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文檔簡介
1、<p> 基于MSP430的溫濕度測量儀設(shè)計</p><p> 集美大學(xué)信息工程學(xué)院</p><p> 電子信息工程專業(yè)2006屆 楊燕宇 學(xué)號:2002820036</p><p> 【摘要】本設(shè)計以MSP43F437單片機為核心,采用集成化的數(shù)字溫度濕度傳感器,實現(xiàn)了對溫度濕度的測量、顯示、存儲、傳輸、打印。來
2、自溫濕度傳感器信號IIC總線進入MSP430F437,在MSP430F437中,溫度濕度數(shù)據(jù)一方面送LCD顯示;另一方面將溫度濕度數(shù)據(jù)存儲在AT25256中,存儲下來的溫度濕度數(shù)據(jù)可以經(jīng)RS232總線傳輸?shù)絇C中,在PC應(yīng)用程序中,可以對溫度濕度數(shù)據(jù)進行曲線顯示,并可以打印報表。同時還可以通過按鍵對溫度濕度測量的時間間隔、是否存儲、起始時間等參數(shù)進行設(shè)置。此外,還采用VB編寫了PC端應(yīng)用程序。整個系統(tǒng)可以外接9V DC電源供電,可以采用
3、9V鋰電池供電,由于MSP430單片機的超低功耗特性,以及程序設(shè)計中采用低功耗設(shè)計方式,使得整個系統(tǒng)非常省電,特別適合于手持式儀表。</p><p> 【關(guān)鍵詞】溫度測量 濕度測量 MSP430</p><p> The Design of Temperature and Humidity Meter Based on MSP430</p><p> I
4、nformation Technology College of Jimei University</p><p> Major of Electronic Engineering ,2006 YANYU YANG ,NO:2002820036</p><p> [Abstract] In this design, I use the MSP43F437 for core and t
5、ake an integration numerical temperature sensor to carry out the measuring of the temperature degree and the humidity, and to show, to save, to transmit, to print the result of the measuring. The signal coming from the s
6、ensor is transmitted to the MSP430F437 through the IIC BUS. The data that we have gathered will be show in the LCD and will be deposited in the AT25256. The data we have deposited can be transmitted to the pc through th&
7、lt;/p><p> [Key Words] Temperature Measure Humidity Measure MSP430</p><p><b> 目 錄</b></p><p><b> 摘 要i</b></p><p> Abstractii</p>
8、<p><b> 目 錄iii</b></p><p><b> 引 言2</b></p><p> 第一章 溫濕度測量儀設(shè)計方案2</p><p> 1.1 系統(tǒng)基本要求2</p><p> 1.2系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)2</p><p> 1.
9、3各個模塊的功能2</p><p> 第二章 溫濕度測量儀的硬件設(shè)計3</p><p> 2.1 MSP430F437介紹3</p><p> 2.2溫濕度測量電路4</p><p> 2.2.1溫濕度傳感器介紹4</p><p> 2.2.2溫度濕度測量電路6</p><p&
10、gt; 2.3溫度濕度數(shù)據(jù)存儲電路6</p><p> 2.3.1 AT25256介紹6</p><p> 2.3.2 SPI協(xié)議介紹7</p><p> 2.3.3溫度濕度數(shù)據(jù)存儲電路7</p><p> 2.4 RS232通信電路8</p><p> 2.4.1 RS232協(xié)議介紹8<
11、/p><p> 2.4.2 RS232通信電路9</p><p> 2.5段式LCD顯示電路9</p><p> 2.5.1段式LCD顯示原理9</p><p> 2.5.2段式LCD顯示電路11</p><p> 2.6按鍵電路12</p><p> 2.7電源電路13&l
12、t;/p><p> 2.8 JTAG接口電路14</p><p> 第三章 溫度濕度測量儀的軟件設(shè)計15</p><p> 3.1系統(tǒng)設(shè)計的總體流程圖15</p><p> 3.2系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置程序設(shè)計16</p><p> 3.3傳感器溫度濕度數(shù)據(jù)讀取程序17</p><p>
13、 3.4溫濕度數(shù)據(jù)存儲程序設(shè)計18</p><p> 3.5 RS232通信程序設(shè)計19</p><p> 3.6段式LCD顯示程序設(shè)計20</p><p> 3.7按鍵程序20</p><p> 第四章 PC應(yīng)用程序設(shè)計21</p><p> 4.1 Visual Basic介紹21</p
14、><p> 4.2 VB串口通信控件MSComm介紹22</p><p> 4.3 PC應(yīng)用程序設(shè)計23</p><p> 第五章 溫度濕度測量儀的系統(tǒng)調(diào)試25</p><p><b> 結(jié) 語26</b></p><p><b> 致 謝27</b&g
15、t;</p><p><b> 參考文獻28</b></p><p><b> 引 言</b></p><p> 溫濕度測量是現(xiàn)代測量新發(fā)展出來的一個領(lǐng)域,尤其濕度的測量更是不斷前進。經(jīng)歷了長度法、干濕法直至今天的電測量的歷程,使?jié)穸葴y量技術(shù)日漸成熟。時至今日,由于我們不再滿足于溫濕度的測量,尤其是一些場所的
16、監(jiān)控直接要求實時測量并記錄其全過程溫濕度變化,并依據(jù)這些變化認(rèn)定儲運過程的安全性,導(dǎo)致了新的溫濕度測量儀的誕生。溫濕度測量儀是將溫濕度參數(shù)進行測量并按照預(yù)定的時間間隔將其儲存在內(nèi)部存儲器中,在完成記錄功能后將其聯(lián)接到PC機,利用適配軟件將存儲的數(shù)據(jù)提出并按其數(shù)值、時間進行分析的儀器。利用該儀器可確定儲運過程、實驗過程等相關(guān)過程沒有任何危及產(chǎn)品安全的事件發(fā)生。目前,溫濕度測量儀在食品儲運、博物館文物、檔案管理、建材實驗、農(nóng)業(yè)及畜牧業(yè)的應(yīng)用
17、、氣候記錄、重要醫(yī)衛(wèi)場所、管路維護等方面都重要的應(yīng)用。</p><p> 第一章 溫濕度測量儀設(shè)計方案</p><p> 1.1 系統(tǒng)基本要求</p><p> 采用MSP430超低功耗單片機作用系統(tǒng)設(shè)計的核心;</p><p> 采用段式LCD顯示溫度和濕度;</p><p> 采用集成的數(shù)字式溫度濕度傳感
18、器;</p><p><b> 具有參數(shù)設(shè)計功能;</b></p><p><b> 具有數(shù)據(jù)存儲功能;</b></p><p><b> 具有通信功能。</b></p><p><b> 1.2系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)</b></p><
19、p> 圖1-1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖</p><p> 1.3各個模塊的功能</p><p> MSP430F437單片機</p><p> 本系統(tǒng)的核心器件,主要功能是溫度濕度數(shù)據(jù)采集、處理、存儲、傳輸、LCD顯示等。</p><p><b> 溫度濕度傳感器電路</b></p><p&g
20、t; 采用集成的數(shù)字式溫度濕度傳感器,通過IIC總線與MSP430F437通信。</p><p><b> LCD顯示電路</b></p><p> 采用段式LCD,顯示采集到的溫度、濕度、時間等數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的工作狀態(tài)信息。</p><p><b> 數(shù)據(jù)存儲電路</b></p><p>
21、采用4片AT25256,存儲采集到的溫度濕度數(shù)據(jù),并存儲時間及參數(shù)設(shè)置信息。</p><p><b> RS232通信電路</b></p><p> 與PC通信,可從PC上設(shè)置系統(tǒng)參數(shù),并可以讀取、擦除AT25256中的數(shù)據(jù)。</p><p><b> 按鍵電路</b></p><p> 完
22、成系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置功能。</p><p><b> JTAG電路</b></p><p> 現(xiàn)實程序的在線調(diào)試及下載編程功能。</p><p><b> 電源電路</b></p><p> 采用9V鋰電池供電,通信電路轉(zhuǎn)換電路,提供系統(tǒng)工作所需的3.3V電源。</p><p&
23、gt; 第二章 溫濕度測量儀的硬件設(shè)計</p><p> 2.1 MSP430F437介紹</p><p> MSP430系列單片機是美國德州儀器(TI)1996年開始推向市場的一種16位超低信號功耗的混合處理器。稱之為混合信號處理器,主要是由于其針對實際應(yīng)用要求,把許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個芯片上,以提供“單片”解決方案。</p><p>
24、 MSP430單片機主要特點如下:</p><p> 超低功耗。MSP430系列單片機的電源電壓采用1.8~3.6V低電壓,RAM數(shù)據(jù)保持方式下耗電僅僅0.1uA,活動模式耗電250uA/MIPS,IO輸入端口的漏電流最大僅僅50nA。</p><p> 強大的處理能力。MSP430系列單片機是16位單片機,采用了目前最流行的精簡指令集(RISC)結(jié)構(gòu),一個時鐘周期可以執(zhí)行一條指令(傳
25、統(tǒng)的MCS51單片機要12個時鐘周期才可以執(zhí)行一條指令),使MSP430在8MHz晶振工作時,指令速度可達8MIPS。</p><p> 高性能模擬技術(shù)及豐富的片上外圍模塊。MSP430系列單片有機結(jié)合TI的高性能模擬技術(shù),各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。視型號的不同可能組合有以下功能模塊:看門狗(WDT),模擬比較器A,定時器A(Timer_A),定時B(其Timer_B),串口0,1(USART0、1),硬
26、件乘法器,液晶驅(qū)動器,10位/12/14位ADC,12位DAC,IIC總線,直接數(shù)據(jù)存?。―MA),端口1~6(P1~P6),基本定時器(Basic Timer)等。</p><p> 系統(tǒng)工作穩(wěn)定。上電復(fù)位后,首先由DC0_CLK啟動CPU,以保證程序從正確的位置開始執(zhí)行,保證晶體振器有足夠的起振及穩(wěn)定時間。然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊泶_定最后的系統(tǒng)時鐘頻率。如果晶體振蕩器在用作CPU時鐘MCLK時發(fā)
27、生故障,DCO會自動啟動,以保證系統(tǒng)正常工作。這種結(jié)構(gòu)和運行機制,在目前各系列單片機中是絕無僅有的。另外,MSP430系列單片機均為工業(yè)級器件,運行環(huán)境溫度為-40~+85℃,運行穩(wěn)定、可靠性高,所設(shè)計的產(chǎn)品適用于各種民用和工業(yè)環(huán)境。</p><p> 方便高效的開發(fā)環(huán)境。目前MSP430系列有OTP型、FLASH型和ROM型3種類型,國內(nèi)大量使用的是FLASH型。這些器件的開發(fā)手段不同,對于OTP型和ROM型
28、的器件是使用專用仿真器開發(fā)成功之后再燒寫或掩摸的芯片。對于FLASH型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境,因為器件片內(nèi)有JTAG調(diào)試接口,還有可電擦寫的FLASH存儲器,因此采用先通過JTAG接口下載程序到FLASH內(nèi),再由JTAG接口控制程序運行,讀取片內(nèi)CPU狀態(tài),以及存儲器內(nèi)容等信息供設(shè)計者調(diào)試,整個開發(fā)(編譯、調(diào)試)都可以在同一個軟件集成環(huán)境中進行。這種方式只需要一臺PC機和一個JTAG調(diào)試器,而不需要專用仿真器和編程器。</p&
29、gt;<p> 2.2溫濕度測量電路</p><p> 2.2.1溫濕度傳感器介紹</p><p> 溫度濕度采用瑞士Sensirion的SHT7x集成的數(shù)字式傳感器,采用IIC總線與MSP430F437通信,電路簡單,SHT7x命令字很,使得通信程序設(shè)計很方便。這種傳感器采用獨特的CMOSens TM技術(shù),具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換的特點。&l
30、t;/p><p> SHT7x溫濕度傳感器的主要特性如下:</p><p> 將溫濕度傳感器、信號放大調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、IIC總線接口全部集成于一片(COMSens TM技術(shù));</p><p> 可給出全校準(zhǔn)相對濕度及溫度值輸出;</p><p> 帶有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的IIC總線數(shù)字輸出接口;</p><p> 具有
31、露點值計算輸出功能;</p><p> 具有卓越的長期穩(wěn)定性;</p><p> 濕度值輸出分辨率為14位,溫度值輸出分辨率為12位,并且可編程;</p><p> 小體積(7.65×5.08×23.5mm),可表面貼裝;</p><p> 具有可靠的CRC數(shù)據(jù)傳輸校驗功能;</p><p>
32、; 片內(nèi)裝載的校準(zhǔn)系數(shù)可保證100%互換性;</p><p> 電源電壓范圍為2.4~5.5V;</p><p> 電流消耗,測量時為550μA,平均為28μA,休眠時為3μA。</p><p> SHT7x溫濕度傳感器采用SMD(LCC)表面貼片封裝形式,其引腳說明如下:</p><p><b> GND:接地端;<
33、;/b></p><p> DATA:雙向串行數(shù)據(jù)線;</p><p> SCK:串行時鐘輸入;</p><p> VDD電源端:0.4~5.5V電源端;</p><p> ?。?~8)NC:空管腳。</p><p> SHT7x的測量原理如下:</p><p> SHT7x的濕
34、度檢測運用電容式結(jié)構(gòu),并采用具有不同保護的“微型結(jié)構(gòu)”檢測電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層來組成傳感器芯片的電容,除保持電容式濕敏器件的原有特性外,還可抵御來自外界的影響。由于它將溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合在一起而構(gòu)成了一個單一的個體,因而測量精度較高且可精確得出露點,同時不會產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化引起的誤差。COMSens TM技術(shù)不僅將溫濕度傳感器結(jié)合在一起,而且還將信號放大器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲器、標(biāo)準(zhǔn)IIC總線
35、等電路全部集成在一個芯片內(nèi)。SHT7x的每一個傳感器都是在極為精確的濕度室中校準(zhǔn)的。SHT7x傳感器的校準(zhǔn)系數(shù)預(yù)先存在OTP內(nèi)存中。經(jīng)校準(zhǔn)的相對濕度和溫度傳感器與一個14位的A/D轉(zhuǎn)換器相連,可將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字溫濕度值送給二線IIC總線器件,從而將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為符合IIC總線協(xié)議的串行數(shù)字信號。</p><p> 由于將傳感器與電路部分結(jié)合在一起,因此,該傳感器具有比其它類型的濕度傳感器優(yōu)越得多的性能。首先是傳感
36、器信號強度的增加增強了傳感器的抗干擾性能,保證了傳感器的長期穩(wěn)定性,而A/D轉(zhuǎn)換的同時完成,則降低了傳感器對干擾噪聲的敏感程度。其次在傳感器芯片內(nèi)裝載的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保證了每一只濕度傳感器都具有相同的功能,即具有100%的互換性。最后,傳感器可直接通過IIC總線與任何類型的微處理器、微控制器系統(tǒng)連接,從而減少了接口電路的硬件成本,簡化了接口方式。</p><p> SHT7x的時序使用說明如下:</p>
37、<p> 傳輸開始。初始化傳輸時,應(yīng)首先發(fā)出“傳輸開始”命令,該命令可在SCK為高時使DATA由高電平變?yōu)榈碗娖?,并在下一個SCK為高時將DATA升高。接下來的命令順序包含三個地址位(目前只支持“000”)和5個命令位,當(dāng)DATA腳的ack位處于低電位時,表示SHT7x正確收到命令。</p><p> 連接復(fù)位順序。如果與STH7x傳感器的通訊中斷,下列信號順序會使串口復(fù)位:即當(dāng)DTAA線處于高電
38、平時,觸發(fā)SCK 9次以上,此后應(yīng)接著發(fā)一個“傳輸開始”命令。</p><p> 溫濕度測量時序。當(dāng)發(fā)出了溫(濕)度測量命令后,控制器就要等到測量完成。使用8/12/14位的分辨率測量分別需要大約11/55/210ms的時間。為表明測量完成,SHT7x會使數(shù)據(jù)線為低,此時控制器必須重新啟動SCK,然后傳送兩字節(jié)的測量數(shù)據(jù)與1字節(jié)CRC校驗和??刂破鞅仨毻ㄟ^使DATA為低來確認(rèn)每一個字節(jié),所有的量均從右算,MSB
39、列于第一位。通訊在確認(rèn)CRC數(shù)據(jù)位后停止。如果沒有用CRC-8校驗和,則控制器就會在測量數(shù)據(jù)LSB后保持ack為高來停止通訊,SHT7x在測量和通訊完成后會自動返回睡眠模式。</p><p> SHT7x傳感器中的一些高級功能是通過狀態(tài)寄存器來實現(xiàn)的,寄存器各位的類型及說明見表1所列。下面對寄存器的相關(guān)位的功能說明:</p><p> 加熱。使芯片中的加熱開關(guān)接通后,傳感器溫度大約增加
40、5C,從而使功耗增加至8mA@5V。加熱用途如下:通過對啟動加熱器前后的溫、濕度進行比較,可以正確地區(qū)別傳感器的功能;在相對濕度較高的環(huán)境下,傳感器可通過加熱來避免冷凝。</p><p> 低電壓檢測。SHT7x工作時可以自行檢測VDD電壓是否低于2.45V,準(zhǔn)確度為±0.1V。</p><p> 下載校準(zhǔn)系數(shù)。為了節(jié)省能量并提高速度,OTP在每次測量前都要重新下載校準(zhǔn)系數(shù),
41、從而使每一次測量節(jié)省8.2mS的時間。</p><p> 測量分辨率設(shè)定。將測量分辨率從14位(溫度)和12位(濕度)分別減到12位和8位可應(yīng)用于高速或低功耗場合。</p><p> 表1 SHT7x命令字表</p><p> 2.2.2溫度濕度測量電路</p><p> 在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中,有為數(shù)眾多的IC需要進行相互之間以及與外界的
42、通信。為了提高硬件效率和簡化電路設(shè)計而廣泛使用Inter-IC(IIC)。IIC總線是一種用于內(nèi)部IC控制的具有多端控制能力的雙線雙向串行數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)。能夠用于替代標(biāo)準(zhǔn)的并行總線,連接各種集成電路和功能模塊。IIC器件的應(yīng)用能夠減少電路間連線,減小電路板尺寸,降低硬件成本,并提高了系統(tǒng)可靠性 </p><p> MSP430可以同時連接多個IIC設(shè)備,其連接關(guān)系如圖2-1所示。</p><p
43、> 圖2-1 MSP430與多個IIC總線設(shè)備通信</p><p> 在本系統(tǒng)中,MSP430與溫度濕度傳感器SHT7x的連接關(guān)系如圖2-2所示,電路結(jié)構(gòu)非常簡單。</p><p> 圖2-2 MSP430與SHT7x通信連接圖</p><p> 2.3溫度濕度數(shù)據(jù)存儲電路</p><p> 2.3.1 AT25256介紹&l
44、t;/p><p> 溫度濕度數(shù)據(jù)存儲芯片采用ATMEL公司的SPI接口的低電壓串行EEPROM AT25256。AT25256主要適用于低功耗場合,內(nèi)部按照32K×8位組織,可以工作在3.3V電壓下,最大串行時鐘頻率為2.1MHz。支持64字節(jié)的頁寫方式以及字節(jié)寫方式。另外,AT25256還可以通過設(shè)置寫保護引腳/WP的電平來設(shè)置芯片的只讀或可寫狀態(tài)。</p><p> 2.3.
45、2 SPI協(xié)議介紹</p><p> 串行外圍設(shè)備接口SPI(Serial Peripheral Interface)總線技術(shù)是一種同步串行接口,其硬件功能很強,因此,與SPI有關(guān)的軟件相當(dāng)簡單,使CPU有更多的時間處理其他事務(wù)。SPI總線上可以連接多個可作為主機的MCU(微控制器)、裝有SPI接口的輸出設(shè)備、輸出設(shè)備,如液晶驅(qū)動、A/D轉(zhuǎn)換等外設(shè),也可以簡單連接到單個TTL移位寄存器芯片。總線上允許連接多個設(shè)
46、備,但在任一瞬間只允許一個設(shè)備作為主機。</p><p> 其中SPI總線的時鐘線由主機控制,另外還有數(shù)據(jù)線:主機輸入/從機輸出線和主機輸出/從機輸入線。主機和哪臺從機通信通過各從機的選通線進行選擇。</p><p> 應(yīng)用SPI的系統(tǒng)可以簡單,也可以復(fù)雜,主要有多種形式:(1)一臺主機MCU和若干從機MCU;(2)多臺MCU互相連接成一個多主機系統(tǒng);(3)一臺主機MCU和若干從機外圍
47、設(shè)備。MSP40與SPI設(shè)備的連接關(guān)系如圖2-3所示。</p><p> 圖2-3 MSP40與SPI設(shè)備的連接圖</p><p> 2.3.3溫度濕度數(shù)據(jù)存儲電路</p><p> 本系統(tǒng)的采用了2塊SPI接口的AT25256芯片,其電路原理圖如圖2-4所示:</p><p> 圖2-4 溫濕度數(shù)據(jù)存儲電路</p>&
48、lt;p> 2.4 RS232通信電路</p><p> 2.4.1 RS232協(xié)議介紹</p><p> 對于RS-232C接口,需要說明兩點是: 首先,RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)最初是遠程通信連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(Data Terminal Equipment)與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE(Data Communication Equipment)而制定的。其次,RS-232C標(biāo)準(zhǔn)中所
49、提到的“發(fā)送”和“接收”,都是站在DTE立場上,而不是站在DCE的立場來定義的。</p><p> RS-232C標(biāo)準(zhǔn)(協(xié)議)的全稱是EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn),其中EIA(Electronic Industry Association)代表美國電子工業(yè)協(xié)會,RS(Recommeded standard)代表推薦標(biāo)準(zhǔn),232是標(biāo)識號,C代表RS232的最新一次修改(1969),在這之前,有RS232B、RS23
50、2A。。它規(guī)定連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過程。</p><p> RS-232C對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都的規(guī)定如下:</p><p> 在TxD和RxD上:</p><p> 邏輯1(MARK)=-3V~-15V</p><p> 邏輯0(SPACE)=+3~+15V</p><p>
51、; 在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上:</p><p> 信號有效(接通,ON狀態(tài),正電壓)=+3V~+15V</p><p> 信號無效(斷開,OFF狀態(tài),負(fù)電壓)=-3V~-15V</p><p> 以上規(guī)定說明了RS-323C標(biāo)準(zhǔn)對邏輯電平的定義。對于數(shù)據(jù)(信息碼):邏輯“1”(傳號)的電平低于-3V,邏輯“0”(空號)的電平告語+3
52、V;對于控制信號;接通狀態(tài)(ON)即信號有效的電平高于+3V,斷開狀態(tài)(OFF)即信號無效的電平低于-3V,也就是當(dāng)傳輸電平的絕對值大于3V時,電路可以有效地檢查出來,介于-3~+3V之間的電壓無意義,低于-15V或高于+15V的電壓也認(rèn)為無意義,因此,實際工作時,應(yīng)保證電平在±(3~15)V之間。</p><p> RS-232C與TTL轉(zhuǎn)換:EIA-RS-232C是用正負(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài),與TT
53、L以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此,為了能夠同計算機接口或終端的TTL器件連接,必須在EIA-RS-232C與TTL電路之間進行電平和邏輯關(guān)系的變換。實現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件,也可用集成電路芯片。目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件,如MC1488、SN75150芯片可完成TTL電平到EIA電平的轉(zhuǎn)換,而MC1489、SN75154可實現(xiàn)EIA電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換。MAX232芯片可完成TTL←→EIA雙向電平轉(zhuǎn)換,<
54、/p><p> RS-232C規(guī)標(biāo)準(zhǔn)接口有25條線,4條數(shù)據(jù)線、11條控制線、3條定時線、7條備用和未定義線,常用的只有9根,它們是:(1)聯(lián)絡(luò)控制信號線:數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好(Data set ready-DSR)、數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好(Data set ready-DTR)、請求發(fā)送(Request to send-RTS)、允許發(fā)送(Clear to send-CTS)、接收線信號檢出(Received Line det
55、ection-RLSD、振鈴指示(Ringing-RI);(2)數(shù)據(jù)發(fā)送與接收線:發(fā)送數(shù)據(jù)(Transmitted data-TxD)、接收數(shù)據(jù)(Received data-RxD);(3)地線。</p><p> 2.4.2 RS232通信電路</p><p> RS232通信電路由兩部分組成,一部分在主板上,如圖2-5所示,另一部分電路在RS232的通信電纜上,通信電纜上的電路主要
56、完成TTL電平與RS232電平的相互轉(zhuǎn)換。這兩部分采用立體聲的音頻接口連接。立體聲的音頻接口比較小,制作在便攜式儀表上比采用DB9的RS232接頭更美觀,同時插拔更方便。</p><p> 圖2-5 RS232通信電路</p><p> 2.5段式LCD顯示電路</p><p> 2.5.1段式LCD顯示原理</p><p> 液晶顯
57、示器的原理是利用液晶的物理特生,通電時導(dǎo)通,排列變得有秩序,使光線容易通過;不通電時排列混亂,阻止光線通過。光線通過和不通過的組合就可以在屏幕上顯示出圖象來。通俗地說,液晶顯示器就是兩塊玻璃中間夾了一層(或多層)液晶材料,液晶材料在信號控制下改變自己的透光狀態(tài),于是就能在玻璃面板前看到圖像了。由于液晶是通過境光來顯示信息的,液晶本身不主動發(fā)光,所以液晶功耗很低,更加適合于單片機低功耗應(yīng)用系統(tǒng)。另外,液晶只能使用低頻交流電壓驅(qū)動,直流電壓
58、將損壞液晶。</p><p> 液晶有很多種類,常見的有段式液晶、字符式液晶、圖形式液晶等。其中段式液晶價格低廉,使用簡單,被廣泛地用于各種單片機應(yīng)用系統(tǒng)中,例如各種智能儀表的顯示。</p><p> 在MSP430系列單片機中,MSPX1XX系列沒有段式液晶驅(qū)動模塊,MSP430F4XX系列片內(nèi)具有段式液晶驅(qū)動模塊。具體型號的液晶驅(qū)動段能力不同,參見本書第1章選型部分。在液晶驅(qū)動電路
59、中,液晶等效為電容。兩個電極板分別為公共極與段極。公共極由COMn信號驅(qū)動,段極由SEGn信號驅(qū)動。</p><p> MSP430液晶驅(qū)動模塊主要特點如下:</p><p><b> 具有顯示緩存器</b></p><p> 所需的SEG、COM信號自動產(chǎn)生</p><p><b> 4種驅(qū)動方法&l
60、t;/b></p><p><b> 多種掃描頻率</b></p><p> 段輸出端口可以切換為通常輸出端口</p><p> 顯示緩存器可作為一般存儲器</p><p> 用ACLK經(jīng)Basic Timer產(chǎn)生頻率</p><p> MSP430液晶驅(qū)動模塊有4種驅(qū)動方法,分別
61、為靜態(tài)驅(qū)動、2MUX驅(qū)動、3MUX驅(qū)動、4MUX驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動方法,除了公共極需要一個引腳,驅(qū)動的每一段還各需要一個引腳。如果設(shè)計中涉及很多段數(shù),就需要占用眾多引腳。為了減少引腳個數(shù),可以根據(jù)需要選擇多路驅(qū)動方法:2MUX驅(qū)動、3MUX驅(qū)動、4MUX驅(qū)動方法。增加公共極個數(shù),可以極大地減少引腳數(shù)。需要驅(qū)動的段數(shù)越多,效果越明顯。</p><p> 本系統(tǒng)由于所需要顯示的段碼較多,故采用了4MUX的驅(qū)動方式,其顯
62、存與I/O腳的對應(yīng)關(guān)系如圖2-6所示。</p><p> 圖2-6 4MUX驅(qū)動時顯存與IO腳的對應(yīng)關(guān)系</p><p> 2.5.2段式LCD顯示電路</p><p> 段式LCD顯示電路接口電路如圖2-7所示。圖中,R15、R16、R17為10K等值電阻,以此分壓產(chǎn)生LCD顯示所需的交流電壓波形。</p><p> 圖2-7 段式
63、LCD顯示電路</p><p><b> 2.6按鍵電路</b></p><p> 按鍵是計算面系統(tǒng)中最常用的人機對話輸入部分。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中,為了控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及向系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù),一般均設(shè)有按鍵或鍵盤。鍵盤一般分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。編碼鍵盤本身除了按鍵之外,還包括產(chǎn)生鍵碼的硬件電路。只要按下某一個鍵,就能產(chǎn)生這個鍵的代碼(一般稱為編碼),這種鍵盤
64、使用比較方便,需要編者按寫的鍵盤輸入程序也比較簡單。非編碼鍵盤是由若干個按鍵組合的開關(guān)矩陣,按鍵的作用,只是簡單地實現(xiàn)接點的接通和斷開,非編碼鍵盤必有一套相應(yīng)的程序與之配合,才能產(chǎn)生出相應(yīng)的鍵碼。</p><p> 本系統(tǒng)采用了單鍵輸入式鍵盤。單鍵輸入式鍵盤是指直接用I/O端口線構(gòu)成的單個按鍵電路。每個單鍵輸入式按鍵單獨占用一根I/O線,每根I/O線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他I/O線的工作狀態(tài)。按鍵電路如圖2
65、-8所示,按鍵功能分配如表2-1所示。</p><p><b> 圖2-8 按鍵電路</b></p><p> 表2-1 按鍵功能分配表</p><p><b> 2.7電源電路</b></p><p> 電源電路采用是TI公司產(chǎn)品的電池管理芯片TPS71533,其主要特點如下:</p
66、><p> 最大輸入電壓24V;</p><p> 工作在50mA時的靜態(tài)電流僅為3.2;</p><p><b> 輸出電壓3.3V;</b></p><p> 輸出電流可達50mA;</p><p> 5PIN SOT小型封裝;</p><p> 穩(wěn)壓工作溫度范
67、圍-40~125。</p><p> 電源電路如圖2-9所示。系統(tǒng)可以由9V的鋰電池供電,也可以由外部的9V DC電源供電。圖中二極管起電源反接保護作用,9V電源輸入后,經(jīng)過TPS71533 DC-DC變換后,輸出3.3V的電壓,供系統(tǒng)工作所用。</p><p><b> 圖2-9 電源電路</b></p><p> 2.8 JTAG接口
68、電路</p><p> JTAG(Joint Test Action Group)聯(lián)合測試行動小組)是一種國際標(biāo)準(zhǔn)測試協(xié)議(IEEE 1149.1兼容),主要用于芯片內(nèi)部測試?,F(xiàn)在多數(shù)的高級器件都支持JTAG協(xié)議,如DSP、FPGA、MSP430器件等。標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口是4線:TMS、 TCK、TDI、TDO,分別為模式選擇、時鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。 </p><p> JTAG
69、最初是用來對芯片進行測試的,基本原理是在器件內(nèi)部定義一個TAP(Test Access Port�測試訪問口)通過專用的JTAG測試工具對進行內(nèi)部節(jié)點進行測試。JTAG測試允許多個器件通過JTAG接口串聯(lián)在一起,形成一個JTAG鏈,能實現(xiàn)對各個器件分別測試?,F(xiàn)在,JTAG接口還常用于實現(xiàn)ISP(In-System rogrammable�在線編程),對FLASH等器件進行編程。 </p><
70、;p> 本系統(tǒng)中的JTAG電路如圖2-10所示。</p><p> 圖2-10 JTAG電路</p><p> 第三章 溫度濕度測量儀的軟件設(shè)計</p><p> 3.1系統(tǒng)設(shè)計的總體流程圖</p><p> 軟件系統(tǒng)總體上采用中斷觸發(fā)與中斷處理的方式,其流程圖如圖3-1所示。</p><p> 圖3
71、-1 軟件系統(tǒng)總體流程圖</p><p> 圖3-2 中斷處理流程圖</p><p> 3.2系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置程序設(shè)計</p><p> 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置程序設(shè)計的過程其實就是對MSP430內(nèi)部Flash的讀寫過程。MSP430內(nèi)部的Flash模塊由以下幾部分組成:</p><p> 控制寄存器:控制FLASH存儲器的檫除與寫入 </p
72、><p> FLASH存儲器陣列:存儲體 </p><p> 地址數(shù)據(jù)鎖存器:檫除與編程時執(zhí)行鎖存操作 </p><p> 編程電壓發(fā)生器:產(chǎn)生編程電壓 </p><p> 時序發(fā)生器:產(chǎn)生檫除與編程所需所有時序控制信號 </p><p> 寫信息段A函數(shù)如下:</p><p> ///
73、/////////////////// write_SegA (void) /////////////////////////////////////////////////////////////</p><p> void write_SegA (void)</p><p><b> {</b></p><p> char *F
74、lash_ptr; // Flash pointer</p><p> unsigned int i; // test_busy;</p><p> Flash_ptr = (char *) 0x1000; // Initialize Flash pointer </p><p> F
75、CTL1 = FWKEY + ERASE; // Set Erase bit </p><p> FCTL3 = FWKEY; // Clear Lock bit</p><p> *Flash_ptr = 0; // Dummy write to erase Flash segment<
76、;/p><p> FCTL1 = FWKEY + WRT; // Set WRT bit for write operation</p><p> for (i=0; i<128; i++)</p><p><b> {</b></p><p> *Flash_ptr++ = CalTb
77、l[i]; // Write value to flash</p><p><b> }</b></p><p> FCTL1 = FWKEY; // Clear WRT bit</p><p> FCTL3 = FWKEY + LOCK; // set LOCK bit
78、</p><p><b> }</b></p><p> ///////////////// End write_SegA (void) /////////////////////////////////////////////////////////////</p><p> Flash擦除程序如下:</p>&
79、lt;p> //////////////// Flash_Clr(int *Data_ptr ) //////////////////////////////////////////////////////////////</p><p> void Flash_Clr(int *Data_ptr )</p><p><b> {</b></p
80、><p> FCTL3 = 0x0A500; // Lock = 0</p><p> FCTL1 = 0x0A502; // ERASE = 1 </p><p> *Data_ptr=0; // erase Flash segment</p><p> FCTL1 =
81、 0x0A500; // ERASE = 0</p><p> FCTL3 = 0x0A510; // Lock = 1 </p><p><b> }</b></p><p> /////////////// End Flash_Clr(int *Data_ptr ) /////////////
82、/////////////////////////////////////////////</p><p> 3.3傳感器溫度濕度數(shù)據(jù)讀取程序</p><p> 傳感器溫濕度數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計其實就寫對IIC總線的讀寫操作。其時序關(guān)系如圖3-3和圖3-4所示。起始位:SCL=1時,SDA上有下降沿;停止位:SCL=1時,SDA上有上升沿。</p><p> 圖3
83、-3 IIC數(shù)據(jù)傳輸時序圖</p><p> 圖3-4 IIC總線位傳輸時序圖</p><p> 傳感器溫度濕度數(shù)據(jù)讀取程序主要包括了以下一些函數(shù)子程序:</p><p> void SendCommand(char data);//發(fā)送命令</p><p> void TurnOnSensor(void);//啟動傳感器&
84、lt;/p><p> void TurnOffSensor(void);//停止傳感器</p><p> void MeasureSTemp(void);//測量溫度</p><p> void MeasureSHumi(void);//測量濕度</p><p> 3.4溫濕度數(shù)據(jù)存儲程序設(shè)計</p>&l
85、t;p> 傳感器溫濕度數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計其實就寫對SPI總線器件AT25256的讀寫操作SIP的時序關(guān)系如圖3-5所示。</p><p> 圖3-5 SPI控制時序圖</p><p> 存儲1個數(shù)據(jù)記錄的關(guān)鍵語句如下:</p><p> ////////////// void ReadOneRecord(void) /////////////////
86、/////////////////////////////////////</p><p> void ReadOneRecord(void)</p><p><b> {</b></p><p> Transmit('['); //[M]為存儲命令</p><p> Transmit(&
87、#39;M');</p><p> if (temp <= gRecordNum)// 判斷存儲空間是否夠用</p><p><b> {</b></p><p> laddr = (temp-1) * 4;// Calculate the record address</p><p> l
88、addr+=4096;</p><p> unTADC = SPI_RDInt(laddr);//調(diào)用SPI總線操作函數(shù)</p><p> unHADC = SPI_RDInt(laddr+2);</p><p> conversion_ok = IntToStr(gtx,&strlength,unTADC);</p><p&
89、gt; Transmit0Str(gtx,strlength);</p><p> conversion_ok = IntToStr(gtx,&strlength,unHADC);</p><p> Transmit0Str(gtx,strlength); </p><p><b> }</b></p>&l
90、t;p> Transmit(']');</p><p> Transmit(CR);</p><p><b> }</b></p><p> ///////////// End void ReadOneRecord(void) /////////////////////////////////////////
91、////////</p><p> 擦除所有記錄的函數(shù)的關(guān)鍵語句如下:</p><p> //////////// void EraseAllRecord(void) ///////////////////////////////////////////////////////////</p><p> void EraseAllRecord(void)&
92、lt;/p><p><b> {</b></p><p><b> char i;</b></p><p> Transmit('[');//[E]為擦除命令</p><p> Transmit('E');</p><p>
93、 bRecord=0; // Clear record status bit</p><p> for(i=2;i<4;i++)</p><p> Transmit(grx[i]);</p><p> Transmit(']');</p><p> gRecordNum=0;</p>
94、<p> SPI_LongWR(adrGroupNum,0);//調(diào)用SPI總線操作函數(shù)</p><p> SPI_LongWR_Int(adrRecordNum,0);</p><p> bMemFull=0;// Clear memory full flag</p><p><b> }</b><
95、;/p><p> /////////// End void EraseAllRecord(void) /////////////////////////////////////////////////////</p><p> 3.5 RS232通信程序設(shè)計</p><p><b> 發(fā)送函數(shù)</b></p><p&
96、gt; //////////// void Transmit(char dataByte) ////////////////////////////////////////</p><p> void Transmit(char dataByte)</p><p><b> {</b></p><p> while(!(UTXIFG
97、0 & IFG1));</p><p> TXBUF0 =dataByte; </p><p><b> }</b></p><p> ////////// End void Transmit(char dataByte) /////////////////////////////////////</p><
98、;p><b> 接收函數(shù)</b></p><p> ////////// char Receive(void) //////////////////////////////////////////</p><p> char Receive(void)</p><p><b> {</b></p&g
99、t;<p> unsigned long loop=0; </p><p> while(!(URXIFG0 & IFG1))</p><p><b> {</b></p><p><b> loop++;</b></p><p><b> NOP(2);&
100、lt;/b></p><p> if(loop>4000) return 0;// Time out</p><p><b> }</b></p><p> return (RXBUF0);</p><p><b> }</b></p><p> /
101、////////// End char Receive(void) ////////////////////////////////</p><p> 3.6段式LCD顯示程序設(shè)計</p><p> 圖3-6 LCD顯示子程序流程圖</p><p> 本系統(tǒng)測量的溫度和濕度數(shù)據(jù)都是采用3位數(shù)據(jù)顯示,其1位為小數(shù)。系統(tǒng)中的溫度濕度數(shù)據(jù)在運算時為浮點類型,因
102、此,轉(zhuǎn)換的第一步是截取有效的數(shù)字,去除多余的小數(shù)部分,接著轉(zhuǎn)換成3位的字符串,然后把十位、個位和小數(shù)位從表中查出所需要顯示的段碼,把段碼送入MSP430的內(nèi)部顯存即可,MSP430會根據(jù)顯存中的內(nèi)容自動輸出相應(yīng)的交流電壓波形。</p><p><b> 3.7按鍵程序</b></p><p> MSP430單片機指令系統(tǒng)具有的散轉(zhuǎn)指令和C430中的SWITCH語名
103、非常適合對鍵輸入信息的處理,這些指令可以看成是鍵信息輸入的軟件接口。</p><p> 按鍵或鍵盤通過接口與CPU相連,在相應(yīng)軟件的配合下,CPU可以采用中斷或者查詢方式了解有無按鍵信息輸入并檢查是哪個鍵按下,然后執(zhí)行該按鍵對應(yīng)的功能程序。最后再回到原始狀態(tài)。</p><p> 但要求信息快速可靠地輸入計算機,還有如下的一些實際問題需要解決。</p><p>&
104、lt;b> ?。?)去抖動問題</b></p><p> 目前常用的按鍵或者鍵盤均利用機械觸點的閉合與斷開來產(chǎn)生輸入電信號。由于機械觸點的彈性作用,在閉合或者斷開瞬間有一個抖動問題。抖動時間的長短取決于觸點的機械特性.一般為5~10ms.為保證CPU對一次鍵入只作一次處理,必須采取措施去除抖動影響.去抖動的方法很多,在單片機系統(tǒng)一般用軟件方法去除抖動.這種方法是在編程過程中當(dāng)判斷有鍵按下時,加
105、入一個10ms的延時子程序,然后再次確認(rèn)該按鍵是否被按下.如再次確認(rèn)的結(jié)果仍然處于被按下的狀態(tài).則再做該鍵按下的相應(yīng)處理.這樣就可以避開抖動時間段,消除抖動影響。</p><p> (2)對按鍵進行編號以便于識別</p><p> 為使CPU識別出鍵入值或鍵盤編碼,以便轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理程序。鍵的編碼一般由按鍵必須有不同的鍵入值或鍵盤編碼,以便轉(zhuǎn)如相應(yīng)的處理程序。鍵的編碼一般由按鍵的硬件連
106、接方式?jīng)Q定。</p><p> (3)按鍵信息的邏輯處理</p><p> 在實際應(yīng)用設(shè)計中,應(yīng)用系統(tǒng)除對按鍵能作識別處理外,還要考慮到對人在操作時易產(chǎn)生的其他問題的邏輯處理。如多個按鍵同時被按下一個鍵功能正在處理的時候另外按鍵被誤按下、按鍵時間長短的影響等,所有這些問題一般情況下都能通過軟件解決。</p><p> 綜合以上,按鍵程序的流程圖如圖3-7所示。
107、</p><p> 圖3-7 按鍵程序流程圖</p><p> 第四章 PC應(yīng)用程序設(shè)計</p><p> 4.1 Visual Basic介紹</p><p> Microsoft Visual Basic提供了在Microsoft Windows操作系統(tǒng)下開發(fā)功能強大的應(yīng)用程序的迅速、容易的途徑。利用Microsoft Visua
108、l Basic程序設(shè)計系統(tǒng)能夠創(chuàng)建充分利用圖形用戶界面的功能強大而實用的應(yīng)用程序。</p><p> Microsoft Visual Basic提供了適合于圖形用戶界面開發(fā)的各個方面的工具,從而使得程序的開發(fā)更具有潛力。以圖形方式繪制對象是為應(yīng)用程序創(chuàng)建圖形用戶界面的基本方法。通過這些對象屬性的設(shè)置,可以改變這些對象的外觀和行為,從而實現(xiàn)用戶所需要的圖形用戶界面。然后現(xiàn)為界面中出現(xiàn)的控件事件的響應(yīng)編制代碼,使
109、得這種界面用戶的行為能夠作出反應(yīng)。</p><p> 4.2 VB串口通信控件MSComm介紹</p><p> 在這系統(tǒng)的PC端應(yīng)用程序設(shè)計過程中,主要用到了VB串口通信控件MSComm。MSComm控件提供下列兩種處理通信的方式:事件驅(qū)動方式和查詢方式。</p><p> 事件驅(qū)件方式是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法。事件驅(qū)動方式的優(yōu)點是程序響應(yīng)
110、及時,可靠性高。每個MSComm控件對應(yīng)著一個串行端口。如果應(yīng)用程序需要訪問多個串行端口,必須使用多個MSComm控件。查詢方式實質(zhì)上還是事件驅(qū)動,但在有些情況下,這種方式顯得更為便捷。在程序的每個關(guān)鍵功能之后,可能通過檢查Comm Event屬性的值來查詢事件和錯誤。如果應(yīng)用程序較小,這種方法可能是更可取的。</p><p> MSComm控件有很多重要的屬性,其中的主要的屬性有如下幾個:</p>
111、<p> ?。?)CommPort屬性,設(shè)置并返回通信端口號,類型為Integer。設(shè)計時,CommPort屬性值可以設(shè)置成從1-16的任何數(shù)(缺省值為1)。</p><p> ?。?)Settings屬性,設(shè)置并返回波特率、奇偶校驗、數(shù)據(jù)位、停止位參數(shù)。屬性值由4個設(shè)置值組成,其格式為:“BBBB,P,D,S”,其中,BBBB為波特率,P為奇偶校驗,D為數(shù)據(jù)位數(shù),S為停止位數(shù)。</p>
112、<p> ?。?)PortOpen屬性,設(shè)置或返回串口狀態(tài),Boolean類型。</p><p> ?。?)Input屬性,從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù),類型為Variant。它從輸入緩沖區(qū)中刪除一組字符。刪除字符的個數(shù)由InputLen屬性決定,返回值的類型由InputMode屬性決定。</p><p> (5)InputMode屬性,讀取或設(shè)置從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)的格式,類型為
113、Integer;InputMode屬性值為comInputModeText(0)時表示以文體格式(ASCII)取回數(shù)據(jù),為comInputModeBinary(1)時表示二進制格式(BIN)取回數(shù)據(jù)。</p><p> ?。?)InBufferCount屬性,讀取接收緩沖區(qū)中的字節(jié)數(shù),類型為Integer。</p><p> ?。?)InBufferSize屬性,讀取或設(shè)置接收緩沖區(qū)的大小
114、,類型為Integer。</p><p> (8)Output屬性,向發(fā)送緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù),類型為Variant。</p><p> ?。?)OutBufferCount屬性,讀取發(fā)送緩沖區(qū)中的字節(jié)數(shù),類型為Integer。可以通過將該屬性設(shè)為0來清空緩沖區(qū)。</p><p> (10)OutBufferSize屬性,讀取或設(shè)置發(fā)送緩沖區(qū)的大小,類型為Intege
115、r。</p><p> ?。?1)RTHreshoLd屬性,設(shè)置在OnComm事件激活前接收緩沖器收到的字節(jié)數(shù)。當(dāng)接收到的字節(jié)數(shù)達到RTHreshoLd設(shè)置的字?jǐn)?shù)時,就會引起OnComm事件。</p><p> ?。?2)CommEvent屬性,讀取或設(shè)置串口事件,類型為Integer,常見的串口事件如表4-1如示。</p><p><b> 表4-1
116、串口事件</b></p><p> MSComm控件事件。將MSComm控件加入Visual Basic項目中后,雙擊該控件可生成控件:Private Sub MSComm Control_OnComm[IndexAsInteger]。當(dāng)CommEvent屬性發(fā)生變化時,表示發(fā)生了一個能信或錯誤事件。參數(shù)Index類型為Integer,它唯一地標(biāo)識控件組中的一個控件。如果控件不屬于控件組,則不提供該
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