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文檔簡介
1、<p> 本科畢業(yè)設計(論文)</p><p><b> ?。?0 屆)</b></p><p><b> 單片機日歷時鐘開發(fā)</b></p><p><b> 目 錄</b></p><p><b> 摘要1</b></p&
2、gt;<p><b> 前言3</b></p><p><b> 第一章 概述4</b></p><p><b> 1.1 簡介4</b></p><p> 1.2 單片機的發(fā)展史4</p><p> 1.3 時鐘日歷的特征4</
3、p><p> 第二章 系統(tǒng)原理和硬件設計6</p><p> 2.1 硬件的選擇6</p><p> 2.2 AT89C51單片機介紹7</p><p> 2.3 時鐘芯片介紹13</p><p> 2.4 LED介紹18</p><p> 2.5 74LS154介
4、紹20</p><p> 2.6 ULN2003介紹20</p><p> 第三章 軟件設計22</p><p> 3.1 主程序22</p><p> 3.2 讀取時間的所有子程序22</p><p> 3.3 顯示刷新的子程序23</p><p> 第四章
5、 調試過程以及數(shù)據(jù)分析24</p><p> 4.1 調試硬件24</p><p> 4.2 調試軟件24</p><p> 4.3 調試KeiL24</p><p> 4.4 調試試驗箱25</p><p> 第五章 結論26</p><p><b>
6、 參考文獻27</b></p><p><b> 致謝28</b></p><p><b> 附圖29</b></p><p><b> 程序清單30</b></p><p><b> 單片機日歷時鐘開發(fā)</b></p&
7、gt;<p><b> 摘 要</b></p><p> 本次設計采用了時鐘日歷芯片DS12887,這芯片具備年、月、日、時、分、秒計時功能及多點定的時功能,計時數(shù)據(jù)的更新在于計算機匯編語言的驅動下每一秒自動進行一次,但是不需程序干預他的輸出狀態(tài)。此外,這芯片帶有鋰電池做備用電源,具備永久的計時功能和可編程方波輸出功能,可用作實時測控系統(tǒng)的采樣信號等。這種時鐘芯片中還帶有
8、非易失性RAM,可存放需長期保存但有可能需變更的數(shù)據(jù)。本次設計的LED數(shù)碼管電子時鐘電路采用24小時制記時方式,日期及時間用16位數(shù)碼管顯示。設計采用AT98C51單片機,使用5V電源供電,并且在按鍵的作用下可以進入省電及正常顯示兩種狀態(tài)。</p><p> 本次設計采用AT89C51單片機的擴展芯片和UNL2003芯片做為驅動,由多塊LED數(shù)碼管組成的顯示系統(tǒng),和傳統(tǒng)8/16位普通單片機的LED顯示系統(tǒng)相比較
9、,本系統(tǒng)在不顯著地增加成本的情況下,可帶動更多的LED數(shù)碼管穩(wěn)定的顯示。</p><p> 關鍵詞:芯片;計時;驅動</p><p> SCM Calendar Clock Development</p><p><b> Abstract</b></p><p> This design uses a cloc
10、k, this chip DS12887 calendar chips with date and time, minutes and seconds timing function and much of DianDing when the update data, timer function of the computer assembly language is driven by automatically once ever
11、y second, but does not need to program intervention his output state. In addition, the chip with lithium batteries do standby power, and have permanent timer function and programmable square wave output function, can be
12、used for real-time sampling signal me</p><p> This design uses AT89C51 extension chip and UNL2003 chip as drive by chunks, LED digital display system, composed of tube and traditional 8/16 ordinary MCU LED
13、display system, this system in compared to increase cost is not apparent, can bring more stable LED digital display of tube. </p><p> Keywords: chip,timing,driver </p><p><b> 前 言</b
14、></p><p> 單片機的芯片就像是一臺計算機,由于單片機的集成度較高、體積微小、可靠性強、控制功能良好、低電壓、功耗低等特點使其廣泛應用于各種智能儀器儀表、機電一體化、實時程控、人們的生活中。除此之外還也廣泛應用辦公自動化、商業(yè)營銷、汽車和通信系統(tǒng)、計算機外部設備等等,且單片機已經(jīng)成為計算機發(fā)展及其應用很重要的一面??梢娏己谜莆諉纹瑱C的使用方法及利用單片機來解決實際問題具有重要意義。</p&g
15、t;<p> 本設計是用AT89C51單片機系統(tǒng)擴展的基本原理及方法再結合本設計的題目進行系統(tǒng)開發(fā),通過單片機來驅動芯片DS12887進行年、月、日、時、分、秒顯示,最后使用74LS154譯碼和ULN2003驅動LED動態(tài)顯示的方式來完成設計目標,文中帶有電路圖、程序清單以及數(shù)據(jù)儲蓄單元的所處地址和輸入輸出口對應表格。</p><p><b> 第一章 概述</b><
16、;/p><p><b> 1.1 簡介</b></p><p> 隨著電子技術飛速的發(fā)展,尤其是隨著大規(guī)模的集成電路產(chǎn)生而出現(xiàn)的微型計算機,給人們的生活帶來了極大的方便。走入家庭,從電視機、洗衣機到微波爐、汽車,到處都可以見到單片機的蹤影。如果說微型計算機的出現(xiàn)促使現(xiàn)代科學研究得到了質的飛躍,那么就可以毫不夸張的說:“單片機的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)測控領域帶來了一次新工
17、業(yè)革命”。現(xiàn)在的單片機以其可靠性高和智能性強等特點被廣泛使用到工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能化儀器儀表、辦公自動化等領域中,并且已進入家庭,所以,單片機的開發(fā)和應用水平逐步成為一個國家自動化發(fā)展水平重要的標志之一。</p><p> 1.2 單片機的發(fā)展史</p><p> 單片機是微型計算機的一個重要分支,也是一種非常活躍和頗具生命力的機種,特別適用于工業(yè)控制領域。1971年微處理器研制
18、成功不久,就出現(xiàn)了單片機,但最早的單片機是1位的,處理能力有限。</p><p> 單片機的發(fā)展共分四個階段:第一階段是初級階段,功能非常簡單;第二階段是低性能階段,以INTEL公司制造的MSC-48系列單片機為代表。第三階段為高性能單片機階段,這個階段推出的單片機普遍帶有穿行接口,多級中斷系統(tǒng),16位定時器/計數(shù)器,片內ROM、RAM容量加大,直到現(xiàn)在仍被廣泛應用,是目前應用數(shù)量較多的單片機。第四階段是8位單
19、片機鞏固發(fā)展以及16位單片機、32位單片機推出階段,以滿足不同的用戶需要??v觀單片機幾十年的發(fā)展歷程,單片機的今后發(fā)展方向將向多功能、高性能、高速度、低功耗、低價格、外圍電路內裝化以及內存儲器容量增加和FLASH存儲器化方向發(fā)展。 </p><p> 1.3 時鐘日歷的特征</p><p> DS12887 時鐘芯片(RTC)可提供一個實時時鐘、日歷、三個可屏蔽中斷(共用一個中斷輸出
20、)、可編程方波輸出和114 字節(jié)的電池備份靜態(tài)RAM。DS12887 在24 引腳模塊DIP 封裝內集成了晶體和鋰電池。DS12887在地址32h 內增加了世紀字節(jié)。對于少于31 天的月份,所有器件的日期能夠在月末自動調整,帶有閏年補償。該器件可配置為24小時或12 小時格式,帶AM/PM 指示。精確的溫度補償電路用于監(jiān)視的VCC 狀態(tài)。一旦檢測到主電源失效,器件可自動切換到備用電源,在主電源掉電時還可以保持有效的時間和日期。該器件通過
21、一個復用的字節(jié)寬度接口訪問,支持Intel 和Motorola 模式,具有以下特點:</p><p> 直接替代IBM AT 計算機時鐘/日歷;</p><p> RTC可顯示秒、分、時、日、月、年信息,具有潤年補償,有效期2099年;</p><p><b> 清除RAM 功能;</b></p><p> 具有
22、AM、PM 標示的12 小時模式或24 小時模式;</p><p> 周期可設置在122µs 至500ms;</p><p> 可選擇Motorola 或Intel 總線時序;</p><p> 接口配合軟件可尋址128 RAM;</p><p> 14 字節(jié)時鐘與控制寄存器;</p><p> 1
23、14 字節(jié)通用、電池備份RAM (DS12C887和DS12C887A為113字節(jié));</p><p> 用二進制或BCD 表示時間;</p><p> 總線兼容的中斷請求;</p><p> 三路中斷可分別通過軟件屏蔽與檢測;</p><p> 可選擇28 引腳PLCC 表面貼裝封裝;</p><p> 時
24、鐘終止刷新周期標志;</p><p><b> 夏時制選擇;</b></p><p> 可編程的方波輸出信號;</p><p> 第二章 系統(tǒng)原理和硬件設計</p><p> 本次的設計題目是電子萬年歷設計,要求實現(xiàn)年、月、日、時、分、秒的正常顯示,需要硬件和軟件的結合來實現(xiàn)。本次設計利用時鐘日歷芯片DS128
25、87的特性和AT89C51單片機的功能利用實現(xiàn)的。時鐘芯片在電源的作用下向通過P2口向AT89C51單片機輸入時間信號,AT89C51單片機在接受到時間信號后通過P0將信號送到單片機另一擴展芯片ULN2003,驅動LED數(shù)碼管顯示,同時將信號通過P1口送往單片機的擴展芯片74LS154,當送出第一個段碼時,單片機輸出的位碼是0001,而經(jīng)過4-16譯碼器74LS154后就是1111 1111 1111 1110,這時就選中了第一個數(shù)碼管
26、顯示;……當送出第十六個段碼時,單片機輸出的位碼是1111,4-16譯碼器輸出0111 1111 1111 1111,這時就選中了第十六個數(shù)碼管顯示,從而74LS154將接收到的地址信號譯碼后動態(tài)驅動相應的LED,由于LED數(shù)碼管的公共端由74LS154分時選通,這樣,這樣任何一個時刻,都只有一位LED在點亮,也即動態(tài)掃描顯示方式。根據(jù)設計的要求萬年歷要顯示年、月、日、時、分、秒的顯示就需要16個顯示數(shù)碼管。根據(jù)設計要求</p&g
27、t;<p> 在明確本次設計思路之后,畫出設計框圖,總體框圖如圖2.1所示。</p><p> 圖2.1 設計總體框圖</p><p> 2.1 硬件的選擇</p><p> 時鐘芯片選擇 選用DS12887時鐘芯片;</p><p> 單片機的選擇 選用AT89C51單片機,并配備11.0592MHz
28、晶振,復位電路采用上電復位;</p><p> 顯示電路選擇 采用軟件譯碼動態(tài)顯示,P3.0-P3.3作數(shù)碼管的位選口。P1.0-P1.6作數(shù)碼管的段選口??紤]直接用單片機I/O口作位選時驅動功率不夠,因此采用UNL2003作驅動,共陰極數(shù)碼管顯示;</p><p> 電源選擇 采用直流5V電源供電;</p><p> 選擇器的選擇
29、采用4線——16線譯碼器74LS154;</p><p> 2.2 AT89C51單片機介紹</p><p> ?。‵PEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的8位COMS微控制器。使用高密度,非易失存儲技術制造,并且與AT89C51引腳和指令系統(tǒng)完全兼容。芯片上的FPEROM允許在線編程或采用通用的非易失存儲編程器
30、對存儲器重復編程。</p><p> AT89C51單片機帶有2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機,其內部的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造,與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中,ATMEL的AT89C51單片機是一種高效微控制器,也為嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案,這就顯示
31、出了AT89C51單片機的優(yōu)越性。</p><p> 單片機的構成AT89C51單片機是在一塊芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器和多種功能的I/O線等一臺計算機所需要的基本功能部件,AT89C51單片機單片機內包含下列幾個部件:</p><p><b> 一個8位CPU;</b></p><p> 一個片內振蕩器及時鐘電路
32、;</p><p> 4K字節(jié)ROM程序存儲器;</p><p> 128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲器;</p><p> 兩個16位定時器/計數(shù)器;</p><p> 可尋址64K外部數(shù)據(jù)存儲器和64K外部程序存儲器空間的控制電路;</p><p> 32條可編程的I/O線(四個8位并行I/O端口);</p&
33、gt;<p> 一個可編程全雙工串行口;</p><p> 具有五個中斷源、兩個優(yōu)先級嵌套中斷結構;</p><p> 其內部機構框圖如圖2.2所示: </p><p> 2.2 MCS-51單片機內部機構框圖</p><p> AT89C51單片機性能及特點:</p><p>
34、 與MCS-51微控制器產(chǎn)品系列兼容;</p><p> 片內有4KB可在線重復編程的快閃擦寫存儲器(Flash Memory);</p><p> 存儲器可循環(huán)寫入/擦除1000次;</p><p> 全靜態(tài)工作:可從0HZ到16MHZ;</p><p> 工作電壓范圍:VCC可為2.7V~6V;</p><p&
35、gt; 存儲數(shù)據(jù)保存時間為10年;</p><p> 程序存儲器具有3級加密保護;</p><p> 128﹡8位內部RAM;</p><p> 可編程全雙工串行通道;</p><p> 兩個16位定時器/計數(shù)器;</p><p> 中斷結構具有5個中斷源和2個優(yōu)先級;</p><p&g
36、t; 32條可編程I/O線;</p><p> 空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保存存儲內容;</p><p> 振蕩器特性XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出,該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用,如采用外部時鐘源驅動器件,XTAL2應不接。由于輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器,因此對外部時鐘號的脈寬無任何要求,但必須保證脈沖的高低電平要求
37、的寬度。</p><p> 芯片擦除整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合,并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中,代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前,該操作必須被執(zhí)行。</p><p> 此外,AT89C51單片機設有穩(wěn)態(tài)邏輯,可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯,支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下,CPU停止工作,但
38、RAM,定時器,計數(shù)器,串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下,保存RAM的內容并且凍結振蕩器,禁止所用其他芯片功能,直到下一個硬件復位為止。</p><p> 為了滿足一些應用系統(tǒng)的特殊要求,有時要進行一些系統(tǒng)的擴展設計以彌補單片機內部資源的不足。單片機的擴展系統(tǒng)通過并行I/O接口或串行I/O接口做總線,在外部擴展程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器或輸入/輸出接口及其他功能部件以滿足一些控制系統(tǒng)的特殊要求,AT89C51單
39、片機的擴展系統(tǒng)結構如圖2.3所示。</p><p> 圖2.3 AT89C51單片機擴展系統(tǒng)結構 </p><p> AT89C51單片機的引腳說明,其采用40條引腳雙列直插式器件,引腳除5V( 40腳)和電源地( 20腳)外,其功能分為時鐘電路、控制信號、輸入/輸出三大部分,邏輯框圖及引腳圖分別如圖2.4(a)(b)所示</p><p> (a)
40、 (b) </p><p> 圖2.4 AT89C51單片機邏輯圖與引腳圖</p><p> AT89C51單片機硬件結構中除了程序存儲器由FPEROM代替了87C51單片機的EPROM外,余下部分完全相同,其管腳具體說明如下:</p><p><b> GND:接地;</b>
41、</p><p><b> VCC:供電電壓;</b></p><p><b> 時鐘電路;</b></p><p> XTAL1(19腳)——芯片內部振蕩電路(單級反相放大器)輸入端;</p><p> XTAL2(18腳)——芯片內部振蕩電路(單級反相放大器)輸出端; </p>
42、;<p><b> 控制信號;</b></p><p> RST(9腳)復位信號:時鐘電路工作后,在此引腳上將出現(xiàn)兩個機器周期的高電平,芯片內部進行初始復位,P0口~P3口輸出高電平,將初值07H寫入堆棧指針;</p><p> ALE(30腳)地址鎖存信號:當訪問外部存儲器時,P0口輸出的低8位地址由ALE輸出的控制信號鎖存到片外地址鎖存器,P0
43、口輸出地址低8位后,又能與片外存儲器之間傳送信息。另外,ALE可驅動4個TTL門;</p><p> PSEN(29腳)片外程序存儲器讀選通:低電平有效,作為程序存儲器的讀信號,輸出負脈沖,將相應的存儲單元的指令讀出并送到P0口,可驅動8個TTL門;</p><p> EA/Vpp(30腳):當為高電平且PC值小于0FFFH時,CPU執(zhí)行內部程序存儲器程序;當為低電平時,CPU僅執(zhí)行外
44、部程序存儲器程序;</p><p> P0口(P0.0~P0.7,39~32腳)三態(tài)雙向口:P0口結構包括一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)緩沖器、一個輸出驅動電路和一個輸出控制端。P0口做地址/數(shù)據(jù)復用總線使用。若從P0口輸出地址數(shù)據(jù)信息,此時控制端為高電平,若從P0口輸入數(shù)據(jù)指令信息時,引腳信號應從輸入三態(tài)緩沖器進入地址總線,它可驅動8個TTL門。P0~P3口上的“讀-修改-寫”功能,其操作為:先將字節(jié)的全部8位數(shù)讀
45、入,再通過指令修改某些位,然后將新的數(shù)據(jù)寫回到口鎖存器中。</p><p> P1口(P1.0~P1.7,1~8腳)準雙向口:P1口做通用I/O接口使用,P1口的每一位口線能獨立地作用于輸入線,P1口可驅動4個TTL門。</p><p> P2口(P2.0~P2.7,21~28腳)通用I/O接口:它做通用I/O接口使用時,是一個準雙向口,此時轉換開關MUX倒向左邊,輸出極與鎖存器相連,
46、引腳可作為用戶I/O口線使用,輸入/輸出操作與P1口完全相同,P2口做地址總線使用。當系統(tǒng)中接有外部存儲器時,P2口用于輸出高8位地址A8~A15,這時在CPU控制下,轉換開關MUX倒向右邊,接通內部地址總線。P2口的口線狀態(tài)取決于片內輸出的地址信息,這些信息來源于DPTR和PC等。在外接程序存儲器中,由于訪問外部存儲器操作連續(xù)不斷,P2口不斷送出地址高8位。AT89C51單片機的 P2口一般只做地址總線使用,不做I/O接口直接連外部
47、設備使用。</p><p> P3口(P3.0~P3.7,10~17腳)雙功能口:P3口做通用I/O接口使用,輸出功能控制線為高電平,與非門的輸出取決于鎖存器的狀態(tài),此時鎖存器Q端的狀態(tài)與其引腳狀態(tài)是一致的。在這種情況下,P3口的結構和操作與P1口相同。P3口第二功能是可作為系統(tǒng)具有控制功能的控制線,另外P3口可驅動4個LSTTL門電路。P3口:P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個TTL
48、門電流。當P3口寫入“1”后,它們被內部上拉為高電平,并用作輸入。由于外部下拉為低電平,P3口將輸出電流,這是由于上拉的緣故。</p><p> P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口使用如下:</p><p> P3.0 RXD(串行輸入口);</p><p> P3.1 TXD(串行輸出口);</p><p> P3.2 /
49、INT0(外部中斷0);</p><p> P3.3 /INT1(外部中斷1);</p><p> P3.4 T0(記時器0外部輸入);</p><p> P3.5 T1(記時器1外部輸入);</p><p> P3.6 /WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通);</p><p> P3.7 /RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選
50、通);</p><p> 存儲器在單片機存儲器的設計上,其共同特點是將程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器分開,它們有各自的尋址方式。AT89C51單片機片內具有數(shù)據(jù)存儲器,同時還具有強大的外部存儲器擴展能力,存儲器是單片機系統(tǒng)中的重要組成部分。在一片芯片內除了許多基本的記憶單元構成的存儲矩陣外,還包括譯讀寫電路,碼驅動電路等。圖2.5為半導體存儲器芯片的基本結構框圖。</p><p> 圖2.5半
51、導體存儲器芯片的基本結構框圖</p><p> 單片機存儲器分類:MCS-51系列單片機的存儲器可分五類:程序存儲器、內部數(shù)據(jù)存儲器、特殊功能寄存器、位尋址區(qū)、外部數(shù)據(jù)存儲器I/O接口。</p><p> 程序存儲器:存放程序的存儲器稱為程序存儲器。程序存儲器是以程序計數(shù)器PC做地址指針的,MCS-51單片機的程序計數(shù)器為16位,因此可尋址的空間為64KB。AT89C51系統(tǒng)中沒有片內
52、程序存儲器,0000H~0FFFH都是外部程序存儲器空間。</p><p> 內部數(shù)據(jù)存儲器:MCS-51單片機內部有128B的數(shù)據(jù)存儲器RAM,內部數(shù)據(jù)存儲器的編址為00H~7FH。不同的地址區(qū)域內功能也不完全相同。單片機結構的特點之一是工作寄存器與數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址。MCS-51內部RAM的00H~1FH為工作寄存器區(qū),共分4個區(qū),每區(qū)有8個寄存器。當前程序使用的工作寄存器區(qū),是由狀態(tài)字PSW的第3、4位指
53、示的,PSW的狀態(tài)和工作寄存器區(qū)的關系如表2.1所示:</p><p> 表2.1 PSW的狀態(tài)和工作寄存器區(qū)的關系</p><p> 特殊功能寄存器:AT89C51內的I/O鎖存器、定時器、串行接口數(shù)據(jù)緩沖器以及各種控制狀態(tài)寄存器和狀態(tài)寄存器都是以特殊功能寄存器的形式出現(xiàn)的,它們零散地分布于80H~FFH的地址空間范圍內,特殊功能寄存器具有各自的地址空間映像。</p>
54、<p> MCS-51的位尋址空間為00H~7FH,為內部RAM中20H~2FH的16個單元的128位,凡是字節(jié)地址能被8整除的特殊功能寄存器都具有位地址的,它們零散地分布在80H~FFH的空間內。</p><p> 外部數(shù)據(jù)存儲器I/O接口AT89C51提供了擴展64KB的外部數(shù)據(jù)存儲器和輸入/輸出口的能力,具有十分廣泛的應用。</p><p> 2.3 時鐘芯片介紹
55、</p><p> DS12887 芯片是時鐘芯片中功能較強的一種,它將晶體振蕩電路、充電電路和可充電鋰電池等一起封裝在芯片的上方,組成一個加厚的集成電路模塊。電路通電時,其充電電路便自動對可充電電池充電,其內部包含非易失時鐘、警報器、百年歷、可編程中斷、方波發(fā)生器和 114 個字的非易失靜態(tài) RAM。DS12887具有日歷、時鐘、低功耗靜態(tài)RAM、輸出方波信號等功能,石英晶振和寫保護電路也封裝在內,在斷電情況
56、下仍能保持時間和內存。DS12887可以方便地與單片機接口,并由單片機系統(tǒng)對其進行操作得到日歷、時鐘信息,輸出方波信號用于秒信號的顯示。其封裝方式為 24 腳雙排直列,如圖2.6所示。</p><p> 圖2.6 DS12887的封裝形式</p><p> DS12887主要功能介紹:</p><p> 內含一個鋰電池,斷電后運行十年以上不丟失數(shù)據(jù);</
57、p><p> 計秒,分,時,天,星期,日,月,年,并有閏年補嘗功能;</p><p> 二進制數(shù)碼或BCD碼表示時間,日歷和定鬧;</p><p> 12小時或24小時制,12小時時鐘模式帶有PM和AM指示,有夏令時功能;</p><p> Motorola和Intel總線時序選擇,可編程方波信號輸出;</p><p&
58、gt; 有128個字節(jié)RAM單元與軟件接口,其中14個字節(jié)作為時鐘和控制寄存;</p><p> 114字節(jié)為通用RAM,所有RAM單元數(shù)據(jù)都具有掉電保護功能;</p><p> 由軟件屏蔽,也可以分別進行測試;</p><p> 工作電壓:+4.5~5.5V;</p><p> 工作溫度的范圍:0~70℃;</p>
59、<p> DS12887內部由振蕩電路,分頻電路,周期中斷/方波選擇電路,14字節(jié)時鐘和控制單元,114字節(jié)用戶非易失RAM,十進制/二進制累加器,總線接口電路,電源開關寫保護單元和內部鋰電池等部分組成。DS12887引腳分配如圖2.6所示,各管腳說明如下:</p><p> VCC:直流電源+5V電壓。當5V電壓在正常范圍內時,數(shù)據(jù)可讀寫;當VCC低于4.25V,讀寫被禁止,計時功能仍繼續(xù);當VC
60、C下降到3V以下時,RAM和計時器供電被切換到內部鋰電池;</p><p> MOT(模式選擇):MOT引腳接到VCC時,選擇MOTOROLA時序,當接到GND時,選擇Intel時序;</p><p> SQW(方波信號輸出):SQW引腳能從實時鐘內部15級分頻器的13個抽頭中選擇一個作為輸出信號,其輸出頻率可通過對寄存器A編程改變。</p><p> AD0
61、-AD7(雙向地址/數(shù)據(jù)復用線):總線接口,可與Motorola微機系列和Intel微機系列接口;</p><p> AS(地址選通輸入):用于實現(xiàn)信號分離,在AD/ALE的下降沿把地址鎖入DS12887;</p><p> DS(數(shù)據(jù)選通或讀輸入):DS/RD引腳有兩種操作模式,取決于MOT引腳的電平,當使用Motorola時序時,DS是一正脈沖,出現(xiàn)在總線周期后段,稱為數(shù)據(jù)選通;在
62、讀周期,DS指示DS12887驅動雙向總線的時刻,在寫周期,DS的后沿使DS12887鎖存寫數(shù)據(jù)。選擇Intel時序時,DS稱作(RD),RD與典型存貯器的允許信號(OE)的定義相同;</p><p> R/W(讀/寫輸入):R/W引腳也有兩種操作模式。選Motorola時序時,R/W是低電平信號時,指示當前周期是讀或寫周期,DS為高電平時,R/W高電平指示讀周期,R/W信號一低電平信號,稱為WR。在此模式下,
63、R/W引腳與通用RAM的寫允許信號(WE)的含義相同;</p><p> CS(片選輸入):在訪問DS12887的總線周期內,片選信號須保持為低;</p><p> IRQ(中斷申請輸入):低電平有效,可作微處理的中斷輸入。沒有中斷的條件滿足時,IRQ處于高阻態(tài)。IRQ線是漏極開路輸入,要求外接上接電阻;</p><p> RESET(復位輸出):當該腳保持低
64、電平時間大于200ms,DS12887有效復位。時間和日歷信息通過讀相應的內存字節(jié)來獲取,時間和日歷通過寫相應的內存字節(jié)設置或初始化,其字節(jié)內容可以是二進制或BCD形式。時間可選擇12小時制或24小時制,當選擇12小時制時,小時字節(jié)的高門為邏輯“1”代表PM。時間和日歷字節(jié)是雙緩沖的,總是可訪問的;</p><p> 在DS1288中,114字節(jié)通用非易失RAM不專用一任何特殊功能,它們可被處理器程序用作非易失
65、內存,在更新周期也可訪問。</p><p> 中斷RTC實時時鐘加RAM向處理器提供三個獨立的,自動的中斷源。定鬧中斷的發(fā)生率可編程,從每秒一次到每天一次,周期性中斷的發(fā)生率可從500ms到122s選擇。更新結束中斷用于向程序指示一個更新周期完成。中斷控制和狀態(tài)位在寄存器B和C中,本文的其它部分將詳細描述每個中斷發(fā)生的條件。</p><p> 晶振控制位DS12887出廠時,其內部晶振
66、會被關掉,以防止鋰電池在芯片裝入系統(tǒng)前被消耗,寄存器A的BIT4-BIT6的其它組合都是使用晶振關閉。</p><p> DS12887每一秒執(zhí)行一次更新周期,保證時間、日歷的準確。DS12887內部RAM專用寄存器地址功能 ,DS12887的地址由114字節(jié)的用戶RAM存放。10字節(jié)的存放實時時鐘時間,日歷和控制和狀態(tài)的4字節(jié)特殊寄存器組成,幾乎所有的128個字節(jié)直接讀寫。表2.2為DS12887內部RAM和
67、各專用寄存器地址分布表,其中,地址00H~03H單元的取值范圍是00H~3BH(10進制為0~59);04H~05H單元按12小時制取值范圍是上午(AM)01H~0CH(1~12),下午(PM)81H~8CH(81~92)按24小時制取值范圍是00H~17H(1~23);06H單元取值范圍是00H~07H(0~7);07H單元取值范圍01H~1FH(1~31);08H單元取值范圍是01H~0CH(1~12);09H單元的取值范圍是00H
68、~63H(0~99)。DS12887的RAM和各專用寄存器的訪問如下實現(xiàn),若片選地址DS=#0DDXXH,則芯片內部RAM 和寄存器和地址為#0DD00H~#0DD7FH。應指出的是,盡管DS12887的專用時標年寄存器只有一個,但是通過軟件編程可利用其內部的不掉電的</p><p> 表2.2 DS12C887內部RAM和各專用寄存器地址</p><p> 寄存器A各位不受復位的影響
69、,UIP位為只讀位,其它各位均為可讀寫,寄存器的控制。 </p><p> UIP位:更新周期標志位。該位為“1”時,表示芯片正處于或將開始更新周期,此時程序不準讀寫時標寄存器;該位為“0”時,表示至少在244us后才開始更新周期,此時程序可讀芯片內時標寄存器,是只讀位。 </p><p> DV0、DV1、DV2:芯片內部振蕩器RTC控制位。當芯片解除復位狀態(tài),并將010寫入DV0、
70、DV1、DV2后,另一個更新周期會在500ms后開始。因此,在程序初始化時可用這三位精確地使芯片在設定的時間開始工作。這與MC146818是不同的,DS12887是固定使用32 768Hz的內部晶體,所以,DV0=“0”,DV1=“1”,DV2=“0”,即只有一種010的組合選擇時可啟動RTC。 </p><p> RS3、RS2、RS1、RS0:周期中斷可編程方波輸出速率選擇位。各種不同的組合可以產(chǎn)生不同的輸
71、出。程序可以通過設置寄存器B的SQWF和PIE位控制是否允許周期中斷方波輸出,其寄存器A輸出速率選擇位如表2.4所示。 </p><p> 表2.4 DS12887控制寄存器A輸出速率選擇位定義</p><p> DS12887處于正常工作狀態(tài)時,每秒鐘將產(chǎn)生一個更新周期,芯片處于更新周期的標志是寄存器A中的UIP位為“1”。在更新周期內,芯片內部時標寄存器數(shù)據(jù)處于更新階段,故在該周
72、期內,微處理器不能讀芯片時標寄存器的內容,否則將得到不確定數(shù)據(jù)。更新周期的基本功能主要是刷新各個時標寄存器內容,同時秒時標寄存器內容加1,并檢查其他時標寄存器內容是否溢出,如果有溢出則相應進位日、月、年。</p><p> 為了采樣時標寄存器中的數(shù)據(jù),DS12887提供兩種避開更新周期內訪問時標寄存器的方案:第一種是利用更新周期結束發(fā)出的中斷。它可以編程允許在每次更新周期結束后發(fā)生中斷申請,提醒CPU將有998
73、ms左右的時間去獲取有效數(shù)據(jù),在中斷之后的998ms時間內,程序可先將時標數(shù)據(jù)讀支芯片內部的不掉電靜態(tài)RAM中。因為芯片內部的靜態(tài)RAM和狀態(tài)寄存器是隨時可讀寫的,在離開中斷服務子程序前應清除寄存器C中的IRQF位。另一種是:利用寄存器A中的UIP位來指示芯片是否處于更新周期。在UIP位從低變高244us后,芯片將開始其更新周期,所以檢測到UIP位為低電平時,則利用224us的間隔時間去讀取時標信息。如檢測到UIP位為“1”,則可暫緩讀
74、數(shù)據(jù),等到UIP變?yōu)榈碗娖皆偃プx數(shù)據(jù)。 </p><p> DS12887采取連續(xù)工作制,一般無須每次都需初始化,即使是系統(tǒng)復位時也如此。但初始化時,首先應禁止芯片內部的更新周期操作,所以先將DS12887狀態(tài)寄存器B中的SET位置“1”,然后初始化00H~09H時標參數(shù)寄存器和狀態(tài)寄存器A,此后再通過讀狀態(tài)寄存器C,清除寄存器C中的周期中斷標志位PF,報警中斷標志位AF,更新周期結束中斷標志位UF。通過讀寄存
75、器口D中的VRT位,讀狀態(tài)寄存器口后VRT位將自動置“1”,最后將狀態(tài)寄存器B中的SET位置“0”,芯片即開始計時工作。 </p><p> 2.4 LED介紹</p><p> LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類,了解LED的這些特性,對編程很重要,因為不同類型的數(shù)碼管,除了它們的硬件電路有差異外,編程方法也不同。圖2.7
76、(a)是共陰和共陽極數(shù)碼管的內部電路圖,它們的發(fā)光原理是一樣的,只是電源極性不同而已。</p><p> 將多只LED的陰極連在一起即為共陰式,而將多只LED的陽極連在一起即為共陽式。以共陰式為例,如把陰極接地,在相應段的陽極連接上正電源,該段即會發(fā)光。當然,LED的電流通常較小,一般均需在回路中接上限流電阻。假如我們將"b"和"c"段連接上正電源,其它端接地或懸空,那么
77、"b"和"c"段發(fā)光,此時,數(shù)碼管將顯示數(shù)字“1”。而將"a"、"b"、"d"、"e"和"g"段都連接上正電源,其它引腳懸空,此時數(shù)碼管將顯示“2”。其它數(shù)字的顯示原理與此類同。</p><p> LED的7段數(shù)碼管利用單只LED組合排列成“8”字型的數(shù)碼管,分別引出它們的
78、電極,點亮相應的點劃來顯示出數(shù)字0-9。在這次的設計中采用的均為共陰極的LED顯示,當I/O口輸出為高電平的時候,對應段就會被點亮。LED數(shù)碼管的結構圖如圖2.7(b)所示。</p><p><b> ?。╝)</b></p><p><b> (b)</b></p><p> 圖2.7 LED分類結構圖和結構圖<
79、;/p><p> 這次設計的顯示部分采用AT89C51單片機動態(tài)掃描完成, 在多數(shù)的應用場合中,我們并不希望使用多I/O端口的單片機,原則上是使用盡量少引腳的器件。在沒有富余端口的情況下,應通過優(yōu)化設計程序和擴展電路達到預期目的。動態(tài)掃描的頻率有一定的要求,頻率太低,LED會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。如頻率太高,由于每個LED點亮的時間太短,LED的亮度太低,肉眼無法看清,所以一般均取幾個ms左右為宜,這就要求在編寫
80、程序時,選某一位LED使其點亮并保持一定的時間,程序上常采用的是調用延時子程序。</p><p> LDE顯示器工作在靜態(tài)顯示時,其公共陽極(或陰極) 接VCC(或GND) ,一直處于顯示有效狀態(tài),所以每一位的顯示內容必須由鎖存器加以鎖存,顯示各位間相互獨立。</p><p> 將所有位的段選線的同名端聯(lián)在一起,由一個8位I/O口控制,形成段選線的多位復用。而各位的公共陽極或公共陰極則
81、分別由相應的I/O口線控制,實現(xiàn)各位的分時選通,即同一時刻只有被選通位是能夠顯示相應的字符,而其他所有位都是熄滅的。由于人眼有視覺暫留現(xiàn)象,只要每位顯示間隔足夠短,則會造成多位同時點亮的假象。這就需要單片機不斷地對顯示進行控制,CPU需要不斷地進行顯示刷新,動態(tài)顯示電路參見圖2.8,圖2.8中是擴展了五位的LED數(shù)碼管顯示,用一個74LS154作為五個LED的段選輸入,采用動態(tài)顯示方式連接的。類似地,16位的LED數(shù)碼管的顯示也可以用這
82、種方法來實現(xiàn)。 </p><p> 圖2.8 五位LED數(shù)碼管的動態(tài)顯示</p><p> 2.5 74LS154介紹</p><p> 譯碼器用于將數(shù)字儀表、計算機、和其它數(shù)字系統(tǒng)中的測量數(shù)據(jù)、運算結果譯成十進制數(shù)顯示出來。本設計要共用到16個七段數(shù)碼管,單片機的P0端口只有8根線,根本不夠用,故而須用74LS154來擴展,74LS154是4-16譯碼器
83、,只用單片機的四根線就可以接16個數(shù)碼管的位碼端,該設計中用了74LS154的全部端口。74LS154的管腳圖和值表如圖2.9所示。 </p><p> 2.9 74LS154的管腳圖和值表</p><p> 2.6 ULN2003介紹 </p><p> 該設計用74LS154的16個端口,數(shù)碼管采用共陰極,因為有16個
84、數(shù)碼管顯示,電流量不大,所以只用一個ULN3003即可驅動整個電路。</p><p> ULN2003A由美國Texas Instruments 公司、美國Sprague公司生產(chǎn)、由7組達林頓晶體管陣列和相應的電阻網(wǎng)絡以及鉗位二極管網(wǎng)絡構成,可以同時驅動7組負載的,為單片雙極型大功率高速集成電路。ULN2003的管腳圖和內部原理圖如圖2.10(a)(b)所示, </p><p> (a
85、) (b)</p><p> 2.10 ULN2003的管腳圖和內部原理圖</p><p> UNL2003的主要特性如表2.5所示</p><p> 表2.5 UNL2003的主要特性表</p><p> (a)
86、(b)</p><p> 圖2.10 ULN2003的管腳圖和內部原理圖</p><p><b> 第三章 軟件設計</b></p><p> 本次設計采用匯編語言編程,主程序主要實現(xiàn)顯示的是初始化和調用各子程序工作的功能,讀取時間的子程序主要實現(xiàn)初始化,時間信息的采集和顯示段碼的存取。在顯示刷新子程序中采用動態(tài)顯示方式,每次從顯示緩沖區(qū)
87、中取出一個段碼由譯碼器送出,相應位碼由ULN2003送出,輪流顯示。</p><p><b> 3.1 主程序</b></p><p> 程序功能:設定數(shù)碼管的初始狀態(tài)、不停地調用子程序,使系統(tǒng)循環(huán)工作。并判斷按鍵的狀態(tài)。</p><p> 主程序框圖如圖3.1所示:</p><p><b> 圖3.
88、1主程序框圖</b></p><p> 3.2 讀取時間的所有子程序</p><p> 程序功能:從日歷芯片12C887A中讀取時間(年、月、日、時、分、秒存入以開頭的一段數(shù)據(jù)區(qū)中)。</p><p> 入口參數(shù):DPTR——時間緩沖區(qū)指針,R3——顯示緩沖區(qū)首址。</p><p> 圖3.2讀取時間子程序框圖</
89、p><p> 3.3 顯示刷新的子程序</p><p> 程序功能:動態(tài)的顯示從時間緩沖區(qū)取出連續(xù)的2個單元(分鐘、小時)轉化為四位BCD碼存入顯示緩沖區(qū)以供顯示。</p><p> 入口參數(shù):DPTR——時間緩沖區(qū)首地址指針。R3——顯示緩沖區(qū)首地址。</p><p> 程序框圖如圖3.3所示:</p><p>
90、; 圖3.3 顯示刷新程序框圖</p><p> 第四章 調試過程以及數(shù)據(jù)分析</p><p><b> 4.1 調試硬件</b></p><p> 硬件的調試比較困難。因為是調試所以不能對元件進行焊接,只可以把各個元件用導線連接起來。調試的整體過程為:各個系統(tǒng)逐個調試,各部分調試成功后再進行組裝后的整體調試。</p>
91、<p> 顯示部分的調試,問題:數(shù)碼管的顯示不穩(wěn)定,不停的閃爍。</p><p> 分析:沒有考慮到干擾及環(huán)境的制約問題。于是我們把在面包板上連接好的電路焊接在印刷板上,并采用電容濾波盡可能去除掉紋波和干擾。</p><p> 控制部分的調試問題:按下按鍵后數(shù)據(jù)有時正常有時又不正常,數(shù)據(jù)的加減不夠穩(wěn)定。</p><p> 分析:根據(jù)分析有兩個問題可
92、以導致此種現(xiàn)象,一是按鍵接觸不良可能有短路情況,二是程序部分有問題。用萬用表測量后發(fā)現(xiàn)按鍵按下后不穩(wěn)定,更換質量更好的按鍵排除了障礙。</p><p> 4.2 調試軟件 </p><p> 程序的調試分為幾個步驟,首先要在WAVE6000軟件中編譯通過,然后通過Keil軟件把程序下載到單片機中最終調試出滿意的效果才算成功。</p><p> 首先,啟動WA
93、VE6000新建一個項目,輸入一個名字保存,然后打開“真器設置”,在“語言”選項中選擇“偉福匯編器”,“缺省顯示格式”選擇“混合十、十六進制”。“仿真器”選項下選擇“使用偉福軟件模擬器”?!巴ㄐ旁O置”選項下選擇“使用偉福軟件模擬器”。</p><p> 打開已經(jīng)寫好的程序,選擇“項目”菜單下的“編譯”命令,根據(jù)Message窗口的編譯信息修改程序中錯誤的地方。直到Message窗口中不再出現(xiàn)錯誤符號,全部顯示正
94、確符號為止。</p><p> 雖然程序在WAVE6000中編譯通過了,但并不代表程序就沒有錯誤,只有最終出現(xiàn)效果才能說明沒問題。</p><p> 4.3 調試KeiL </p><p> 在WAVE6000軟件中調試過的程序在KEIL中還有可能有一些毛病,只有通過KEIL的編譯才能下載到試驗箱上。</p><p> 啟動Keil
95、軟件,選擇“Project”菜單下的“New Project”命令,輸入項目的文件名,選擇存儲路徑,最后點擊“保存”按鈕。</p><p> 在“Select Device”窗口中選擇“Atmel”下的“AT89C51” 芯片,單擊“確定”按鈕。展開“Project Workspace”窗口中的“Target 1”, 右擊 “Target 1”,選擇“Options for Target ’Target 1’
96、”,選擇“Target”選項在Keil (MHZ)右邊輸入“11.0592”。選擇“Debug”選項,選擇“Use Keil Monitor-51 Driver”。單擊“Settings”按鈕,串口選擇“COM1”,波特率選擇為“38400”,單擊“OK”按鈕。</p><p> 右擊“Source Group 1”,選擇“Add files to Group ‘Source Group 1’,在文件類型中選
97、擇“Asm Source file”,找到將要編譯的程序,單擊 “ADD”按鈕,然后再單擊“CLOSE”按鈕。單擊“Rebuild all target files”,在“Build”窗口中觀察編譯的結果,根據(jù)提示修改程序,直到?jīng)]有錯誤出現(xiàn)為止。</p><p> 4.4 調試試驗箱</p><p> 根據(jù)程序的設計在試驗箱上分別將各個端口的連接線連接好,用串口線把試驗箱和計算機的仿
98、真頭連接好,將試驗箱打開。</p><p> 單擊Keil軟件上的“Start/Stop Debug Session”按鈕,再單擊按鈕“RUN”,運行程序。觀察試驗箱上出現(xiàn)的效果,分析程序的對錯,直到調試出正確的結果。</p><p> 第五章 結 論</p><p> 經(jīng)過十幾周的努力,順利完成了基于89C51單片機控制的電子時鐘日歷LED顯示系統(tǒng)的設
99、計,所完成的工作主要包括以下幾個方面:</p><p> 準備階段的工作主要包括:查閱國內外相關文獻,了解單片機微控制器的主要作用,發(fā)展過程及發(fā)展趨勢和使用方法,了解用LED數(shù)碼管顯示電子時鐘日歷的工作原理、分析LED顯示系統(tǒng)。詳細了解了AT89C51 單片機應用中的數(shù)據(jù)轉換顯示、數(shù)碼管顯示原理、動態(tài)掃描顯示原理。</p><p> 本次的設計基于AT89C51單片機的LED顯示系統(tǒng)主
100、要由89C51單片機處理器控制、位掃描控制電路、端碼顯示驅動電路及與計算機的接口電路組成。此外還包括一些基本的電路如電源電路,晶振電路,及接口電路。由于DS12887為一款優(yōu)秀的時鐘芯片,因此本次設計使用了動態(tài)掃描方式進行LED顯示,在顯示驅動電路中用4線——16線的譯碼器74LS154進行顯示譯碼,在行掃描驅動電路中用反相驅動器ULN2003對電路實現(xiàn)信號輪流選通的功能。</p><p> 根據(jù)LED顯示管控
101、制器的功能和系統(tǒng)硬件電路,進行系統(tǒng)軟件設計。本系統(tǒng)軟件設計采用模塊化設計,即控制系統(tǒng)中的各個功能塊都按照模塊化方式進行程序設計。軟件由讀取時間的子程序和顯示刷新子程序兩部分組成,讀取時間的子程序完成初始化工作,同時負責進行顯示,按要求讀出顯示數(shù)據(jù),顯示刷新子程序將時間信號(年、月、日、時、分、秒)轉化為BCD碼存入顯示緩沖區(qū)以供顯示。</p><p><b> 參考文獻</b></p
102、><p> [1]付家才.單片機控制工程實踐技術[M]. 北京:化學工業(yè)出版社,2004.5</p><p> [2]楊文龍.單片機原理及應用[M].陜西: 西安電子科技大學出版社,1999</p><p> [3]梅麗鳳.王艷秋.單片機原理及接口技術[M].北京:清華大學出版社,2005</p><p> [4]王幸芝.鐘愛琴,王閃.A
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104、03</p><p> [8] 張康,郭育華,湯堅,等.基于DS12887的功率補償控制器設計[J].電子設計工程,2007(11)</p><p> [9] 李根岱.可校準實時時鐘芯片的研究和設計[D].武漢:華中科技大學,2007.[10] 姜書政, 王桂海. 基于AT89S52單片機的電機控制系統(tǒng)設計[J]. 現(xiàn)代電子技術,2010,33(7):</p><
105、p><b> 致 謝</b></p><p> 首先,我謹向工學部的全體老師和各位領導,致以最誠摯的問候,祝愿各位老師及領導在以后的日子中,工作順心,身體健康!</p><p> 作為一名大四的學生,此時此刻的心情十分復雜,我們將要離開奮斗了四年的大學校園,將要懷著一種很復雜的感情,迎接下一段人生。在大學的生活中,老師及領導們對我的關懷,以不能一一的列
106、舉了,在離別之際我很想向每位幫助我的老師說句謝謝,深深的鞠一躬。</p><p> 從這次做畢業(yè)設計來,我不僅從學到許許多多的專業(yè)知識,更重要的是學會了一些科研的學術方法,所有的一切都將是我以后人生中的重大財富,在此特向導師表示衷心的感謝和崇高的敬意。同時還要向幫助我的同學們表示感謝,感謝他們在這次畢業(yè)設計的過程中給予了我的幫助,開拓進取的精神和高度的責任心都將使學生受益終生!</p><p
107、><b> 附 圖</b></p><p> 單片機日歷時鐘系統(tǒng)開發(fā)圖</p><p><b> 程序清單</b></p><p><b> 程序清單一</b></p><p> ORG 0000H</p><p>
108、 LJMP START</p><p> ORG 0030H</p><p> START:MOV 30H, #0</p><p> SETB P1.1 </p><p> SECOND EQU 2000
109、H ;Timer Registers</p><p> MINUNTE EQU 2002H ; 時鐘芯片寄存器</p><p> HOUR EQU 2004H </p><p> WEEK EQU 2006H ; 它
110、們代表秒、分鐘、時、日期</p><p> DATE EQU 2007H ;年、月 </p><p> MONTH EQU 2008H </p><p> YEAR EQU 2009H ; 可以改變實際連線,地址也相應改變</p>
111、<p> TREGA EQU 200AH ; 四個控制寄存器</p><p> TREGB EQU 200BH</p><p> TREGC EQU 200CH </p><p> TREGD EQU 200DH
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