只有 PB0 和 PB1 同時(shí)為“1”時(shí),才能驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器地聲。
當(dāng)從 8255 中采集到輸入的數(shù)據(jù)時(shí),需要確定相應(yīng)的頻率,所以在軟件編程時(shí)要建立一個(gè)數(shù)據(jù)表。
把相應(yīng)的頻率送到一個(gè)寄存器上,通過公式:
計(jì)數(shù)值=533H×896÷ f=1234DCH÷ f
算出計(jì)數(shù)值,再把算得的計(jì)數(shù)值送給 8253,就可產(chǎn)生所要頻率的方波。在把計(jì)數(shù)值送 8253 前,必須先把 8253 進(jìn)行初始化:
使其選用通道 2,工作在方式 3 下。
就整個(gè)電路而言,接好電路后,通過軟件編程不斷地采集從 8255 口中輸入的信號(hào),而 8 個(gè)開關(guān)都接在 8255 的 A 口上,只要有開關(guān)按下,就會(huì)采集到一個(gè)數(shù)據(jù),根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)與事先編好的表對(duì)應(yīng),得到一個(gè)計(jì)數(shù)值,把這個(gè)計(jì)數(shù)值送給 8253 的通道 2,8253 的通道 2 工作的方式3 下,這樣就可以產(chǎn)生滿足頻率要求的發(fā)聲方波。這個(gè)方波經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大就可以使揚(yáng)聲器發(fā)出相應(yīng)的聲音。
所以 8255 在這里完成兩個(gè)任務(wù),它不僅從 A 口中采集到數(shù)據(jù),而且 B 口的 PB1 和 PB0 兩個(gè)位要控制發(fā)聲。8253 的主要任務(wù)就是產(chǎn)生
所要求發(fā)聲的不同頻率的方波。
本例程序是由 8253 芯片控制發(fā)聲的音階和節(jié)拍, 由 8255 芯片控制揚(yáng)聲器的端口地址開啟揚(yáng)聲器發(fā)生。音階對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表如下 音符
簡(jiǎn)譜音階
頻率
音符
簡(jiǎn)譜音階
頻率
音符
簡(jiǎn)譜音階
頻率
C’’ 1. 139 C 1 262 C’ .1 524 D’’ 2. 147 D 2 294 D’ .2 587 E’’ 3. 165 E 3 330 E’ .3 659 F’’ 4. 175 F 4 349 F’ .4 698 G’’ 5. 196 G 5 392 G’ .5 784 A’’ 6. 220 A 6 440 A’ .6 880 B’’ 7. 247 B 7 494 B’ .7 988 通過編寫程序,由計(jì)算機(jī)主板上的 8253 芯片和 8255 芯片連接到主板上的揚(yáng)聲 器來(lái)控制主板發(fā)聲。
1.算法描述流程圖:
Y
N
開始 數(shù)據(jù)段存入內(nèi)存 取 SI 所指向的音節(jié)頻率段頻率 取 BP 所指向的發(fā)聲時(shí)長(zhǎng)值 頻率是否為-1? 向 8253 計(jì)數(shù)器 2 寫控制字 8253 控制 8255 發(fā)聲 調(diào)整 SI,BP 地址,使 SI 指向下一個(gè)頻率 BP 指向下一個(gè)時(shí)長(zhǎng) 結(jié)束
實(shí)現(xiàn)代碼如下:
;***************************************************************************;程序名稱:ceshi ;兩只老虎樂曲 ;*************************************************************************** stack segment para stack "stack"
db 64 dup("stack...") stack ends ;******************************************************************* dseg segment para "data" mus_freq
dw
262,294,330,262,262,294,330,262
dw
330,349,392,330,349,392,392,440
dw
392,349,330,262,392,440,392,349
dw
330,262,294,196,262,294,196,262,-1 mus_time
dw
25,25,25,25,25,25,25,25,25,25
dw
50,25,25,50,12,12,12,12,25,25
dw
12,12,12,12,25,25,25,25,50,25,25,50 dseg ends ;******************************************************************* cseg segment para "code"
assume cs:cseg,ss:stack,ds:dseg ;-------------------------------------------------------------------
music proc far
mov
ax,dseg
mov
ds,ax
lea
si,mus_freq
lea
bp,ds:mus_time freq:
mov
di,[si]
cmp
di,-1
je
end_mus
mov
bx,ds:[bp]
call soundf
add
si,2
add
bp,2
jmp
freq end_mus:
mov
ax,4c00h
int
21h music endp ;-------------------------------------------------------------------------- soundf proc near
push ax
push bx
push cx
push dx
push di
mov
al,0b6h
out
43h,al
mov
dx,12h
mov
ax,348ch
div
di
out
42h,al
mov
al,ah
out
42h,al
in
al,61h
mov
ah,al
or
al,3
out
61h,al wait1:
mov
cx,6630
call waitf
dec
bx
jnz
wait1
mov
al,ah
out
61h,al
pop
di
pop
dx
pop
cx
pop
bx
pop
ax
ret soundf endp ;-------------------------------------------------------------------------- waitf proc near
push ax waitf1:
in
al,61h
and
al,10h
cmp
al,ah
je
waitf1
mov
ah,al
loop waitf1
pop
ax
ret waitf endp ;-------------------------------------------------------------------------- cseg ends ;***************************************************************************
end music ;***************************************************************************
四、調(diào)試過程 1. 編輯源程序,假定源文件名為 YINYUE.ASM。
2. 匯編源程序 YINYUE.ASM。調(diào)用宏匯編程序MASM對(duì)源文件 YINYUE.ASM進(jìn)行匯編,生成目標(biāo)文件 YINYUE.OBJ。若匯編無(wú)錯(cuò)誤,則進(jìn)入第三步。
3. 用連接命令 LINK 連接目標(biāo)程序文件 YINYUE.OBJ。若連接成功,則進(jìn)入下一步。
4. 運(yùn)行可執(zhí)行文件 YINYUE.EXE。
5. 兩只老虎音樂響起。
五、結(jié)果描述 按上面的調(diào)試步驟過后,運(yùn)行 ceshi 過后,音樂就響起了。
六、總結(jié) 1. 在這一周的實(shí)驗(yàn)過程中碰到了很多的難題和障礙,我們組剛開始各做各的,最后選擇最好的程序進(jìn)行答辯,所以我們每個(gè)人都得到了鍛煉。在實(shí)驗(yàn)的過程中我認(rèn)識(shí)到平時(shí)基礎(chǔ)知識(shí)的重要性,只有能夠熟練的掌握指令的含義才能在實(shí)驗(yàn)過程中得心應(yīng)手,否則一步錯(cuò)則整個(gè)試驗(yàn)都會(huì)陷入困境,因而,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度是試驗(yàn)成功的重要保障!
2. 通過這次課程設(shè)計(jì),我對(duì)各個(gè)芯片有了進(jìn)一步的了解,對(duì)各個(gè)芯片的功能有了更深刻的認(rèn)識(shí)和體會(huì),平時(shí)上課的理論知識(shí)只是停留在理論的層面,只有通過了這樣的試驗(yàn)才能更好的體會(huì)到,做到了理論和實(shí)際的相結(jié)合,使理論知識(shí)真正運(yùn)用到了實(shí)踐中去。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過程中我還遇到了很多沒見過的指令,同時(shí)自己也自己回到宿舍花時(shí)間在網(wǎng)上看了一些有關(guān)于指令的視頻教程,對(duì)自己的原有知識(shí)進(jìn)一步鞏固與提升了。
3. 我們大家在實(shí)驗(yàn)的時(shí)候都團(tuán)結(jié)合作,遇到問題時(shí)候一起探討,增強(qiáng)了我們的合作精神。特別是在制作仿真圖的時(shí)候大家都很積極幫忙,討論。
七、參考文獻(xiàn) [1]韓雁,徐煜明?!段C(jī)原理與接口技術(shù)》。北京:電子工業(yè)出版社,2007。
[2]超想-3000TC 微機(jī)原理與接口實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。
[3]Stephen E.Derenzo 著,蔡梅琳等譯。Practical Interfacing in the Laboratory, Using a PC for the
Instrumentation, Data Analysis, and Control(微機(jī)接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程)。北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006. [4]錢曉捷 編著。32 位匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)。機(jī)械工業(yè)出版社,2011.
音樂播放仿真圖:
AD[0..15]AD[0..7]AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7AD[0..15]READY22INTR18NMI17RESET21CLK19MN/MX33HOLD/GT131HLDA/GT030A[16..19]M/IO/S028ALE/QS025DT/R/S127INTA/QS124TEST23BHE34DEN/S226RD32WR/LOCK29U18086D03D14D27D38D413D514D617D718CLK11MR1Q02Q15Q26Q39Q412Q515Q616Q719U274LS273A1B2C3E16E24E35Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U374LS138D08D17D26D35D44D53D62D71RD22WR23A019A120CS21CLK09GATE011OUT010CLK115GATE114OUT113CLK218GATE216OUT217U48253AU5NOTLS1SPEAKERU4(CLK2)+5vAD[0..7] 仿真圖里導(dǎo)入的《兩老虎》音樂程序:
stack segment
db 64 dup("stack...") stack ends data segment
mus_freq dw 262,294,330,262,262,294,330,262
dw 330,349,392,330,349,392,392,440
dw 392,349,330,262,392,440,392,349
dw 330,262,294,196,262,294,196,262,-1 music_time dw 10 dup(25)
dw 50,25,25,50,12,12,12,12,25,25
dw 12,12,12,12,25,25,25,25,50,25,25,50
data ends code segment
assume cs:code,ds:data,ss:stack music
proc far
mov ax,data
mov ds,ax
mov ax,stack
mov ss,ax
lea si,mus_freq
lea bp,ds:music_time
freq: mov di,[si]
cmp di,-1
je end_mus
mov bx,ds:[bp]
call soundf
add si,2
add bp,2
jmp freq
end_mus:
mov al,0
out 62h,al
mov ah,4ch
int 21h music endp
soundf
proc
push ax
push bx
push cx
push dx
push di
;MOV AL,80H
;OUT 66H,AL
mov al,0b6h
out 46h,al
MOV DX,00H
MOV AX,6000
div di
out 44h,al
mov al,ah
out 44h,al
mov al,0
mov ah,al
or al,3
out 62h,al
d1: mov cx,2801 d2:
loop d2
dec bx
jnz d1
mov al,ah
out 62h,al
pop di
pop dx
pop cx
pop bx
pop ax
ret soundf endp code ends
end music he.DSN shiyan.asm
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《習(xí)近平談治國(guó)理政》(第四卷)是在百年變局和世紀(jì)疫情相互疊加的大背景下,對(duì)以習(xí)近平同志為核心的黨中央治國(guó)理政重大戰(zhàn)略部署、重大理論創(chuàng)造、重大思想引領(lǐng)的系統(tǒng)呈現(xiàn)。它生動(dòng)記錄了新一代黨中央領(lǐng)導(dǎo)集體統(tǒng)籌兩個(gè)
《真抓實(shí)干做好新發(fā)展階段“三農(nóng)工作”》是《習(xí)近平談治國(guó)理政》第四卷中的文章,這是習(xí)近平總書記在2020年12月28日中央農(nóng)村工作會(huì)議上的集體學(xué)習(xí)時(shí)的講話。文章指出,我常講,領(lǐng)導(dǎo)干部要胸懷黨和國(guó)家工作大
在《習(xí)近平談治國(guó)理政》第四卷中,習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào),江山就是人民,人民就是江山,打江山、守江山,守的是人民的心。從嘉興南湖中駛出的小小紅船,到世界上最大的執(zhí)政黨,在中國(guó)共產(chǎn)黨的字典里,“人民”一詞從來(lái)都
黨的十八大以來(lái),習(xí)近平總書記以馬克思主義戰(zhàn)略家的博大胸襟和深謀遠(yuǎn)慮,在治國(guó)理政和推動(dòng)全球治理中牢固樹立戰(zhàn)略意識(shí),在不同場(chǎng)合多次圍繞戰(zhàn)略策略的重要性,戰(zhàn)略和策略的關(guān)系,提高戰(zhàn)略思維、堅(jiān)定戰(zhàn)略自信、強(qiáng)化戰(zhàn)
《習(xí)近平談治國(guó)理政》第四卷集中展示了以習(xí)近平同志為核心的黨中央在百年變局和世紀(jì)疫情相互疊加背景下,如何更好地堅(jiān)持和發(fā)展中國(guó)特色社會(huì)主義而進(jìn)行的生動(dòng)實(shí)踐與理論探索;對(duì)于新時(shí)代堅(jiān)持和發(fā)展什么樣的中國(guó)特色社
在黨組織的關(guān)懷下,我有幸參加了區(qū)委組織部組織的入黨積極分子培訓(xùn)班。為期一周的學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)形式多樣,課程內(nèi)容豐富,各位專家的講解細(xì)致精彩,對(duì)于我加深對(duì)黨的創(chuàng)新理論的認(rèn)識(shí)、對(duì)黨的歷史的深入了解、對(duì)中共黨員的
《習(xí)近平談治國(guó)理政》第四卷《共建網(wǎng)上美好精神家園》一文中指出:網(wǎng)絡(luò)玩命是新形勢(shì)下社會(huì)文明的重要內(nèi)容,是建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)的重要領(lǐng)域。截至2021年12月,我國(guó)網(wǎng)民規(guī)模達(dá)10 32億,較2020年12月增長(zhǎng)4
剛剛召開的中國(guó)共產(chǎn)黨第十九屆中央委員會(huì)第七次全體會(huì)議上討論并通過了黨的十九屆中央委員會(huì)向中國(guó)共產(chǎn)黨第二十次全國(guó)代表大會(huì)的報(bào)告、黨的十九屆中央紀(jì)律檢查委員會(huì)向中國(guó)共產(chǎn)黨第二十次全國(guó)代表大會(huì)的工作報(bào)告和《