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文檔簡介
1、成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文基于單片機(jī)的信號(hào)產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)作者姓名: 專業(yè)名稱:信息工程指導(dǎo)教師: 9259d9f63d9b61e9623d4d8bc9cefa80.pdf摘要本系統(tǒng)是基于at89s52單片機(jī)的數(shù)字式低頻信號(hào)發(fā)生器。采用at89s52 單片機(jī)作為控制核心,外圍采用數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路(dac0832)、穩(wěn)壓電路(mc1403)、運(yùn)放電路(lm324)、按鍵和led顯示燈電路等。通過按鍵控制可產(chǎn)生方波、鋸齒波、三角波、正弦波等,同時(shí)用led顯示燈指示對(duì)應(yīng)的波形。其設(shè)計(jì)簡單、性能優(yōu)良,可用于多種需要低頻信號(hào)源的場所,具有一定的實(shí)用性。關(guān)鍵詞:單片機(jī) 信號(hào)發(fā)生器 d/a轉(zhuǎn)換abst
2、ractthe system is a digital signal generator based on single chip computer. at89s52 is used as a control microcontroller core. the system is composed by digital/analog conversion(dac0832), regulator circuit(mc1403), imply circuit (lm324) ,button and led lights .it can generate the square, triangle a
3、nd sine wave, with led display. the system can be used for a signal source in the low-frequency signal source. it is very practical.keyword:the single chip computer, the signal generator, d/ a conversion- iv -目錄摘要iabstractii目錄iii1.緒論11.1信號(hào)發(fā)生器現(xiàn)狀11.2單片機(jī)簡介11.3單片機(jī)在低頻信號(hào)發(fā)生器中的應(yīng)用21.4 proteus仿真系統(tǒng)簡介32.系統(tǒng)設(shè)計(jì)52.
4、1系統(tǒng)方案的比較52.2控制芯片的選擇53.硬件電路的設(shè)計(jì)73.1基本原理:73.2單片機(jī)的介紹及資源分配:73.2.1 單片機(jī)的介紹73.2.2 資源分配133.3各部分電路原理133.4硬件設(shè)計(jì)原理圖184.軟件設(shè)計(jì)194.1主程序流程圖194.2子程序流程圖205.測試結(jié)論245.1軟件仿真結(jié)果245.1.1仿真波形245.1.2 波形分析265.2 硬件測試結(jié)果265.2.1 硬件測試波形265.2.2 產(chǎn)生各種波形輸出結(jié)果285.2.3 波形結(jié)果分析28總結(jié)29致謝30參考文獻(xiàn)31附錄1元件清單32附錄2程序清單331.緒論1.1信號(hào)發(fā)生器現(xiàn)狀波形發(fā)生器亦稱函數(shù)發(fā)生器,作為實(shí)驗(yàn)用信號(hào)
5、源,是現(xiàn)今各種電子電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用中必不可少的儀器設(shè)備之一。目前,市場上常見的波形發(fā)生器多為純硬件的搭接而成,且波形種類有限,多為鋸齒、正弦、方波、三角等波形。信號(hào)發(fā)生器作為一種常見的應(yīng)用電子儀器設(shè)備,傳統(tǒng)的可以完全由硬件電路搭接而成,如采用555振蕩電路發(fā)生正弦波、三角波和方波的電路便是可取的路徑之一,不用依靠單片機(jī)。但是這種電路存在波形質(zhì)量差,控制難,可調(diào)范圍小,電路復(fù)雜和體積大等缺點(diǎn)。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中,如工業(yè)過程控制,生物醫(yī)學(xué),地震模擬機(jī)械振動(dòng)等領(lǐng)域常常要用到低頻信號(hào)源。而由硬件電路構(gòu)成的低頻信號(hào)其性能難以令人滿意,而且由于低頻信號(hào)源所需的rc很大;大電阻,大電容在制作上有困難,參
6、數(shù)的精度亦難以保證;體積大,漏電,損耗顯著更是其致命的弱點(diǎn)。一旦工作需求功能有增加,則電路復(fù)雜程度會(huì)大大增加。1.2單片機(jī)簡介單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問世以來,以其極高的性能價(jià)格比,受到人們的重視和關(guān)注,應(yīng)用很廣,發(fā)展很快。單片機(jī)體積小,重量輕,抗干擾能力強(qiáng),環(huán)境要求不高,價(jià)格低廉,可靠性高,靈活性好,開發(fā)較為容易。由于具有上述優(yōu)點(diǎn),在我國,單片機(jī)已廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化控制,自動(dòng)檢測,智能儀器儀表,家用電器,電子電力,點(diǎn)擊一體化設(shè)備等各個(gè)方面。什么是單片機(jī)?單片機(jī)就是在一塊半導(dǎo)體硅片上集成了微處理器(cpu),存儲(chǔ)器(ram,rom,eprom)和各種輸入,輸出接口(定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,并行i/
7、o口,串行口,a/d轉(zhuǎn)換器以及脈寬調(diào)制器pwm等),這樣一塊集成電路芯片具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)的屬性,因而被稱為單片微型計(jì)算機(jī),簡稱單片機(jī)。單片機(jī)主要應(yīng)用于測控領(lǐng)域,用以實(shí)現(xiàn)各種測試和控制功能。為了強(qiáng)調(diào)其控制屬性,在國際上,多把單片機(jī)稱為微控制器mcu(microcontroller unit)。由于單片機(jī)在使用時(shí),通常是處于測控系統(tǒng)的核心地位并嵌入其中,所以,通常也把單片機(jī)稱為嵌入式控制器emcu(embedded microcontroller unit)。而在我國,大部分工程技術(shù)人員則比較習(xí)慣于使用“單片機(jī)”這一名稱。1.3單片機(jī)在低頻信號(hào)發(fā)生器中的應(yīng)用當(dāng)今是科學(xué)技術(shù)及儀器設(shè)備高度智能化飛速發(fā)展
8、的信息社會(huì),電子技術(shù)的進(jìn)步,給人們帶來了根本性的轉(zhuǎn)變?,F(xiàn)代電子領(lǐng)域中,單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷的走向深入,這必將導(dǎo)致傳統(tǒng)控制與檢測技術(shù)的日益革新。單片機(jī)構(gòu)成的儀器具有高可靠性、高性能價(jià)格比,在智能儀表系統(tǒng)和辦公自動(dòng)化等諸多領(lǐng)域得以極為廣泛的應(yīng)用,并走入家庭,從洗衣機(jī)、微波爐到音響汽車,處處可見其應(yīng)用。因此,單片機(jī)技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用水平已逐步成為一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。一塊單片機(jī)芯片就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。由于單片機(jī)的這種特殊的結(jié)構(gòu)形式,在某些應(yīng)用領(lǐng)域中,它承擔(dān)了大中型計(jì)算機(jī)和通用微型計(jì)算機(jī)無法完成的一些工作。使其具有很多顯著的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn),因此在各個(gè)領(lǐng)域中都得到了迅猛的發(fā)展。單片機(jī)的特點(diǎn)歸納起來有以下幾
9、個(gè)方面。(1)具有優(yōu)異的性能價(jià)格比單片機(jī)盡可能地把應(yīng)用所需的存儲(chǔ)器,各種功能的i/o 接口集成在一塊芯片內(nèi),因而其性能很高,而價(jià)格卻相對(duì)較低廉,即性能價(jià)格比很高。(2)集成度高、體積小、可靠性高單片機(jī)把各種功能部件集成在一塊芯片上,因而集成度高,均為大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路。又內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu),減少了芯片之間的連線,這大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。同時(shí),其體積小,對(duì)于強(qiáng)磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施,適合于在惡劣環(huán)境下工作。(3)控制功能強(qiáng)單片機(jī)體積雖小,但“五臟俱全”,它非常適用于專門的控制用途。為了滿足工業(yè)控制要求,一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中有極豐富的轉(zhuǎn)移指令,i/o口的邏輯操作指令以及位操
10、作指令。其邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。(4)低電壓、低功耗單片機(jī)大量用于攜帶式產(chǎn)品和家用消費(fèi)類產(chǎn)品,低電壓和低功耗尤為重要。目前,許多單片機(jī)已可在2.2v電壓下運(yùn)行,有的已能在1.2v或0.9v下工作,功耗降至a級(jí),一粒鈕扣電池就可長期使用。利用單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法來產(chǎn)生低頻信號(hào),其下限頻率很低。具有線路相對(duì)簡單,結(jié)構(gòu)緊湊,價(jià)格低廉,頻率穩(wěn)定度高,抗干擾能力強(qiáng),用途廣泛等優(yōu)點(diǎn),并且能夠?qū)Σㄐ芜M(jìn)行細(xì)微調(diào)整,改良波形,使其滿足系統(tǒng)的要求。只要對(duì)電路稍加修改,調(diào)整程序,即可完成功能升級(jí)。這里介紹一種采用at89s52單片機(jī)和一片dac0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器做成的數(shù)字式低頻信號(hào)發(fā)生器,它
11、的特點(diǎn)是價(jià)格低、性能高,在低頻范圍穩(wěn)定性好、操作方便、體積小、耗電少等。信號(hào)發(fā)生器與其它相比還具有如下優(yōu)點(diǎn):較分立元件信號(hào)發(fā)生器而言,具有頻率高,工作穩(wěn)定,容易調(diào)試等特性;較專用dds芯片的信號(hào)發(fā)生器而言,具有結(jié)構(gòu)簡單,成本低等特性。1.4 proteus仿真系統(tǒng)簡介proteus軟件是英國labcenterelectronics公司出版的eda工具軟件。它不僅具有其它eda工具軟件的仿真功能,還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步,但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。proteus軟件特點(diǎn)是具
12、有其它eda工具軟件(例:multisim)的功能。這些功能是:(1)原理布圖(2)pcb自動(dòng)或人工布線(3)spice電路仿真 用proteus實(shí)現(xiàn)軟件仿真1)支持多種主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真:支持當(dāng)前的主流單片機(jī),如51系列、avr系列、pic12系列、pic16系列、pic18系列、z80系列、hc11系列、68000系列等。2)提供軟件調(diào)試功能:3)提供豐富的外圍接口器件及其仿真ram,rom,鍵盤,馬達(dá),led,lcd,ad/da,部分spi器件,部分iic器件。4)提供豐富的虛擬儀器:利用虛擬儀器在仿真過程中可以測量外圍電路的特性。5)具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)方
13、案的比較方案一:采用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器icl8038集成模擬芯片,(如圖2-1)它是一種可以同時(shí)產(chǎn)生方波、三角波、正弦波的專用集成電路。但是這種模塊產(chǎn)生的波形都不是純凈的波形,會(huì)寄生一些高次諧波分量,采用其他的措施雖可濾除一些,但不能完全濾除掉。圖2-1方案一方框圖d/a鍵 盤單片機(jī)icl8038運(yùn)算電路顯 示d/a輸出方案二:采用分立元件實(shí)現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)的多諧振蕩器,然后根據(jù)需要加入積分電路等構(gòu)成正弦、矩形、三角等波形發(fā)生器。這種信號(hào)發(fā)生器輸出頻率范圍窄,而且電路參數(shù)設(shè)定較繁瑣,其頻率大小的測量往往需要通過硬件電路的切換來實(shí)現(xiàn),操作不方便。方案三:采用單片機(jī)和dac0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成波形,由于是軟
14、件濾波,所以不會(huì)有寄生的高次諧波分量,生成的波形比較純凈。它的特點(diǎn)是價(jià)格低、性能高,在低頻范圍內(nèi)穩(wěn)定性好、操作方便、體積小、耗電少。經(jīng)比較,方案三既可滿足畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本要求又能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì),電路簡單,易控制,性價(jià)比較高,所以采用該方案。2.2控制芯片的選擇方案一:at89s52單片機(jī)是一種高性能8位單片微型計(jì)算機(jī)。它把構(gòu)成計(jì)算機(jī)的中央處理器cpu、存儲(chǔ)器、寄存器、i/o接口制作在一塊集成電路芯片中,從而構(gòu)成較為完整的計(jì)算機(jī)。方案二:c8051f005單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片,具有與at80s52兼容的微控制器的內(nèi)核,與mcs-51指令集完全兼容。除了具有標(biāo)準(zhǔn)at80s52的數(shù)字外
15、設(shè)部件之外,片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設(shè)及功能部件。方案選擇:方案二中c8051f005芯片系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不易控制,芯片成本高,對(duì)于本系統(tǒng)而言利用率低,at89s52芯片比較常用,簡單易控制,成本低,性能穩(wěn)定故采用方案一。3.硬件電路的設(shè)計(jì)3.1基本原理:系統(tǒng)框圖如圖3-1所示。圖3-1 低頻信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)框圖低頻信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)主要由cpu、d/a轉(zhuǎn)換電路、基準(zhǔn)電壓電路、電流/電壓轉(zhuǎn)換電路、按鍵和波形指示電路、電源等電路組成。其工作原理為當(dāng)分別按下四個(gè)按鍵中的任一個(gè)按鍵就會(huì)分別出現(xiàn)方波、鋸齒波、三角波、正弦波,并且有四個(gè)發(fā)光二極管分別作為不同的波形指示燈。3
16、.2單片機(jī)的介紹及資源分配:3.2.1 單片機(jī)的介紹(1)最小單片機(jī)系統(tǒng)at89s52的引腳圖如圖3-2所示圖3-2 at89s52引腳圖管腳說明低頻信號(hào)發(fā)生器采用at89s52單片機(jī)作為控制核心,其內(nèi)部組成包括:一個(gè)8位的微處理器cpu及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路,但石英晶體和微調(diào)電容需要外接;片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ram低128字節(jié),存放讀/寫數(shù)據(jù);高128字節(jié)被特殊功能寄存器占用;片內(nèi)程序存儲(chǔ)器4kb rom;四個(gè)8位并行i/o(輸入/輸出)接口p3 -p0,每個(gè)口可以用作輸入,也可以用作輸出;兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器,每個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式,用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù),也可以設(shè)置成定時(shí)方式,并
17、可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制;五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng);一個(gè)全雙工uart(通用異步接收發(fā)送器)的串行i/o口。vcc:供電電壓。gnd:接地。rst:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí),要保持rst腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ale/prog:當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí),地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在flash編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí),ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào),此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是:每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),將跳過一個(gè)ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時(shí),
18、 ale只有在執(zhí)行movx,movc指令是ale才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止,置位無效。/psen:外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間,每個(gè)機(jī)器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),這兩次有效的/psen信號(hào)將不出現(xiàn)。/ea/vpp:當(dāng)/ea保持低電平時(shí),則在此期間外部程序存儲(chǔ)器(0000h-ffffh),不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí),/ea將內(nèi)部鎖定為reset;當(dāng)/ea端保持高電平時(shí),此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在flash編程期間,此引腳也用于施加12v編程電源(vpp)。xtal1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部
19、時(shí)鐘工作電路的輸入。xtal2:來自反向振蕩器的輸出。89s52 單片機(jī)外部有32個(gè)端口可供用戶使用,其功能如下:表3-1 89s52并行i/o接口端口引腳位置第一功能第二功能 符號(hào) 功能符號(hào)功能p039-32p0.0-p0.7通用i/0口ad0-ad7地址數(shù)據(jù)總線p11-8p1.0-p1.7通用i/0口p221-28p2.0-p2.7通用i/0口a8-a15地址總線(高位)p310p3.0通用i/0口rxd串行通信發(fā)送口11p3.1txd串行通信接收口12p3.2int0外部中斷013p3.3int1外部中斷114p3.4t0計(jì)數(shù)器0輸入端口15p3.5t1計(jì)數(shù)器1輸入端口16p3.6wr外
20、部存儲(chǔ)器寫功能17p3.7rd外部存儲(chǔ)器讀功能p0口:p0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向i/o口,每腳可吸收8ttl門電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫1時(shí),被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時(shí),p0 口作為原碼輸入口,當(dāng)fiash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí),p0輸出原碼,此時(shí)p0外部必須被拉高。p1口:p1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口,p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入,p1口被外部下拉為低電平時(shí),將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗(yàn)時(shí),p1口作為第八位地址接收。p2口
21、:p2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口,p2口緩沖器可接收,輸出4個(gè)ttl門電流,當(dāng)p2口被寫“1”時(shí),其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時(shí),p2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí),p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí),它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì),當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí),p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。p3口:p3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口,可接收輸出4個(gè)ttl門電流。當(dāng)p3口寫入“1”后,它們被內(nèi)部
22、上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平,p3口將輸出電流(ill)這是由于上拉的緣故。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口,如下所示: p3.0 rxd(串行輸入口);p3.1 txd(串行輸出口);p3.2 /int0(外部中斷0);p3.3 /int1(外部中斷1);p3.4 t0(記時(shí)器0外部輸入);p3.5 t1(記時(shí)器1外部輸入);p3.6 /wr(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通);p3.7 /rd(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通);p3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。at89s52的晶振及其連接方法cpu工作時(shí)都必須有一個(gè)時(shí)鐘脈沖。有兩種方式可以向89s52提供時(shí)
23、鐘脈沖:一是外部時(shí)鐘方式,即使用外部電路向89s52提供始終脈沖,見圖3-3-(a);二是內(nèi)部時(shí)鐘方式,即使用晶振由89s52內(nèi)部電路產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖。一般常用第二種方法,其電路見圖3-3-(b)。圖3-3 89s52的時(shí)鐘脈沖圖33中:j一般為石英晶體,其頻率由系統(tǒng)需要和器件決定,在頻率穩(wěn)定度要求不高時(shí)也可以使用陶瓷濾波器。c1、c2:使用石英晶體時(shí),c1=c2=30(10)pf使用陶瓷濾波器時(shí),c1=c2=40(10)pfat89s52的復(fù)位使cpu開始工作的方法就是給cpu一個(gè)復(fù)位信號(hào),cpu收到復(fù)位信號(hào)后將內(nèi)部特殊功能寄存器設(shè)置為規(guī)定值,并將程序計(jì)數(shù)器設(shè)置為“0000h”。復(fù)位信號(hào)結(jié)束后,
24、cpu從程序存儲(chǔ)器“0000h”處開始執(zhí)行程序。89s52為高電平復(fù)位,一般有3種復(fù)位方法。 上電復(fù)位。接通電源時(shí) 手動(dòng)復(fù)位。設(shè)置一個(gè)復(fù)位按鈕,當(dāng)操作者按下按鈕時(shí)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)。 自動(dòng)復(fù)位。設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)位電路,當(dāng)系統(tǒng)滿足某一條件時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)。圖3-4為最簡單的上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位方法。89s52 圖3-4 89s52的復(fù)位電路關(guān)于cpu的復(fù)位電路應(yīng)當(dāng)注意,在調(diào)試單片機(jī)程序時(shí)有兩種工作方式。一是仿真器方式,主要用于調(diào)試程序。此時(shí)程序的執(zhí)行由仿真器控制,復(fù)位電路不起作用,系統(tǒng)時(shí)鐘也經(jīng)常設(shè)置為仿真器產(chǎn)生,此時(shí)用戶的晶振也不起作用。二是用戶方式,即脫離仿真器的實(shí)際工作方式,用戶的時(shí)鐘振蕩電路和
25、復(fù)位電路都必須正常工作。因此,如果系統(tǒng)復(fù)位電路或晶振電路有故障,就會(huì)出現(xiàn)仿真器方式工作正常,而用戶方式不工作的現(xiàn)象,這是許多初學(xué)者常遇到的問題。芯片擦除整個(gè)perom陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)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(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前,該操作必須被執(zhí)行。此外,at89s52設(shè)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ram,定時(shí)器,計(jì)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(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器,禁止所用其他芯片功能,直到下
26、一個(gè)硬件復(fù)位為止。3.2.2 資源分配軟、硬件設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)中不可缺少的,為了滿足功能和指標(biāo)的要求,資源分配如下:1.晶振采用12mhz;2.內(nèi)存分配;p1口的p1.0-p1.3分別與四個(gè)按鍵連接,分別控制鋸齒波、三角波、正弦波和方波,p1.4-p1.7與四個(gè)發(fā)光二極管相連,按鍵一對(duì)應(yīng)發(fā)光二極管一,依次類推,發(fā)光二極管四對(duì)應(yīng)按鍵四,實(shí)現(xiàn)輸出一個(gè)波形對(duì)應(yīng)亮一個(gè)燈。p0口與dac0832的di0-di7數(shù)據(jù)輸入端相連。p2口用來控制dac0832的輸入寄存器選擇信號(hào)cs、輸入寄存器寫選通信號(hào)wr1及dac寄存器寫選通信號(hào)wr2和數(shù)據(jù)傳送信號(hào)xfer。3.3各部分電路原理(a)dac0832芯片原理管腳
27、功能介紹(如圖3-5所示)圖3-5 dac0832管腳圖(1) di7di0:8位的數(shù)據(jù)輸入端,di7為最高位。(2) iout1:模擬電流輸出端1,當(dāng)dac寄存器中數(shù)據(jù)全為1時(shí),輸出電流最大,當(dāng) dac寄存器中數(shù)據(jù)全為0時(shí),輸出電流為0。(3) iout2:模擬電流輸出端2, iout2與iout1的和為一個(gè)常數(shù),即iout1iout2常數(shù)。(4) rfb:反饋電阻引出端,dac0832內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻,所以 rfb端可以直接接到外部運(yùn)算放大器的輸出端,這樣相當(dāng)于將一個(gè)反饋電阻接在運(yùn)算放大器的輸出端和輸入端之間。(5) vref:參考電壓輸入端,此端可接一個(gè)正電壓,也可接一個(gè)負(fù)電壓,它決定
28、0至255的數(shù)字量轉(zhuǎn)化出來的模擬量電壓值的幅度,vref范圍為(+10-10)v。vref端與d/a內(nèi)部t形電阻網(wǎng)絡(luò)相連。(6) vcc:芯片供電電壓,范圍為(+5 15)v。(7) agnd:模擬量地,即模擬電路接地端。(8) dgnd:數(shù)字量地。 當(dāng)wr2和xfer同時(shí)有效時(shí),8位dac寄存器端為高電平“1”,此時(shí)dac寄存器的輸出端q跟隨輸入端d也就是輸入寄存器q端的電平變化;反之,當(dāng)端為低電平“0”時(shí),第一級(jí)8位輸入寄存器q端的狀態(tài)則鎖存到第二級(jí)8位dac寄存器中,以便第三級(jí)8位dac轉(zhuǎn)換器進(jìn)行d/a轉(zhuǎn)換。一般情況下為了簡化接口電路,可以把wr2和xfer直接接地,使第二級(jí)8位dac寄
29、存器的輸入端到輸出端直通,只有第一級(jí)8位輸入寄存器置成可選通、可鎖存的單緩沖輸入方式。 特殊情況下可采用雙緩沖輸入方式,即把兩個(gè)寄存器都分別接成受控方式制作低頻信號(hào)發(fā)生器有許多方案:主要有單緩沖方式,雙緩沖方式和直通方式。單緩沖方式具有適用于只有一路模擬信號(hào)輸出或幾路模擬信號(hào)非同步輸出的情形的優(yōu)點(diǎn),但是電路線路連接比較簡單。而雙緩沖方式適用于在需要同時(shí)輸出幾路模擬信號(hào)的場合,每一路模擬量輸出需一片dac0832芯片,構(gòu)成多個(gè)dac0832同步輸出電路,程序簡單化,但是電路線路連接比較復(fù)雜。根據(jù)以上分析,我們的課題選擇了單緩沖方式使用方便,程序簡單,易操作。工作原理dac0832主要由8位輸入寄
30、存器、8位dac寄存器、8位d/a轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路四部分組成。8 位輸入寄存器用于存放主機(jī)送來的數(shù)字量,使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存,由加以控制;8位dac寄存器用于存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量,由加以控制;8位d/a轉(zhuǎn)換器輸出與數(shù)字量成正比的模擬電流;由與門、非與門組成的輸入控制電路來控制2個(gè)寄存器的選通或鎖存狀態(tài)。dac0832與反相比例放大器相連,實(shí)現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換,因此輸出模擬信號(hào)的極性與參考電壓的極性相反,數(shù)字量與模擬量的轉(zhuǎn)換關(guān)系為:vout1=-vref(數(shù)字碼/256)若d/a轉(zhuǎn)換器輸出為雙極性,如圖3-6所示。圖3-6 d/a轉(zhuǎn)換器雙極性輸出電路圖3-6中,運(yùn)算放大器a2的作用是把
31、運(yùn)算放大器a1的單向輸出電壓轉(zhuǎn)換成雙向輸出電壓。其原理是將a2的輸入端通過電阻r1與參考電壓vref相連,vref經(jīng)r1向a2提供一個(gè)偏流i1,其電流方向與i2相反,因此運(yùn)算放大器a2的輸入電流為i1、i2之代數(shù)和。則d/a轉(zhuǎn)換器的總輸出電壓為:vout2= -(r3/r2) vout1+(r3/r1) vref設(shè)r1=r3=2r r2=r,則 vout2=-(2vout1+vref)dac0832主要是用于波形的數(shù)據(jù)的傳送,是本題目電路中的主要芯片。dac0832電路原理圖(如圖3-7所示) 圖3-7 dac0832電路原理圖(b) lm324工作原理(管腳功能如圖3-8所示) 圖3-8 l
32、m324管腳圖lm324時(shí)四運(yùn)放集成電路 ,它采用14腳雙烈直插塑料封袋,外形如圖1所示。他的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器,除電源共用外,四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖中所示的符號(hào)來表示,它有5個(gè)引出腳,其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端,“v+”、“v-”為正、負(fù)電源端,“out”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中,“-”為反相輸入端,表示運(yùn)放輸出端out的信號(hào)與該輸入端的為相反;“+”為同相輸入端,表示運(yùn)放輸出端out的信號(hào)與輸入端的相位相同。lm324的引腳排列見圖9。由于lm324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬,靜態(tài)功耗小,可但電源使用,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用在各種電路
33、中。在此項(xiàng)目中用了lm324的三組運(yùn)放,分別置于第一級(jí)輸出,第一、二級(jí)之間,第二級(jí)輸出。(c)mc1403工作原理管腳功能如圖3-9所示 圖3-9 mc1403管腳圖mc1403是低壓基準(zhǔn)芯片。一般用作8到12bit的d/a芯片的基準(zhǔn)電壓等一些需要基本精準(zhǔn)的基準(zhǔn)電壓的場合。輸出電壓:2.5v+/-25mv輸入電壓范圍:4.5vto40v輸出電流:10ma因?yàn)檩敵鍪枪潭ǖ?,所以電路很簡單。就是vin接電源輸入,gnd接地,vout加一個(gè)0.1uf到1uf的電容就可以了。vout一般用于8到12bit的d/a芯片的基準(zhǔn)電壓。在此項(xiàng)目里mc1403起到了穩(wěn)壓的作用,它基準(zhǔn)了dac0832的8腳需要的
34、2.5v。使其dac0832能夠正常工作。3.4硬件設(shè)計(jì)原理圖 硬件設(shè)計(jì)原理圖如圖3-10所示: 圖3-10 設(shè)計(jì)原理圖4.軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)技術(shù)比較成熟,開發(fā)過程可利用的資源和工具豐富,最大的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜,成本低。調(diào)試軟件采用keil51.keiluvison是眾多單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)軟件中優(yōu)秀軟件之一,界面友好,易寫易操作。在調(diào)試程序中,軟件仿真protues功能也很強(qiáng),軟件調(diào)通,再通過編程器下載到at89s52中,然后插到系統(tǒng)中即可獨(dú)立完成所有的控制。軟件設(shè)計(jì)上,根據(jù)功能分了幾個(gè)模塊編程。模塊主要有:主程序模塊、鋸齒波模塊、三角波模塊、正弦波模塊、方波模塊、延時(shí)子程序模塊等。顯示波形模塊是利用d
35、ac0832的8位特點(diǎn),把波形的數(shù)據(jù)以8位數(shù)據(jù)的形勢(shì)送進(jìn)cpu中,只要一按鍵就能顯示波形。4.1主程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1 主程序流程圖本軟件設(shè)計(jì)過程中主要實(shí)現(xiàn)利用按鍵來控制不同波形的輸出,當(dāng)按鍵1按下時(shí),函數(shù)發(fā)生器就輸出鋸齒波;當(dāng)按鍵2按下時(shí),函數(shù)發(fā)生器就輸出三角波;當(dāng)按鍵3按下時(shí),函數(shù)發(fā)生器就輸出正弦波;當(dāng)按鍵4按下時(shí),函數(shù)發(fā)生器就輸出方波。通過按鍵可以以任意循環(huán)方式輸出不同波形。4.2子程序流程圖1 鋸齒波流程圖 如圖4-2所示。圖4-2 鋸齒波流程圖鋸齒波產(chǎn)生首先將dac0832口地址至為4000h,然后將00h送入寄存器a中,dac0832輸出a中的內(nèi)容,當(dāng)a中的內(nèi)容等于f
36、0h返回開始,當(dāng)a中的內(nèi)容不為0fh時(shí),a中的內(nèi)容累加,從而輸出波形。2 三角波程序流程圖如圖4-3所示。4-3 三角波流程圖三角波產(chǎn)生首先將dac0832口地址至為4000h,通過a中數(shù)值的加一遞升,當(dāng)a中的內(nèi)容為0時(shí),與0ffh相比,相等時(shí)a中的內(nèi)容減一遞減,從而循環(huán)產(chǎn)生三角波。3 正弦波程序流程圖 如圖4-4所示。圖4-4 正弦波流程圖正弦波波形設(shè)計(jì)通過查表指令得出。4 方波程序流程圖如圖4-5所示。圖4-5 方波流程圖方波產(chǎn)生首先將dac0832口地址至為4000h,當(dāng)a中的內(nèi)容為0時(shí),輸出對(duì)應(yīng)模擬量,然后延時(shí),當(dāng)a中的內(nèi)容為0ffh時(shí),同樣輸出對(duì)應(yīng)模擬量,再延時(shí),從而得到方波。5 延
37、時(shí)子程序流程圖如圖4-6所示。圖4-6 延時(shí)程序流程圖延時(shí)程序如下:dely: mov r7,#10hdly0: mov r6,#0edh nopdly1: djnz r6,dly1 djnz r7,dly0 ret方波的上限和下限的延時(shí)時(shí)間為:7mss=1+(1+1+2237+2)16+1=7648s5.測試結(jié)論5.1軟件仿真結(jié)果在確定編程思路以后將各部分的程序及各子程序編好,使用keil進(jìn)行編譯,根據(jù)提示的錯(cuò)誤對(duì)程序進(jìn)行修改。除了語法差錯(cuò)和邏輯差錯(cuò)外,當(dāng)確認(rèn)程序沒問題時(shí),通過直接加載到protues軟件電路中進(jìn)行仿真。5.1.1仿真波形1 當(dāng)按鍵1撥下時(shí),波形為鋸齒波,同時(shí)指示燈1發(fā)光。仿
38、真圖如圖5-1所示。圖5-1 矩尺波仿真圖2 當(dāng)按鍵2撥下時(shí),波形為三角波,同時(shí)指示燈2發(fā)光。仿真圖如圖5-2所示。圖5-2 三角波仿真圖3 當(dāng)按鍵3撥下時(shí),波形為正弦波,同時(shí)指示燈3發(fā)光。仿真圖如圖5-3所示。圖5-3 正弦波仿真圖4 當(dāng)按鍵4撥下時(shí),波形為方波,同時(shí)指示燈4發(fā)光。仿真圖如圖5-4所示。圖5-4 方波仿真圖5.1.2 波形分析在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行波形仿真時(shí)可以在虛擬示波器上觀察到鋸齒波、三角波、正弦波和方波的波形。其中鋸齒波、三角波以及正弦波的輸出誤差較大,方波波形較為理想。這一方面與電路設(shè)置的參數(shù)有關(guān),另一方面也與使用的仿真軟件有關(guān)。對(duì)于上述問題的解決辦法是:改變仿真電路的參數(shù)或著
39、換用版本較高的仿真軟件。當(dāng)然一般產(chǎn)生這種情況的原因多由于電路的參數(shù)設(shè)計(jì)不合理所制。但從仿真波形上可以看出輸出波形的頻率大致與程序中的設(shè)置吻合。波形的幅度與程序設(shè)置的最大值有關(guān),而頻率受機(jī)器周期的控制。當(dāng)仿真時(shí),由于存在一定的系統(tǒng)誤差,波形效果不是很好。5.2 硬件測試結(jié)果5.2.1 硬件測試波形1 當(dāng)按鍵1撥下時(shí),波形為鋸齒波,同時(shí)指示燈1發(fā)光。波形圖如圖5-5所示。 圖5-5 鋸齒波波形圖2 當(dāng)按鍵2撥下時(shí),波形為三角波,同時(shí)指示燈2發(fā)光。波形圖如圖5-6所示。圖5-6 三角波波形圖3 當(dāng)按鍵3撥下時(shí),波形為正弦波,同時(shí)指示燈3發(fā)光。波形圖如圖5-7所示。圖5-7 正弦波波形圖4 當(dāng)按鍵4撥
40、下時(shí),波形為方波,同時(shí)指示燈4發(fā)光。波形圖如圖5-8所示。圖5-8 方波波形圖5.2.2 產(chǎn)生各種波形輸出結(jié)果鋸齒波:vp-p=1.2v f=800hz三角波:vp-p=1.5v f=5.6khz正弦波:vp-p=3.5v f=1.3khz方波: vp-p=5.2v f=100hz通過按鍵控制可產(chǎn)生方波、鋸齒波、三角波、正弦波等,同時(shí)用led顯示燈指示對(duì)應(yīng)的形。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單、性能較好,在經(jīng)后只要加以適當(dāng)?shù)母慕涂删哂幸欢ǖ膶?shí)用性。5.2.3 波形結(jié)果分析在將電路和實(shí)物連接的情況下再將程序下載至單片機(jī)中進(jìn)行實(shí)際電路的測試時(shí),電路輸出的四種波形基本上都可以看到,其中鋸齒波、三角波以及正弦波的輸出
41、誤差較大,方波波形較為理想。但是基本上是符合設(shè)計(jì)要求的。鋸齒波和三角波輸出波形中雜波成分較大,波形不是較理想,這與實(shí)際要求存在一些誤差,這些誤差的來源主要是由于電路的具體參數(shù)選擇不好以及程序的時(shí)延所造成的。當(dāng)然在實(shí)際電路測量時(shí)由于實(shí)驗(yàn)環(huán)境的干擾也會(huì)對(duì)輸出波形有一些影響,這些影響主要是使輸出波形產(chǎn)生寄生的高頻雜波,具體表現(xiàn)就是使輸出波形質(zhì)量變壞,波形邊厚。在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)適當(dāng)改變數(shù)模轉(zhuǎn)換電路及輸出放大電路參數(shù)電路輸出結(jié)果相對(duì)較好一些??偨Y(jié)論文首先簡要信號(hào)發(fā)生器現(xiàn)狀、單片機(jī),分析了信號(hào)發(fā)生器實(shí)現(xiàn)技術(shù),包括proteus軟件仿真技術(shù)。然后論文討論了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及控制芯片的選擇。在前面兩個(gè)部分的基礎(chǔ)
42、上,論文對(duì)信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行了詳細(xì)的系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì),包括單片機(jī)在低頻信號(hào)發(fā)生器中的應(yīng)用。針對(duì)單片機(jī)本身的特點(diǎn)和對(duì)系統(tǒng)的功能要求,本論文選用at89s52單片機(jī)作為本次設(shè)計(jì)的硬件核心,外圍采用數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路(dac0832)、穩(wěn)壓電路(mc1403)、運(yùn)放電路(lm324)、按鍵和led顯示燈電路等;選用proteus軟件作為軟件仿真的主要工具。在將電路和實(shí)物連接的情況下再將程序下載至單片機(jī)中進(jìn)行實(shí)際電路的測試時(shí),電路輸出的四種波形基本上都可以看到,其中鋸齒波、三角波以及正弦波的輸出誤差較大,方波波形較為理想??偟膩碚f,此次畢業(yè)實(shí)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了任務(wù)書規(guī)定的各項(xiàng)要求,在學(xué)習(xí)匯編語言、單片機(jī)系統(tǒng)
43、、proteus軟件使用等內(nèi)容的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步學(xué)習(xí)并實(shí)踐了利用單片機(jī)設(shè)計(jì)出信號(hào)發(fā)生器。既學(xué)習(xí)了不少新的知識(shí)和技術(shù),又親身體驗(yàn)硬件、軟件設(shè)計(jì)的過程,個(gè)人覺得收獲頗豐。當(dāng)然,這次設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器,其設(shè)計(jì)簡單、性能優(yōu)良,可用于多種需要低頻信號(hào)源的場所,具有一定的實(shí)用性。還可以從多個(gè)方面進(jìn)一步完善。最后敬請(qǐng)各位專家、老師和同學(xué)對(duì)論文和今后的研究工作提出寶貴的指導(dǎo)意見和建議。致謝經(jīng)過半年的忙碌和工作,本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲,作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì),由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏,難免有許多考慮不周全的地方,如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo),以及一起工作的同學(xué)們的支持,想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。 在這里要感謝我
44、的導(dǎo)師李蘭英老師。她平日里工作繁多,但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段,從實(shí)習(xí)到查閱資料,設(shè)計(jì)草案的確定和修改,中期檢查,后期詳細(xì)設(shè)計(jì)等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣,但是李老師仍然細(xì)心地糾正其中的錯(cuò)誤。除了敬佩李老師的專業(yè)水平外,她的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣,并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 最后還要感謝大學(xué)四年來所有的老師,為我們打下專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ);同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們,正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。參考文獻(xiàn)1 孫俊逸, 盛秋林, 張錚等. 單片機(jī)原理及應(yīng)用m. 清華大學(xué)出版社, 2001.2 張毅剛. 單片機(jī)原理及應(yīng)用m.
45、高等教育出版社, 2003.3 蔡美琴. mcs-51系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用m. 高等教育出版社, 2000.4 孫育才, 孫華芳,王榮興.單片機(jī)原理及應(yīng)用m.北京:電子工業(yè)出版社, 2003.5 李鴻. 單片機(jī)原理及應(yīng)用m.湖南:湖南大學(xué)出版社, 2004.6 丁元杰. 單片微機(jī)原理及應(yīng)用.第二版m. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2001.7 潘新民, 王燕芳 編著. 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù). 高等教育出版社, 2004.8 馬忠梅. 單片機(jī)的c語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)m. 北京北航出版社, 2003.9 王新賢. 通用集成電路速查手冊(cè). 山東科學(xué)技術(shù)出版社, 2002. -31-附錄1元件清單標(biāo)號(hào)標(biāo)注dac08
46、32u1lm324u2mc1403u31kr11kr21kr31kr41kr51kr61kr71kr810kr920kr1020kr111kri電位器 10krw0.47ufc10.2ufc20.1ufci10.1ufci20.1ufci322ufci410ufci510ufci6ledl1ledl2ledl3ledl4ledl5at89s52u0-37-附錄2程序清單key1 bit p1.0key2 bit p1.1key3 bit p1.2key4 bit p1.3;按鍵key1:鋸齒波 按鍵key2:三角波 按鍵key3: 正弦波 ;按鍵key4: 方波; org 0000h ljmp
47、 main org 0030hmain:mov sp,#50hmov dptr,#7fffhmov p2,#00hmov a,#00hmovx dptr,ascan_key1:mov a,p1 anl a,#0fh cjne a,#0eh,scan_key2 ljmp b1scan_key2:mov a,p1 anl a,#0fh cjne a,#0dh,scan_key3 ljmp b2scan_key3:mov a,p1 anl a,#0fh cjne a,#0bh,scan_key4 ljmp b3scan_key4:mov a,p1 anl a,#0fh cjne a,#07h,sca
48、n_key1 ljmp b4;利用dac0832產(chǎn)生鋸齒波;b1:clr p1.4 setb p1.5 setb p1.6 setb p1.7lp: mov a,#00h mov dptr,#4000h movx dptr,a lp1: inc a mov p2,a cjne a,#0ffh,lp1 ljmp scan_key1;利用dac0832產(chǎn)生三角波;b2: clr p1.5 setb p1.4 setb p1.6 setb p1.7up: mov a,#00hup1: inc a mov p2,a nop nop cjne a,#0f0h,up1down:dec a mov p2,a nop nop cjne a,#00h,down ljmp scan_key2;利用dac0832產(chǎn)生正弦波;b3: mov r1,#00h ;取表格初值 ;在表格里取數(shù)送到指定地址/ loop1:clr p1.6 setb p1.4 setb p1.5 setb p1.7 mov a,r1 mov dptr,#settab movc a,a+dptr mov dptr,#4000h movx dptr,a mov p2,a
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