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文檔簡介
1、xxxxxx大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)名稱:單片機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目:電子秒表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(系):業(yè): 級(jí): 號(hào): 名:指導(dǎo)教師: 完成日期:xxxxxx大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告目錄1.第1章總體設(shè)計(jì)方案18191.11.21.31.4課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求 課程設(shè)計(jì)原理 課程設(shè)計(jì)思路 實(shí)驗(yàn)環(huán)境1.1.22.第2章詳細(xì)設(shè)計(jì)方案3.2.1硬件電路設(shè)計(jì)2.2主程序設(shè)計(jì)2.3模塊設(shè)計(jì)2.3.1系統(tǒng)初始化子模塊2.3.2定時(shí)器0中斷處理子模塊2.3.3定時(shí)器1中斷處理子模塊2.3.4外中斷0處理子模塊.2.3.5數(shù)碼管顯示子模塊 3.4.4.45678第3章結(jié)果測試及分析103.1結(jié)果測試.3.2結(jié)果分
2、析.參考文獻(xiàn)錄A(源程序)10101213錄B(電路原理圖)錄C(器件清單).xxxxxx大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告第1章總體設(shè)計(jì)方案2第1章總體設(shè)計(jì)方案1.1課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求(1)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容:利用南京偉福公司的LAB6000通用微控制器仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),設(shè)計(jì)一個(gè)帶時(shí)間 顯示的電子秒表,具體內(nèi)容如下: 電子秒表的初始狀態(tài)為零,分別顯示分、秒、毫秒; 設(shè)計(jì)一個(gè)按鈕,按第一次開始計(jì)時(shí),按第二次計(jì)時(shí)暫停,顯示當(dāng)前記錄的 時(shí)間,按第三次計(jì)時(shí)停止,回到初始態(tài); 有時(shí)間顯示的功能,當(dāng)不用電子秒表的功能時(shí),顯示當(dāng)前的時(shí)間,分別為 時(shí)分秒形式。(2)課程設(shè)計(jì)要求: 獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)任務(wù); 通過老師現(xiàn)場驗(yàn)收; 交出完整
3、的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。根據(jù)題目要求,要完成電子秒表和時(shí)間顯示的功能,在本次設(shè)計(jì)中主要使用 了 8051微控制器以及74LS138、74LS245和數(shù)碼管等部分來完成時(shí)鐘以及秒表的模擬。采用8051作為核心控制芯片,使用8051的兩個(gè)定時(shí)器TO和T1分別作為時(shí) 鐘和秒表的計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)一個(gè)按鍵,使用8051的外中斷0或者外中斷1來完成功能8051的選擇,在秒表和時(shí)鐘顯示兩個(gè)狀態(tài)之間進(jìn)行切換。在對(duì)外顯示上,使用 的l/O(P0和P2的低三位)作為輸出,通過 74LS138的位選功能和74LS245的數(shù)據(jù)緩沖功能在數(shù)碼管上顯示出當(dāng)前時(shí)間或者秒表計(jì)時(shí)。1.3 課程設(shè)計(jì)思路(1)提出方案首先,在硬件設(shè)計(jì)上,在80
4、51最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)下,其P0 口作為8段數(shù)碼管的段碼輸出,接74LS245(具有數(shù)據(jù)緩沖和過流保護(hù)的功能),74LS245的輸出端接 數(shù)碼管的各段;P2 口的低三位作為數(shù)碼管的位選通信號(hào),接 74LS138(具有位選 功能)的輸入端,其輸出端接8段數(shù)碼管的位選通端;另外設(shè)計(jì)一個(gè)按鍵,作為8051外中斷的輸入信號(hào),使用該鍵完成選擇秒表或者時(shí)鐘顯示以及開始、暫停、停止的功能,該按鍵接8051的外中斷輸入引腳(P3.2或者P3.3)。在程序設(shè)計(jì)上,首先設(shè)計(jì)三個(gè)中斷處理函數(shù),其中定時(shí)器0和定時(shí)器1中斷作為秒表和當(dāng)前時(shí)鐘的計(jì)時(shí),外中斷 0完成秒表和當(dāng)前時(shí)間的切換,同時(shí)在秒表功能中實(shí)現(xiàn)開始、暫停、退出的功
5、能;其次,需要完成一個(gè)數(shù)碼管顯示功能的函 數(shù);最后是系統(tǒng)初始化函數(shù)和主函數(shù),其中初始化函數(shù)用于設(shè)置與中斷相關(guān)的寄 存器以及兩個(gè)定時(shí)器的初始值,在主函數(shù)中調(diào)用各個(gè)子功能函數(shù),或者等待中斷 的發(fā)生再轉(zhuǎn)去處理中斷。(2)方案論證在主程序中首先進(jìn)行初始化(定時(shí)器賦初值,開啟中斷等操作),之后在死循 環(huán)里通過判斷一個(gè)全局變量(標(biāo)志位 flag)的值(0或者非0)來選擇顯示秒表還是當(dāng)前時(shí)間,該全局變量初始化為 0,即系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)顯示當(dāng)前時(shí)間(系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)只啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器),外中斷來以后,在中斷處理函數(shù)中改變它的值,通過switch語句來選擇對(duì)標(biāo)志flag的操作以及開啟或者關(guān)閉定時(shí)器,在主程序中根據(jù)該值來 完成
6、相應(yīng)的操作,實(shí)現(xiàn)其對(duì)應(yīng)的功能。PC機(jī)。1.4實(shí)驗(yàn)環(huán)境硬件環(huán)境:偉福Lab2000P系列單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),軟件環(huán)境:WAVE6000編譯環(huán)境xxxxxx大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告第2章詳細(xì)設(shè)計(jì)方案第2章詳細(xì)設(shè)計(jì)方案2.1硬件電路設(shè)計(jì)根據(jù)題目要求,硬件電路需要三個(gè)模塊:單片機(jī)最小系統(tǒng)、數(shù)碼管顯示電路 和外中斷輸入電路。首先搭建一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng),時(shí)鐘電路采用外部時(shí)鐘方式,在XTAL1和XTAL2兩個(gè)引腳之間接一個(gè)6MHz (之后使用定時(shí)器需要按照該頻率進(jìn)行計(jì)算) 的晶振,之后兩端并聯(lián)接兩個(gè)無極性電容再接地構(gòu)成時(shí)鐘電路,為單片機(jī)提供時(shí) 鐘控制信號(hào);復(fù)位電路采用按鍵電平復(fù)位方式,詳細(xì)電路見附錄,使得按下復(fù)位鍵
7、以后,實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位;串行口的兩個(gè)引腳RXD和TXD通過MAX232接DB9,實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)的通信,完成程序的下載和調(diào)試功能;此外單片機(jī)的VCC和VSS引腳分別接5V電源和地,為單片機(jī)提供電源。之后在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,P0 口的8個(gè)引腳分別接74LS245的輸入端,74LS245的輸出端接兩個(gè)4位一體的8段數(shù)碼管的段碼輸入引腳,P0 口輸出數(shù)碼 管的段碼;P2 口的低三位接74LS138的輸入端,74LS138的輸出端接兩個(gè)4位一 體的8段數(shù)碼管的位選通端,P2 口低三位輸出數(shù)碼管的位選通信號(hào)。該部分完成 數(shù)碼管顯示功能。最后在P3.2( INT0)引腳上接一個(gè)按鍵,該按鍵另一端接地。實(shí)
8、現(xiàn)外中斷的輸入。具體實(shí)驗(yàn)箱連線圖如下:8051KEY/LED_ CSCS0P3 2圖2.1實(shí)驗(yàn)箱連線圖2.2主程序設(shè)計(jì)在主程序中首先調(diào)用初始化函數(shù), 對(duì)8051進(jìn)行初始化,之后進(jìn)入死循環(huán),在 死循環(huán)里通過判斷一個(gè)全局變量(標(biāo)志位 flag)的值(0或者非0)來決定在數(shù)碼管上顯示當(dāng)前時(shí)間或者顯示秒表時(shí)間,然后調(diào)用顯示子函數(shù)在數(shù)碼管上顯示出時(shí) 間。具體流程圖如下所示:開始V圖2.2主程序流程圖2.3模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中總共設(shè)計(jì)了 5個(gè)子模塊:系統(tǒng)初始化子函數(shù)(Init )、外中斷0處理函數(shù)(Into)、定時(shí)器0中斷處理函數(shù)(Timer。)、定時(shí)器1中斷處理函數(shù)(Timerl)、 數(shù)碼管顯示子函數(shù)(Pr
9、int)。2.3.1系統(tǒng)初始化子模塊系統(tǒng)初始化子函數(shù)首先初始化兩個(gè)定時(shí)器的各個(gè)寄存器,本次設(shè)計(jì)中定時(shí)器0 作為秒表的計(jì)時(shí),定時(shí)器1作為當(dāng)前時(shí)間的計(jì)時(shí)。兩個(gè)定時(shí)器都設(shè)置為方式 1( 16位定時(shí)器),定時(shí)器模式,所以TMOD=0X11。系統(tǒng)選用晶振為6MHz,所以系統(tǒng)機(jī)器周期是2uS。定時(shí)器0作為秒表計(jì)時(shí),需要計(jì)時(shí)時(shí)間為 1mS,通過計(jì)算,可以得出T0的初值TH0=0XFE,TL0=0X0C。同理計(jì)算T1的初值,考慮到16位定時(shí)器的最大定時(shí)時(shí)間不能達(dá)到1S,所以在此取個(gè)整數(shù)值,使其定時(shí)0.1S,在之后的中斷函數(shù)中循環(huán)10就可以實(shí)現(xiàn)1S,最終計(jì)算得T1的初值TH1=0X3C,TL1=0XB0。之后設(shè)
10、置與中斷相關(guān)的寄存器,分別開啟定時(shí)器0,定時(shí)器1,INT0的中(ET0=1,ET1=1,EX0=1 ),再開總中斷(EA=1),設(shè)置外中斷0的觸發(fā)方式為下降 沿觸發(fā)(IT0=1),設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)寄存器(IP=0X0B)。系統(tǒng)啟動(dòng)以后默認(rèn)顯示當(dāng)前時(shí)間,秒表在使用時(shí)再開啟,所以在初始化函數(shù) 中最后開啟定時(shí)器1( TR1=1)。具體流程圖如下所示:圖2.31 廠"結(jié)束系統(tǒng)初始化流程圖2.3.2定時(shí)器0中斷處理子模塊定時(shí)器0作為秒表的計(jì)時(shí),當(dāng)定時(shí)器計(jì)數(shù)滿而產(chǎn)生溢出時(shí)就會(huì)觸置位其對(duì)應(yīng)的中斷標(biāo)志位(TF0)從而觸發(fā)中斷,之后轉(zhuǎn)入中斷處理函數(shù),在定時(shí)器0中斷處理函數(shù)中首先重新給定時(shí)器賦初值 (TH
11、0=0XFE,TL0=0X0C ),同時(shí)毫秒(mSec)加1,之后判斷毫秒是否滿1000,如果滿1000,毫秒置0, 理通過判斷對(duì)秒(Sec0)和分(Min0)加1或者置0操作。同時(shí)秒(Sec0)加1,同這些完成以后就返回主函數(shù)。N圖2.4定時(shí)器0中斷流程圖具體流程圖如下:2.3.3定時(shí)器1中斷處理子模塊定時(shí)器1作為當(dāng)前時(shí)間的計(jì)時(shí),當(dāng)其計(jì)數(shù)滿而溢出觸發(fā)中斷,進(jìn)入中斷處理函 數(shù),定時(shí)器1處理函數(shù)中首先給定時(shí)器1重新賦值(T1=0X3C0B),同時(shí)計(jì)數(shù)器count 加1,之后判斷計(jì)數(shù)器是否滿10 (即是否計(jì)時(shí)到1秒),如果滿10, count置0,同時(shí)秒加1(Sec+)。同理通過判斷對(duì)分(Min
12、)和時(shí)(Hour)加1或者置0操作。這些完成以后就返回主函數(shù)。具體流程圖如下:N結(jié)束圖2.5定時(shí)器1中斷流程圖2.3.4外中斷0處理子模塊外中斷0作為秒表和當(dāng)前時(shí)間切換的處理,同時(shí)在秒表功能時(shí),實(shí)現(xiàn)開始計(jì)時(shí)、暫停、退出的功能。當(dāng)外接按鍵按下時(shí)在INTO引腳產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳沿,從而觸 發(fā)外中斷,進(jìn)入中斷處理函數(shù)。在外中斷處理函數(shù)中首先判斷全局變量(標(biāo)志位 flag)的值,根據(jù)該值的不同進(jìn)行不同的處理。當(dāng) flag=0時(shí),開始秒表功能,首先 各個(gè)值(毫秒、秒、分)全部初始化為 0,之后啟動(dòng)定時(shí)器0 (秒表開始計(jì)時(shí)), 最后標(biāo)志位加1 (flag+),使得返回主函數(shù)以后因?yàn)樵摌?biāo)志非 0,開始顯示秒表的時(shí)
13、間;當(dāng)flag=1時(shí),秒表暫停,關(guān)閉定時(shí)器0,最后標(biāo)志位加1 (flag+),使得返 回主函數(shù)以后該標(biāo)志非0,并且定時(shí)器0已關(guān)閉,實(shí)現(xiàn)秒表暫停的功能,數(shù)碼管顯示秒表計(jì)時(shí)的時(shí)間;當(dāng) flag=2時(shí),退出秒表,重新回到當(dāng)前時(shí)間,標(biāo)志位清0(flag=0),使得返回主函數(shù)以后因?yàn)樵摌?biāo)志非0,又回到顯示當(dāng)前時(shí)間。具體流程圖如下:f結(jié)束J圖2.5外中斷0流程圖235數(shù)碼管顯示子模塊數(shù)碼管作為對(duì)外顯示的部分。在該函數(shù)中,首先由調(diào)用它的程序傳遞兩個(gè)參 數(shù)(位碼和段碼),然后根據(jù)這兩個(gè)參數(shù)向P2 口送位選信號(hào),選中將要顯示的那 個(gè)數(shù)碼管,之后向P0 口送段碼,因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中只需要顯示數(shù)字,所以段碼就是09所對(duì)應(yīng)
14、的8段碼(定義為無符號(hào)字符型數(shù)組)。最后調(diào)用Delay函數(shù),延時(shí)一 下就可以完成數(shù)碼管的顯示功能。具體流程圖如下:9T延時(shí)DelayO圖2.6數(shù)碼管顯示流程圖xxxxxx大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告第3章結(jié)果測試及分析第3章結(jié)果測試及分析3.1結(jié)果測試首先測試數(shù)碼管顯示模塊,因?yàn)橹蟮恼{(diào)試都需要數(shù)碼管的顯示功能。測試 過程中首先進(jìn)行靜態(tài)顯示測試,根據(jù)實(shí)際的硬件電路分別向數(shù)碼管送位碼和段碼, 看顯示結(jié)果是否正確,然后加上延時(shí)函數(shù),進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示測試,使在視覺效果下 看到6個(gè)數(shù)碼管同時(shí)點(diǎn)亮,并且正確顯示需要顯示的數(shù)字,通過調(diào)整延時(shí)函數(shù)的 時(shí)間,消除閃爍。第二步測試當(dāng)前時(shí)間(定時(shí)器 T1),系統(tǒng)初始化時(shí)已經(jīng)啟動(dòng)定
15、時(shí)器1和其對(duì) 應(yīng)的中斷,之后不再改變其狀態(tài),因?yàn)橐笤谶\(yùn)行過程中當(dāng)前時(shí)間不能停止。該部分主要測試定時(shí)器溢出后能否進(jìn)入中斷,并且在中斷函數(shù)中對(duì)T1進(jìn)行重新賦初值,和對(duì)變量(時(shí)Hour、分Min、秒Sec)的操作。第三步測試秒表計(jì)時(shí)(定時(shí)器 TO),該部分同時(shí)用到外中斷 O,因?yàn)樾枰猛庵袛郞來控制秒表的開始、暫停、退出,對(duì)應(yīng)于在外中斷O中啟動(dòng)或者停止定時(shí)器TO。系統(tǒng)初始化時(shí)開啟外中斷0和定時(shí)器TO的中斷,但是不啟動(dòng)TO。測試 在按下鍵以后,能否進(jìn)入外中斷,如果不能進(jìn)入,需要查看硬件電路是否正確。進(jìn)入外中斷以后啟動(dòng)或者關(guān)閉定時(shí)器 TO,假如啟動(dòng)定時(shí)器,之后在定時(shí)器溢出以后能否進(jìn)入TO中斷,同時(shí)完成
16、重新賦初值和對(duì)變量(毫秒msec、秒SecO分MinO)的操作。最后將各個(gè)模塊組織起來,總體測試,該部分主要測試在多個(gè)中斷都開啟的 情況下,能否進(jìn)入各自中斷,各中斷的處理是否相互影響,主要表現(xiàn)在當(dāng)前中斷 處理過程中又來其他中斷,此時(shí)因?yàn)樘幚聿患皶r(shí)就會(huì)產(chǎn)生延時(shí),定時(shí)就會(huì)比實(shí)際 變慢。這種情況一方面需要設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí),另一方面中斷處理函數(shù)應(yīng)盡量短, 指令少,可以減少時(shí)間誤差。3.2結(jié)果分析在數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示過程中,如果延時(shí)太短就會(huì)產(chǎn)生閃爍,如果延時(shí)太長,各數(shù)碼管不能同時(shí)顯示,給人的視覺效果是各個(gè)數(shù)碼管交替顯示,最終延時(shí)函數(shù) 選取一個(gè)合適的時(shí)間間隔,使人看到的顯示效果恰到好處。其他各個(gè)模塊單獨(dú)測試都
17、能達(dá)到預(yù)期效果,在整體測試過程中,經(jīng)過中斷優(yōu) 先級(jí)的調(diào)整和對(duì)中斷處理函數(shù)的精簡減少了一定的時(shí)間誤差。系統(tǒng)初始化以后, 進(jìn)入當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間的顯示;如果有外中斷來,開始秒表的計(jì)時(shí),啟動(dòng)定時(shí)器 0, 數(shù)碼管切換到顯示秒表時(shí)間;之后再按鍵,關(guān)閉定時(shí)器 0,實(shí)現(xiàn)暫停,顯示定時(shí)時(shí)間;再按一次鍵,將標(biāo)志位清 0,退出秒表,返回顯示當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間。在秒表功能時(shí),定時(shí)器1 (系統(tǒng)時(shí)間)正常工作,使得在秒表計(jì)時(shí)過程中,系統(tǒng)時(shí)間不 會(huì)受到影響。11xxxxxx大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告附錄參考文獻(xiàn)123張毅剛、劉杰.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2004高玉芹.單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51編程技術(shù)M.北京:機(jī)械工
18、業(yè)出版社.2011胡學(xué)海.單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例教程M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2011ET1=1;134謝維成、楊加國.單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.北京:電子工業(yè)出版社.2011侯繼紅.單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作M.北京:電子工業(yè)出版社.20116咼鋒.7胡漢才.單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)M.北京:科學(xué)出版社.2007單片機(jī)原理及其接口技術(shù)M.北京:清華大學(xué)出版社.2004附 錄A(源程序)#in cludevreg51.h> #defi ne uchar un sig ned char #defi ne uint un sig ned int xdata un sig ned ch
19、ar OUTBIT _at_ 0X8002;xdata un sig ned char OUTSEG _at_ 0X8004;uchar tabseg戶0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F;/定義段碼uchar tabbit=1,2,4,8,16,32;/ 選位uchar Hour=23,Mi n=59,Sec=45,Mi n0=0,Sec0=0,flag=0,j=0;ui nt mSec=0;/毫秒應(yīng)定義為無符號(hào)整型/*延時(shí)了函*void delay()uint k;for(k=0;k<125;k+);/*初始化子函數(shù) *v
20、oid System _ln it(void)TMOD=0X11;TH0=0XFE;/定時(shí)器0作為毫秒計(jì)時(shí)TL0=0X0C;TH1=0X3C;/定時(shí)器1作為秒計(jì)時(shí)TL1=0XB0;EA=1;/中斷控制寄存器IEET0=1;xxxxxx大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告附錄EX0=1;IT0=1;/外中斷0設(shè)置為負(fù)跳變觸發(fā)IP=0X0B;TR1=1;/啟動(dòng)定時(shí)器1/* 夕卜中 0 了函*void In t0(void) in terr upt 0 switch(flag) case 0:mSec=0;Sec0=0;Min 0=0;TR0=1;/啟動(dòng)定時(shí)器0 flag+; /開始顯示定時(shí)時(shí)間 break;case
21、1:TR0=0; /停止定時(shí)器0 flag+;break;case 2:flag=0;/返回顯示當(dāng)前時(shí)間/*break;定時(shí)器 1 中斷服務(wù)子函數(shù) * void Timerl(void) in terru pt 3TH1=0X3C;TL1=0XB0;if(j=10) j=0;Sec+;if(Sec=60)Sec=0;Mi n+;if(Mi n=60)Mi n=0;Hour+;if(Hour=24)Hour=0;*定時(shí)器 0 中斷服務(wù)子函*void Timer0(void) in terru pt 1TH0=0XFE;TL0=0X0C;mSec+;if(mSec=1000)mSec=0;15xx
22、xxxx大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告附錄SecO+; if(Sec0=60)SecO=O;Mi nO+;/* 碼管顯示子函*void Prin t(i nt a,i nt b)OUTBIT=tabbita;OUTSEG=tabsegb;delayO;/*主函* void main (void)System _ln it();while(1) if(!flag)Prin t(0,Sec%10);Prin t(1,Sec/10);Prin t(2,Mi n%10);Prin t(3,Mi n/10);Prin t(4,Hour%10);Prin t(5,Hour/10);elsePrin t(0,mSec%1
23、0);Prin t(1,mSec/10%10);Prin t(2,mSec/100);Prin t(3,Sec0%10);Prin t(4,Sec0/10);Prin t(5,Mi n0%10);17xxxxxx大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告附錄20錄B(電路原理圖)収CCn119X2X1EA/VP8051)4?1URESETC130J丁 30p _ 30pF-r¥耳畀 一21K*81 2 3 4 5 6 rr4 VCCD7 D6D5D3D:D1D0wfRD19VCC20-,A4 SizCBLinGe.DdBty : ofDrWhNuiJul-2012VCCC1 +1uFC7psalE/PdxdP2-p2fP25P2.P2/P22»21320 POROPOJPOQOPO
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