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文檔簡介
1、<p><b> 目錄</b></p><p><b> 第1章 引言1</b></p><p> 1.1 課題背景1</p><p> 1.2 數(shù)字時鐘系統(tǒng)目前國內(nèi)發(fā)展1</p><p> 1.3 研究內(nèi)容及目標2</p><p> 1
2、.4 本論文組織與結構2</p><p> 第2章 數(shù)字時鐘系統(tǒng)的設計4</p><p> 2.1 數(shù)字時鐘的功能4</p><p> 2.2 數(shù)字時鐘的應用特性4</p><p> 2.3 數(shù)字時鐘功能結構設計5</p><p> 2.4 單片機的基本概念6</p>&
3、lt;p> 第3章 數(shù)字鐘的硬件設計8</p><p> 3.1 硬件選擇8</p><p> 3.2 單片機的構成8</p><p> 3.3 AT89C51單片機的引腳說明10</p><p> 3.4 LED簡介12</p><p> 3.5 溫度傳感器的選擇14<
4、/p><p> 第4章 數(shù)字鐘的軟件設計17</p><p> 4.1 電子時鐘框架圖17</p><p> 4.2 系統(tǒng)軟件設計內(nèi)容19</p><p> 4.3 時鐘設置主程序20</p><p> 4.4 時鐘設置子程序22</p><p> 4.5 時鐘中斷
5、子程序26</p><p> 4.6 LED顯示子程序26</p><p> 第5章 調(diào)試過程及數(shù)據(jù)分析27</p><p> 5.1 硬件調(diào)試27</p><p> 5.2 KeiL調(diào)試27</p><p> 5.3 開發(fā)板調(diào)試28</p><p> 第6章
6、 數(shù)字時鐘的辦公室服務功能29</p><p> 6.1 辦公室的現(xiàn)狀及需要滿足的功能29</p><p> 6.2 數(shù)字時鐘滿足辦公室功能結構圖29</p><p> 6.3 辦公智能化的實現(xiàn)步驟29</p><p> 6.4未來的辦公室及課題的繼續(xù)研究方向29</p><p><b&g
7、t; 結論32</b></p><p><b> 致謝33</b></p><p><b> 參考文獻34</b></p><p><b> 第1章 引言</b></p><p> 近年來,電子技術獲得了飛速的發(fā)展,在其推動下,單片機的應用增在不斷
8、深入,同時帶動傳統(tǒng)控制檢測技術日益更新。在實時監(jiān)測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中,單片機往往作為一個核心部件來使用,僅單片機方面的只是是不夠的,還應該根據(jù)具體硬件結構軟硬結合,加以完善。本設計利用單片機及外圍借口電路,實現(xiàn)數(shù)字時鐘的相應功能,并具有時間調(diào)整功能、鬧鐘功能和定時功能,并通過LED顯示具體年、月、日、星期、時、分、秒,并通過相應的管腳實現(xiàn)其他功能,與數(shù)字時鐘組合成為系統(tǒng),使其具有更多的功能。</p><p&
9、gt;<b> 1.1 課題背景</b></p><p> 隨著人民生活水平的提高,城市環(huán)境建設日益為人們所重視。隨著電子技術的迅速發(fā)展,特別是隨著大規(guī)模集成電路產(chǎn)生而出現(xiàn)的微型計算機,給人類生活帶來了極大的方便。走入家庭,從洗衣機、微波爐到音響、汽車,到處都可以見到單片機應用的蹤影。如果說微型計算機技術的出現(xiàn)使現(xiàn)代科學研究得到了質的飛躍,那么也可以毫不夸張的說:“單片機技術的出現(xiàn)則是
10、給現(xiàn)代工業(yè)測控領域帶來了一次新的工業(yè)革命”。目前,單片機以其可靠性高和智能性等特點被廣泛應用到工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能化儀器儀表、辦公自動化等領域中,并已經(jīng)進入家庭,因此,單片機技術的開發(fā)和應用水平已經(jīng)逐步成為一個國家自動化發(fā)展水平的標志之一。</p><p> 1.2 數(shù)字時鐘系統(tǒng)目前國內(nèi)發(fā)展</p><p> 目前國內(nèi)的數(shù)字時鐘僅僅在公共場合作為公共時間,提示人們時間變更
11、,以及在一些工廠內(nèi)的操作流水線上的一些顯示操作件數(shù)量,并提示下一環(huán)節(jié)的操作指示等,還有在一些實驗室將很多非電量通過一些轉換手段,將沸點物理量轉換成為數(shù)字顯示,并在一些時間段內(nèi)將其轉換為衍生速率、制造速度等環(huán)境,服務的人群,以及針對性較為狹窄,像很多類似文化行業(yè)、家庭生活、企業(yè)辦公區(qū)域、工廠的生活區(qū)依然在使用一些大型的、數(shù)量較少、功能單一的、電子機械的、耗電量較大、觀看讀數(shù)不方便的圓的、方的鐘表,不僅在人們忙碌的生活中越來越不方便,而且在
12、準確性和精確性上也沒有很好地保證,所以,數(shù)字時鐘,在彌補以上的缺點的哦那個是,將人們的生活編的更加有效率,更加豐富多彩,同時更好地控制,可為更多的人服務,作為新型社會高效運作,提供更好地保障,同時電子信息行業(yè)的發(fā)展越來越發(fā)達,電子產(chǎn)品也越來越便宜,作為公共場合、個人使用、辦公系統(tǒng)服務、多功能服務將更加人性化、高效,也是我們生活中不能或缺、不能舍棄的產(chǎn)品。</p><p> 1.3 研究內(nèi)容及目標</p&
13、gt;<p> 本課題結合目前國內(nèi)數(shù)字時鐘的使用現(xiàn)狀,增加其實用性和多功能性,綜合運用了相關的專業(yè)知識,完成了基于單片機的數(shù)字時鐘系統(tǒng)設計與應用,包括:</p><p> 1.研究電子時鐘的背景以及國內(nèi)發(fā)展。</p><p> 2.電子時鐘總體方案的設計。</p><p> 4.電子時鐘控制系統(tǒng)的硬件選型和設計。</p><
14、p> 5.電子時鐘軟件部分設計。</p><p> 6. 使用KEIL進行調(diào)試并做記錄。</p><p> 7.本課題的繼續(xù)的研究方向。</p><p> 1.4 本論文組織與結構</p><p> 本論文以基于單片機的數(shù)字時鐘系統(tǒng)為研究對象,對辦公室、車站、廣場等場所數(shù)字時鐘系統(tǒng)加以調(diào)查,分析了數(shù)字時鐘的使用狀況,制定了數(shù)
15、字時鐘的控制方案,在方案中詳細介紹了其控制過程。具有硬件設計(硬件的選型),軟件設計,全文共有7章:</p><p> 第一章引言,介紹本課題的背景及發(fā)展,確定研究內(nèi)容與目標、論文的組織與結構。</p><p> 第二章數(shù)字時鐘系統(tǒng)的整體設計,介紹其具備的功能及本設計所解決的問題,以設計的選擇方案的確定、控制要求等。</p><p> 第三章數(shù)字時鐘的硬件設計
16、,介紹了數(shù)字時鐘系統(tǒng)所用硬件單片機芯片的選擇、AT89C51的使用情況、以及顯示材料LED的介紹及使用。</p><p> 第四章數(shù)字時鐘的軟件設計,介紹了電子時鐘的設計框架圖、系統(tǒng)軟件的設計以及數(shù)字設置的主程序、子程序、中斷程序等。</p><p> 第五章數(shù)字時鐘的系統(tǒng)的調(diào)試,介紹了系統(tǒng)調(diào)試的硬件、以及KEIL的調(diào)試說明,以及最終的開發(fā)調(diào)試階段結果。</p><
17、p> 第六章數(shù)字時鐘的辦公室服務功能,介紹了辦公室基本需求、基于數(shù)字時鐘的辦公室需求的滿足方法、辦公室的智能化的實現(xiàn)。</p><p> 第2章 數(shù)字時鐘系統(tǒng)的設計</p><p> 2.1 數(shù)字時鐘的功能</p><p> 本文設計的電子時鐘,將滿足以下的功能:</p><p> ?。?)省電(關閉顯示)功能</p&
18、gt;<p> ?。?)以24h(小時)計時方式</p><p> (3)白來整點報時,晚上22點后不報時</p><p> ?。?)用六位LED數(shù)碼管顯示時、分、秒</p><p> ?。?)使用按鍵開關可實現(xiàn)時分調(diào)整、秒表功能轉換</p><p> (6)使用按鍵開關可實現(xiàn)時分調(diào)整、時鐘功能轉換等功能。</p>
19、;<p> ?。?)室內(nèi)溫度的顯示</p><p> (8)辦公室內(nèi)自動門保護一體</p><p> 2.2 數(shù)字時鐘的應用特性</p><p> 數(shù)字電子鐘具有走時準確,一鐘多用等特點,在生活中已經(jīng)得到廣泛的應用。雖然現(xiàn)在市場上已有現(xiàn)成的電子鐘集成電路芯片出售,價格便宜、使用也方便,但是人們對電子產(chǎn)品的應用要求越來越高,數(shù)字鐘不但可以顯示當前
20、的時間,而且可以顯示日期、農(nóng)歷 、以及星期等,給人們的生活帶來了方便。另外數(shù)字鐘還具備秒表和鬧鐘的功能,且鬧鐘鈴聲可自選,使一款電子鐘具備了多媒體的色彩。</p><p> 時間對人們來說總是那么寶貴,工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當前的時間。忘記了要做的事情,當事情不是很重要的時候,這種遺忘無傷大雅。但是,一旦重要事情,一時的耽誤可能釀成大禍。電子鐘已成為人們?nèi)粘I钪斜夭豢缮俚谋匦杵罚瑥V泛用于個人家庭以及
21、車站、碼頭、劇院、辦公室等公共場所,給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術的發(fā)展和采用了先進的石英技術,使電子鐘具有走時準確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點,它還用于計時、自動報時及自動控制等各個領域。</p><p> 2.3 數(shù)字時鐘功能結構設計</p><p> 圖2.1 數(shù)字時鐘功能結構圖</p><p> 圖2.2 數(shù)字時鐘
22、電路板的效果圖</p><p> 2.4 單片機的基本概念</p><p> 單片微型計算機簡稱單片機,單片機又稱單片微控制器是典型的嵌入式微控制器(Microcontroller Unit),常用英文字母的縮寫MCU表示單片機,它最早是被用在工業(yè)控制領域。單片機由運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設備構成,概括的講:一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用
23、和開發(fā)提供了便利條件。[1]</p><p> 單片機比專用處理器更適合應用于嵌入式系統(tǒng),因此它得到了最多的應用。事實上單片機是世界上數(shù)量最多的計算機。現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有1-2部單片機。</p><p> 單片機是靠程序運行的,并且可以修改。通過不同的程序實現(xiàn)不同的功能
24、,尤其是特殊的獨特的一些功能,這是別的器件需要費很大力氣才能做到的</p><p> 單片機種類繁多,按照不同的使用條件、自身機構、應用范圍等條件可分為:</p><p> ?。?) 通用型/專用型 這是按單片機適用范圍來區(qū)分的。例如,80C51是通用型單片機,它不是為某種專用途設計的;專用型單片機是針對一類產(chǎn)品甚至某一個產(chǎn)品設計生產(chǎn)的,例如為了滿足電子體溫計的要求,在片內(nèi)集成ADC接口
25、等功能的溫度測量控制電路。[5]</p><p> ?。?) 總線型/非總線型 這是按單片機是否提供并行總線來區(qū)分的??偩€型單片機普遍設置有并行地址總線、 數(shù)據(jù)總線、控制總線,這些引腳用以擴展并行外圍器件都可通過串行口與單片機連接,另外,許多單片機已把所需要的外圍器件及外設接口集成一片內(nèi),因此在許多情況下可以不要并行擴展總線,大大減省封裝成本和芯片體積,這類單片機稱為非總線型單片機。[5] </p>
26、<p> ?。?) 控制型/家電型 這是按照單片機大致應用的領域進行區(qū)分的。一般而言,工控型尋址范圍大,運算能力強;用于家電的單片機多為專用型,通常是小封裝、低價格,外圍器件和外設接口集成度高。上述分類并不是惟一的和嚴格的。例如,80C51類單片機既是通用型又是總線型,還可以作工控用。[5]</p><p> 單片機的工作過程:單片機自動完成賦予它的任務的過程,也就是單片機執(zhí)行程序的過程,即一條條執(zhí)
27、行的指令的過程,所謂指令就是把要求單片機執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫下來,這是在設計人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的,一條指令對應著一種基本操作;單片機所能執(zhí)行的全部指令,就是該單片機的指令系統(tǒng),不同種類的單片機,其指令系統(tǒng)亦不同。所以,使用單片機作為數(shù)字控制,是最理想化的,無論是從經(jīng)濟角度說,還是在操作性能、功能開發(fā)上都是首選。[1]</p><p> 第3章 數(shù)字鐘的硬件設計</p><
28、p><b> 3.1 硬件選擇</b></p><p> (1)單片機的選擇 選用AT89C51單片機,并配備12MHz晶振,復位電路采用上電復位。AT89C51是一個低功耗,高性能CMOS 8位單片機,片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失
29、性存儲技術制造,兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構,芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元,功能強大的微型計算機的AT89C51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。[3] [4]</p><p> AT89C51具有如下特點:40個引腳,4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器,128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM),32個外部雙向輸入/輸出(I/O)
30、口,5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷,2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口,看門狗(WDT)電路,片內(nèi)時鐘振蕩器。此外,AT89C51設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省電模式??臻e模式下,CPU暫停工作,而RAM定時計數(shù)器,串行口,外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作,掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù),停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。[2]</p><p> (2)顯示電路選擇
31、 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。</p><p> ?。?)溫度傳感器的選擇 DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便,封裝成后可應用于多種場合,不銹鋼封裝式,型號多種多樣,有LTM8877,LTM8874等等,主要根據(jù)應用場合的不同而改變其外觀。</p><p> (4)顯示器的選擇 LED的特點非常明顯,壽命長、光效高、
32、低輻射與低功耗。多個LED組合使用,可顯示多功能數(shù)字位數(shù)。</p><p> ?。?)電源選擇 采用直流5V電源供電。</p><p> (6)選擇器的選擇 74LS04。</p><p> 3.2 單片機的構成</p><p> 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
33、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(nèi)包含下列幾個部件:</p><p><b> (1) 控制器</b></p><p> 控制器是單片機的指揮控制部件,控制器的主要任務是識別指令,并根據(jù)指令的性質控制單片機各功能部件,從而保證單片機各部分能自動而協(xié)調(diào)地工作。單片機執(zhí)行指令是在控制器的控制下進行的。首先從程序存儲器中讀出指令,送
34、指令寄存器保存,然后送至指令譯碼器進行譯碼,譯碼結果送定時控制邏輯電路,由定時控制邏輯產(chǎn)生各種定時信號和控制信號,再送到單片機的各個部件去進行相應的操作。這就是執(zhí)行一條指令的全過程,執(zhí)行程序就是不斷重復這一過程??刂破髦饕ǔ绦蛴嫈?shù)器、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令譯碼器、條件轉移邏輯電路及時序控制邏輯電路。[2]</p><p><b> (2) 存儲器</b></p&g
35、t;<p> AT89C51單片機存儲器采用的是哈佛結構,即程序存儲器空間和數(shù)據(jù)存儲器空間截然分開,程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器各有自己的尋址方式,尋址空間和控制系統(tǒng)。這種結構對于單片機面向控制的實際應用極為方便,有利.在8051/8751彈片擊中,不僅在片內(nèi)集成了一定容量的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器及眾多的特殊功能寄存器,而且還具有極強的外存儲器的擴展能力,尋址能力分別可達64KB,尋址和操作簡單方便。[2]</p>
36、<p> (3) 并行I/O口</p><p> MCS-51單片機共有4個雙向的8位并行I/O端口(Port),分別記作P0-P3,共有32根口線,各口的每一位均由鎖存器、輸出驅動器和輸入緩沖器所組成。實際上P0-P3已被歸入特殊功能寄存器之列。這四個口除了按字節(jié)尋址以外,還可以按位尋址。由于它們在結構上有一些差異,故各口的性質和功能有一些差異。[2]</p><p>
37、; (4) 時鐘電路與時序</p><p> 時鐘電路用于產(chǎn)生MCS-51單片機工作時所必需的時鐘信號。MCS-51單片機本身就是一個復雜的同步時序電路,為保證同步工作方式的實現(xiàn),MCS-51單片機應在唯一的時鐘信號控制下,嚴格地按時序執(zhí)行進行工作,而時序所研究的是指令執(zhí)行中各個信號的關系。[2]其內(nèi)部機構框圖如圖所示: </p><p> 圖2.1 MCS-51單片機內(nèi)部機構框圖
38、</p><p> 3.3 AT89C51單片機的引腳說明</p><p> AT89C51單片機采用40條引腳雙列直插式器件,引腳除5V(VCC 40腳)和電源接地(VSS 20腳)外,其功能分為時鐘電路、控制信號、輸入/輸出三大部分,在AT89C51單片機的40個引腳中,電源引腳2根,晶振引腳2根,控制引腳4根,可編程輸入輸出引腳32根,邏輯框圖及引腳圖分別如圖2.4(a)(b)
39、所示</p><p> (a) (b) </p><p> 圖2.2 AT89C51單片機邏輯圖與引腳圖</p><p> AT89C51單片機的內(nèi)部硬件結構中除了程序存儲器由FLASH取代了87C51單片機的EPROM外,其余部分完全相同,其管腳說明如下:</p><
40、p> ?。?)VCC:供電電壓</p><p><b> ?。?)VSS:接地</b></p><p><b> (3)時鐘電路</b></p><p> XTAL1(19腳)——芯片內(nèi)部振蕩電路(單級反相放大器)輸入端。</p><p> XTAL2(18腳)——芯片內(nèi)部振蕩電路(單級
41、反相放大器)輸出端。 </p><p><b> ?。?)控制信號</b></p><p> 圖2.3 AT89C51的最小系統(tǒng)</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(nèi)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。[7]</p><p
42、> 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。[7]</p><p> (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。[7]</p>&l
43、t;p> /Vpp(30腳):當為高電平且PC值小于0FFFH時,CPU執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器程序;當為低電平時,CPU僅執(zhí)行外部程序存儲器程序。。[7] </p><p><b> LED簡介</b></p><p> 1、LED照明原理 </p><p> LED是由Ⅲ-Ⅳ族化合物,如GaAs(砷化鎵)、GaP(磷化鎵)、GaAs
44、P(磷砷化鎵)等半導體制成的,其核心是PN結。因此它具有一般P-N結的I-N特性,即正向導通,反向截止、擊穿特性。此外,在一定條件下,它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下,電子由N區(qū)注入P區(qū),空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進入對方區(qū)域的少數(shù)載流子(少子)一部分與多數(shù)載流子(多子)復合而發(fā)光。</p><p> 2、LED顯示的優(yōu)點 </p><p> LED的內(nèi)在特征決定了它具有很多優(yōu)點,諸如:體積小
45、、耗電量低、使用壽命長、高亮度、低熱量、環(huán)保、堅固耐用、多變幻、技術先進,因此,在顯示器的選擇上,使用LED,既經(jīng)濟實用又美觀環(huán)保。</p><p> 3、LED的工作方式</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,對編程是很重要的,因為不同類型的數(shù)碼管,除了它們的硬件電路有差異外,編程方法也是不同的。圖2.7(a)是共陰和共陽極數(shù)碼管
46、的內(nèi)部電路圖,它們的發(fā)光原理是一樣的,只是它們的電源極性不同而已。</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"段接上正電源,其它端接地或懸空,那么"b"
47、;和"C"段發(fā)光,此時,數(shù)碼管顯示將顯示數(shù)字“1”。而將"a"、"b"、"d"、"e"和"g"段都接上正電源,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,分別引出它們的電極,點亮相應的點劃來
48、顯示出0-9的數(shù)字。在這次的設計中采用的均是共陰極的LED顯示,當I/O口輸出為高電平的時候,對應段就被點亮。LED數(shù)碼管的結構圖如圖2.7(b)所示。</p><p><b> ?。╝)</b></p><p> ?。╞) </p><p> 圖2.4 LED分類結構圖和結構圖</p><p>
49、 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的目的。動態(tài)掃描的頻率有一定的要求,頻率太低,LED將出現(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,這就要求在編寫程序時,選通某一位LED使其點亮并保
50、持一定的時間,程序上常采用的是調(diào)用延時子程序。</p><p><b> 4、LED顯示電路</b></p><p> (1) 靜態(tài)顯示電路</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VSS) ,一直處于顯示有效狀態(tài),所以每一位的顯示內(nèi)容必須由鎖存器加以鎖存,顯示各位相互獨立。</p
51、><p> (2) 動態(tài)顯示電路 </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
52、,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74LS04作為五個LED的段選輸入,采用動態(tài)顯示的方式連接。類似地,16位的LED數(shù)碼管顯示也可以用這種方法來實現(xiàn)。 </p><p> 圖2.5 五位LED數(shù)碼管的動態(tài)顯示</p><p> 3.5 溫度傳感器的選擇</p><p> DS18B
53、20數(shù)字溫度傳感器接線方便,封裝成后可應用于多種場合,如管道式,螺紋式,磁鐵吸附式,不銹鋼封裝式,型號多種多樣,有LTM8877,LTM8874等等。主要根據(jù)應用場合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測溫,高爐水循環(huán)測溫,鍋爐測溫,機房測溫,農(nóng)業(yè)大棚測溫,潔凈室測溫,彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰,體積小,使用方便,封裝形式多樣,應用范圍較廣,適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領域。[9] </p&
54、gt;<p><b> 1、技術性能描述 </b></p><p> (1)、 獨特的單線接口方式,DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。 </p><p> (2)、測溫范圍 -55℃~+125℃,固有測溫分辨率0.5℃。 </p><p> (3)、支持多點組網(wǎng)功能,
55、多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上,最多只能并聯(lián)8個,實現(xiàn)多點測溫,如果數(shù)量過多,會使供電電源電壓過低,從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定。 </p><p> (4)、工作電源: 3~5V/DC </p><p> (5)、在使用中不需要任何外圍元件 </p><p> (6)、 測量結果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送 </p><p>
56、 (7)、不銹鋼保護管直徑 Φ6 </p><p> (8)、適用于DN15~25, DN40~DN250各種介質工業(yè)管道和狹小空間設備測溫 </p><p> 2、DS18B20的應用電路</p><p> DS18B20測溫系統(tǒng)具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點。 </p><p> 圖2.9 DS18
57、B20封裝圖</p><p> 3、DS18B20的主要特性 </p><p> (1)適應電壓范圍更寬,電壓范圍:3.0~5.5V,在寄生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電 </p><p> (2)獨特的單線接口方式,DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊 </p><p> (3) DS
58、18B20支持多點組網(wǎng)功能,多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上,實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫 </p><p> (4)DS18B20在使用中不需要任何外圍元件,全部 傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) </p><p> (5)溫范圍-55℃~+125℃,在-10~+85℃時精度為±0.5℃ </p><p> (6)可編程 的分辨率為9
59、~12位,對應的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃,可實現(xiàn)高精度測溫 </p><p> (7)在9位分辨率時最多在 93.75ms內(nèi)把溫度轉換為數(shù)字,12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉換為數(shù)字,速度更快 </p><p> (8)測量結果直接輸出數(shù)字溫度信號,以"一線總線"串行傳送給CPU,同時可傳送CRC校驗碼,具有極強的
60、抗干擾糾錯能力 </p><p> (9)負壓特性:電源接反時,芯片不會因發(fā)熱而燒毀, 但不能正常工作。[8]</p><p> 第4章 數(shù)字鐘的軟件設計</p><p> 4.1 電子時鐘框架圖</p><p> 鬧鐘關(ON XX XX)如00:00</p><p> 鬧鐘開(OF XX XX)如00
61、:00</p><p><b> 關顯示(省電模式)</b></p><p> 顯示日歷格式(20XX XX XX) 如:2010-04-21</p><p> 圖4.1LED顯示的效果狀態(tài)圖</p><p> 4.2 系統(tǒng)軟件設計內(nèi)容</p><p> 本設計的軟件程序包括主程序、中
62、斷子程序、鬧鐘設定子程序、時鐘顯示子程序以及延時子程序等。在整個系統(tǒng)中,在單片機的30H、31H和32H中存儲當前時間的小時、分鐘和秒。用LCD顯示當前的時間,必須用到分字和合字,因此在33H、34H、35H、36H、37H和38H中存儲當前時間的時十位、時個位、分十位、分個位、秒十位和秒個位,方便顯示。</p><p> 1、系統(tǒng)功能按鍵安排:</p><p> 本設計有由四個輕觸按
63、鍵組成的小鍵盤,這些按鍵可以任意改變當前的狀態(tài)。按功能移位鍵一次,表示當前要校對小時的十位;按第二次,表示當前校對的是小時的個位;按第三次,則表示校對的是分鐘的十位;第四次,表示的校對的是分鐘的個位。按下數(shù)字“+” 鍵和數(shù)字“-”鍵可在當前校對的數(shù)字上相應加上1或者減去1。</p><p> 系統(tǒng)軟件采用C語言編寫。時鐘的最小計時單位是秒,但使用定時器的方式1,最大的定時時間也只能達到131ms。我們可把定時器
64、的定時時間定為50ms。這樣,計數(shù)溢出20次即可得到時鐘的最小計時單位:秒。而計數(shù)20次可以用軟件實現(xiàn)。秒計時是采用中斷方式進行溢出次數(shù)的累積,計滿20次,即得到秒計時。從秒到分,從分到時是通過軟件累加并進行比較的方法來實現(xiàn)的。要求每滿1秒,則“秒”單元中的內(nèi)容加1;“秒”單元滿60,則“分”單元中的內(nèi)容加1;“分”單元滿60,則“時”單元中的內(nèi)容加1;“時”單元滿24,則將時、分、秒的內(nèi)容全部清零。</p><p&
65、gt; 2、實時時鐘程序設計步驟:</p><p> ?。?)選擇工作方式,計算初值;</p><p> ?。?)采用中斷方式進行溢出次數(shù)累計;</p><p> ?。?)從秒——分——時的計時是通過累加和數(shù)值比較實現(xiàn)的;</p><p> ?。?)時鐘顯示緩沖區(qū):時鐘時間在方位數(shù)碼管上進行顯示,為此在內(nèi)部</p><p
66、> RAM中要設置顯示緩沖區(qū),共6個地址單元。顯示緩沖區(qū)從左到右依次存放時、分、秒數(shù)值;</p><p> (5)主程序:主要進行定時器/計數(shù)器的初始化編程,然后反復調(diào)用顯示子程序的方法等待中斷的到來,流程如圖4.1所示;(6)中斷服務程序:進行計時操作;</p><p> ?。?)加1子程序:用于完成對時、分、秒的加操作,中斷服務程序在秒、</p><p&g
67、t; 分、時加1時共三次調(diào)用加1子程序,包括:合字、加1并進行進制調(diào)整、分字。</p><p> 4.3 時鐘設置主程序</p><p> 主程序主要由main()組成通過對相關子程序的調(diào)用,實現(xiàn)了對時間的設置與修改、鬧鐘的設置與修改、LCD顯示等主要功能。相關的調(diào)整是靠對功能鍵的判斷來實現(xiàn)的。如對set鍵的判斷,對up鍵的判斷。主程序流程框圖如圖4-1所示。主要程序段如下:<
68、;/p><p> void main(void)</p><p> { //d_to_b(); </p><p> //ds1302_write_time(); //對DS1302寫數(shù)據(jù)</p><p> initTimer();</p><p><b> TR0=1;</b></
69、p><p><b> ET0=1;</b></p><p><b> EA=1;</b></p><p> LCD_init();</p><p> LCD_write_string(0,0,"Wellcome to xnkd"); </p><p>
70、 LCD_write_string(0,1,"123456789-mysy");</p><p><b> while(1) </b></p><p> {if((sethour==timereg[4])&&(setmin==timereg[5])&&!fspk&&timereg[6]==0)
71、</p><p><b> fspk=1;</b></p><p> if(!set) //功能鍵判斷</p><p><b> if(fset)</b></p><p> {if(!up) //調(diào)用+1鍵子程序</p><p> if(!down)
72、 //調(diào)用-1鍵子程序</p><p> }if(!enter)</p><p> 圖4.2 主程序MAIN流程框圖</p><p> 4.4 時鐘設置子程序</p><p> 時鐘的修改首先要按功能鍵并停止時間的輸出顯示,否則系統(tǒng)繼續(xù)刷新時間則無法修改,所以時間是不輸出到LCD的。修改的部分以修改的為準,沒有修改的通過
73、中斷保護起來。等修改成功后繼續(xù)顯示。主要流程圖如圖4.2所示,小時設置程序段如下:</p><p> if(keycou==5) //設置小時</p><p> {LCD_write_string(0,0,"Hour:"); //將現(xiàn)在時間保存</p><p> LCD_set_xy(5,0);
74、 //對小時重新設置</p><p> LCD_write_char(0,timereg[4]/10+0x30); //設置完成后顯示修改后的小時部分</p><p> LCD_write_char(0,timereg[4]%10+0x30);</p><p><b> }</b></p><p>
75、 在時間修改功能中要用到1個數(shù)字加減的問題,把它做成1個子程序,流程如圖4.3所示。通過判斷功能鍵的狀態(tài)也就是記錄值來確定。主功能鍵SET是采用循環(huán)的方式來實現(xiàn)的,。當標識為相應的值時執(zhí)行相應的操作。</p><p> if(keycou==5)</p><p><b> {//小時加一</b></p><p> if(timereg[
76、4]<23) timereg[4]++;</p><p> else timereg[4]=23;</p><p> LCD_set_xy(5,0);</p><p> LCD_write_char(0,timereg[4]/10+0x30);</p><p> LCD_write_char(0,timereg[4]%10+0
77、x30);</p><p><b> }</b></p><p> 4.3 時鐘設置功能子程序流程框圖</p><p> 圖4.4 加1鍵修改子程序流程框圖</p><p> 圖4.5 時鐘修改中斷服務子程序流程框圖</p><p> 4.5 時鐘中斷子程序</p>
78、<p> /*************************************************************/</p><p> *Function: 外部中斷1中斷服務子程序</p><p> /*************************************************************/</p>&
79、lt;p> void Interrupt1 (void) interrupt 2</p><p> { Int1Flag = 1;</p><p><b> }</b></p><p> /************************************************************/<
80、/p><p> *Function: 定時器0中斷服務子程序</p><p> /*************************************************************/</p><p> void InterruptTime0(void) interrupt 1 </p><p><b>
81、{</b></p><p> TH0 = 0x06; //8ms</p><p> TL0 = 0xed;</p><p> Time0Count++;</p><p><b> }</b></p><p> /********************************
82、****************************/</p><p> 4.6 LED顯示子程序</p><p> LCD顯示子程序可對DS1302的時間進行設置和讀取DS1302內(nèi)部的時間、連續(xù)的讀寫操作、RAM的應用、充電部分的應用、寫保護、抗干擾等可以實現(xiàn)上述功能。在編寫中應注意的是進制的轉換,下面是BCD碼到十進制數(shù)的轉換函數(shù)。void BCD_to_INT(){
83、uchar i; for(i=0;i<7;i++); bcd_int(timercur[i]); </p><p><b> }</b></p><p> 第5章 調(diào)試過程及數(shù)據(jù)分析</p><p><b> 5.1 硬件調(diào)試</b></p><p> 硬件調(diào)試的調(diào)
84、試比較困難。因為是調(diào)試所以不能對元件進行焊接,只能把各個元件用導線連接起來。調(diào)試的整體過程是:各個系統(tǒng)逐個調(diào)試,各部分調(diào)試成功后再進行組裝后的整體調(diào)試。</p><p><b> 調(diào)試過程包括:</b></p><p> ?。?)顯示部分的調(diào)試</p><p> 問題:數(shù)碼管的顯示不穩(wěn)定,不停的閃爍。</p><p>
85、; 分析:沒有考慮到干擾及環(huán)境的制約。于是我們把在面包板上連好的電路焊接在印刷板上,并采用電容濾波盡可能去除紋波和干擾。</p><p> ?。?) 控制部分的調(diào)試</p><p> 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)的加減不穩(wěn)定。</p><p> 分析:根據(jù)分析有兩個問題可以導致此種現(xiàn)象,一是按鍵接觸不良可能有短路,二是程序部分有問題。用萬用表
86、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后故障即排除。</p><p> 5.2 KeiL調(diào)試</p><p> 啟動Keil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,點擊“保存”按鈕。</p><p> 在“SeleCt DeviCe”窗口中選擇“Atmel”下的“AT89C51” 芯片,單擊
87、“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’”,選擇“Target”選項在Keil (MHZ)右邊輸入“12m”。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“38400”,單擊“OK”按鈕。&l
88、t;/p><p> 右擊“SourCe Group 1”,選擇“Add files to Group ‘SourCe Group 1’,在文件類型中選擇“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”窗口中觀察編譯結果,根據(jù)提示修改程序,直到?jīng)]有錯誤出現(xiàn)。</p>&l
89、t;p> 5.3 開發(fā)板調(diào)試</p><p> 根據(jù)程序的設計在開發(fā)板上分別連接好各個端口的連接線,用串口線把計算機和試驗箱的仿真頭連接好。</p><p> 單擊Keil軟件上的“Start/Stop Debug Session”按鈕,再單擊“RUN”按鈕,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(diào)試出正確的結果。</p><p>
90、第6章 數(shù)字時鐘的辦公室服務功能</p><p> 6.1 辦公室的現(xiàn)狀及需要滿足的功能</p><p> 目前國內(nèi)辦公室普遍為人工處理日常辦公室維護和檢查工作,包括開門、關門、開空調(diào)、提示到期文檔及業(yè)務、辦公室開燈、關燈、以及線板之后的斷水斷電等情況,全都是認為操作,且隨著人們的工作意識以及記憶的好壞,總會讓辦公室處于一種不確定的狀態(tài),在安全方面有著隱患,同時,也有一些因為沒有提
91、醒到的文件件和業(yè)務提醒而錯過工作最佳時間、效率最好的時機,如此情況下,我們就需要一個類似機器人的多功能,隨著時間的改變而做出相應的動作的數(shù)字時鐘系統(tǒng),通過編程,將預知事件寫進數(shù)字時鐘系統(tǒng),并將數(shù)字時鐘接入執(zhí)行電路,讓辦公室辦公實現(xiàn)自動化、智能化。 </p><p> 6.2 數(shù)字時鐘滿足辦公室功能結構圖</p><p> 圖6.1基于單片機的辦公室門鎖保護邏輯方框圖</p&
92、gt;<p> 6.3 辦公智能化的實現(xiàn)步驟</p><p> 由于單片機的工作原理是按照程序控制的,如圖6.1,在數(shù)字時鐘的主程序中嵌入相關功能的子程序,如設點時間20:00自控出動單片機,使其發(fā)出一個數(shù)字脈沖,接通繼電器1電路,使主電路接通,從而使門鎖的第二道插銷會彈出,使辦公的門實現(xiàn)保護,當插銷彈出并達到指定位置之后,就會觸碰到限位開關,動作完成后會觸動子程序的結束程序并返回主程序,辦公
93、室的門便實現(xiàn)了保護自動化和可智能化。</p><p> 未來的辦公室及課題的繼續(xù)研究方向</p><p> 關于“未來的辦公室”,人們已經(jīng)敘述過許多許多。它被描述得好像必須等待管理人員去實現(xiàn)奇跡一樣。事實上,關于這些所謂“未來的辦公室”的技術現(xiàn)在就可以采用。只是現(xiàn)在,辦公室自動化的整個領域正處在實現(xiàn)的初期階段。</p><p> 基于單片機的數(shù)字時鐘系統(tǒng),可以
94、在主程序內(nèi)寫入辦公室智能控制所要實現(xiàn)的功能的程序,在主程序和子程序的的交替作用下,有條不紊的實現(xiàn)各種智能控制功能,當然,各項功能的實現(xiàn)還是要輔助相應的電路的,通過數(shù)字脈沖控制,并形成反饋,達到可監(jiān)控的目的,確保各條支路功能的安全實現(xiàn)。</p><p> 圖6.2于單片機的辦公室自能控制邏輯方框圖</p><p> 其中辦公室智能化、自動化包括如自動關門,自動開空調(diào),自動提示午飯時間,下
95、班時間,自動加熱飲用水,辦公室自動亮燈,辦公室自動斷電等等相應的功能,實現(xiàn)這些功能,可以采用多種系統(tǒng)完成,想PLC、單片機系統(tǒng)都可以實現(xiàn),單片機系統(tǒng),在編程控制上可以開發(fā)很多功能,配合相應的電路,就可以實現(xiàn)多種辦公室自動化功能。</p><p> 正如任何其它的采用單片機設計的的系統(tǒng)一樣,應由最終將使用該系統(tǒng)的人或部門來管理辦公室自動化。在同一公司里,適合于其它采用計算機的系統(tǒng)的政策也應該適合于處理系統(tǒng)。在正常
96、情況下,要求實現(xiàn)一個單片機控制處理系統(tǒng)的用戶管理人員將通過適當?shù)那捞峤环照埱?。這樣就能在全公司保證系統(tǒng)的一致性。當單片機控制處理以及辦公室自動化普遍存在時,每個工作站都將并入公司的計算機網(wǎng)絡。作為綜合網(wǎng)絡的一部分,單片機處理系統(tǒng)能夠充分利用公司數(shù)據(jù)庫和主機的能力,構成公司自動化控制的網(wǎng)絡體系,提高工作效率。</p><p><b> 結論</b></p><p>
97、; 經(jīng)過十幾周的努力,順利完成了基于AT89C51單片機控制的電子時鐘日歷LED顯示系統(tǒng)的設計,所完成的工作主要包括以下幾個方面:</p><p><b> ?。?)準備階段的工</b></p><p> 準備階段的工作主要包括:查閱國內(nèi)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
98、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><b> ?。?)系統(tǒng)硬件設計</b></p><p> 本次的設計基于AT89C51單片機的LED顯示系統(tǒng)主要由AT89C51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
99、口電路。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74573進行顯示譯碼,在行掃描驅動電路中用反相驅動器7404對電路實現(xiàn)信號輪流選通的功能。</p><p><b> (3)系統(tǒng)軟件設計</b></p><p> 根據(jù)LED顯示管控制器的功能和系統(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
100、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(時、分、秒)。</p><p> 此次的設計,加強了我對所學理論知識的理解和吸收,逐步掌握程序設計、調(diào)試的方法和步驟,以及系統(tǒng)電路的連接和安裝;掌握編程軟件的使用;學會分析實驗現(xiàn)象,編寫設計論文,鍛煉綜合運用理論知識解決問題的能力;培養(yǎng)嚴肅認真、實事求是
101、的科學作風,為今后的進一步學習和工作打下良好的基礎,還需多鍛煉,多上機演練,多看別人的應用例子,在學中干,在干中學!</p><p><b> 致謝</b></p><p> 畢業(yè)設計的完成,意味著我大學的學習生涯結束了。作為一名在校的學生,在設計的思想、經(jīng)驗等等方面難免有所欠缺和不足之處,但是,經(jīng)過鄧素萍老師和同學們的幫助,我還是順利的完成了畢業(yè)設計。在此,我要
102、感謝鄧老師和學校的領導們給了我這樣一個把大學里所學與實際應用相結合的鍛煉機會,讓我在完成畢業(yè)設計的過程中學到了很多很多。也要感謝同學們在此期間對我的幫助。</p><p> 鄧老師以其嚴謹求實的治學態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求、精益求精的工作作風和大膽創(chuàng)新的進取精神深深地感染和激勵著我。她淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。</p><p> 在以后的日子里
103、還會利用現(xiàn)在已經(jīng)學到的內(nèi)容更加深入的學習機電一體化的相關知識,更會用好現(xiàn)在的所學。在以后的工作中發(fā)揮自己才能,并在實踐生活中不斷提高。同學也幫助了我,我們一起進行論文的設計,相互交流,相互補充,不斷充實自己的論文。</p><p> 學校也給了我們很大的幫助,實驗室的開放,使我們很方便地進行論文的設計,并且還有老師在那里,我們有不懂的地方,可以隨時發(fā)問,并得到及時解決。</p><p>
104、 大家的幫助,使我對已學的知識加深了解和鞏固,對所學理論知識的理解和吸收,逐步掌握程序設計、調(diào)試的方法和步驟,以及系統(tǒng)電路的連接和安裝;掌握編程軟件的使用;學會分析實驗現(xiàn)象,編寫設計論文,鍛煉綜合運用理論知識解決問題的能力。我感謝他們!</p><p><b> 參考文獻</b></p><p> [1] 陳莉周 陳宇,單片機原理及其應用[M].北京:機械工業(yè)出
105、版社,2006年</p><p> [2] 蘇衛(wèi)斌,8051系列單片機應用手冊[M].北京:科學出版社,1997年</p><p> [3] 徐仁貴,微型計算機接口技術及應用[M].北京:機械工業(yè)出版社,1996年</p><p> [4] 陳光東,單片機微型計算機原理與接口技術(第二版) [M].武漢:華中理工大學出版社,1999年</p>&
106、lt;p> [5] 徐淑華 程退安 姚萬生,單片機微型機原理及應用[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社,1999年</p><p> [6] 粟世明 劉湘濤,單片機原理與應用[M].電子工業(yè)出版社.2006年</p><p> [7] 李華,MCU-51系列單片機實用接口技術[M].北京:北京:航空航天大學出版社,1993年</p><p> [8]
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