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課程論文報(bào)告——萬(wàn)年歷學(xué)院:計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院班級(jí):12級(jí)通信3班學(xué)號(hào):20124756姓名:王智引言萬(wàn)年歷是我國(guó)古代傳說(shuō)中最古老的一部太陽(yáng)歷。為紀(jì)念歷法編撰者萬(wàn)年的功績(jī),便將這部歷法命名為“萬(wàn)年歷”。而現(xiàn)在所使用的萬(wàn)年歷,實(shí)際上就是記錄一定時(shí)間范圍內(nèi)(比如100年或更多)的具體陽(yáng)歷或陰歷的日期的年歷,方便有需要的人查詢使用,與原始?xì)v法并無(wú)直接聯(lián)系。而隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展,人類用于計(jì)時(shí)的工具也在不斷發(fā)展更新,單片機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)使得萬(wàn)年歷有了新的發(fā)展方向。單片機(jī)以其體積小、功能全、性價(jià)比高等諸多優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)控制、家用電器、通信設(shè)備、信息處理、尖端武器等各種測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用中獨(dú)占鰲頭,單片機(jī)開發(fā)技術(shù)已成為電子信息、電氣、通信、自動(dòng)化、機(jī)電一體化等專業(yè)技術(shù)人員必須掌握的技術(shù)。目前世界上單片機(jī)年產(chǎn)量已達(dá)十多億片,通常是當(dāng)年微處理器產(chǎn)量的4-5倍以上。用最少的芯片就能實(shí)現(xiàn)最強(qiáng)大的功能,這是將來(lái)電子產(chǎn)品的主流方向,它將無(wú)可置疑地一步步取代其它同類產(chǎn)品,其數(shù)量之大和應(yīng)用面之廣,是其它任何類型的計(jì)算機(jī)所無(wú)法比擬的。以基于單片機(jī)的萬(wàn)年歷作為設(shè)計(jì)的課題,因?yàn)樗泻芎玫拈_放性和可發(fā)揮性,對(duì)作者的要求比較高,不僅考察了對(duì)單片機(jī)的掌握能力而且強(qiáng)調(diào)了對(duì)單片機(jī)擴(kuò)展的應(yīng)用。另外液晶顯示的萬(wàn)年歷已經(jīng)越來(lái)越流行,特別適合在家庭居室、辦公室、大廳、會(huì)議室、車站和廣場(chǎng)等地方使用,它具有顯示清晰直觀、走時(shí)準(zhǔn)確、可以進(jìn)行夜視等功能,并且還可以擴(kuò)展出其它多種功能。所以,電子萬(wàn)年歷作為設(shè)計(jì)課題很有價(jià)值。2.內(nèi)容設(shè)計(jì)A,單片機(jī)芯片選擇:采用STC89C52芯片,STC89C52是一種低功耗、高性能的8位CMOS微控制器,具有8K的可編程Flash存儲(chǔ)器。同樣具有AT89S51的功能,且具有在線編程可擦除技術(shù),當(dāng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí),由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí),不需要對(duì)芯片多次拔插,所以不會(huì)對(duì)芯片造成損壞,因此選擇采用STC89C52作為主控制系統(tǒng)核心。B.顯示模塊選擇:采用1602液晶顯示屏,該液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大,內(nèi)置192種字符,可顯示大量符號(hào)、數(shù)字,清晰可見,而且功率消耗小壽命長(zhǎng)抗干擾能力強(qiáng)。所以在此設(shè)計(jì)中采用1602液晶顯示屏。C.時(shí)鐘芯片選擇:采用DS1302時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘,DS1302芯片是一種高性能的時(shí)鐘芯片,可自動(dòng)對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月、年進(jìn)行計(jì)數(shù),而且精度高,位的RAM做為數(shù)據(jù)暫存區(qū),工作電壓2.5V~5.5V范圍內(nèi),2.5V時(shí)耗電小于300nA。所以本設(shè)計(jì)采用DS1302時(shí)鐘芯片。原理圖系統(tǒng)整體的設(shè)計(jì)框圖:為使時(shí)鐘走時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一致,校時(shí)電路是必不可少的,鍵盤模塊用來(lái)校正液晶上顯示的時(shí)間;STC89C52單片機(jī)通過(guò)輸出各種電脈沖信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)控制各部分正常工作;而系統(tǒng)的時(shí)間數(shù)據(jù)則最終通過(guò)液晶模塊顯示出來(lái)。在STC89C52芯片上,擁有靈巧的8位CPU和在線系統(tǒng)可編程Flash,使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能:8K字節(jié)Flash,256字節(jié)RAM,32位I/O口線,看門狗定時(shí)器,2個(gè)數(shù)據(jù)指針,三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu),全雙工串行口,片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外,STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作,支持2種軟件可選擇節(jié)電模式??臻e模式下,CPU停止工作,允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下,RAM內(nèi)容被保存,振蕩器被凍結(jié),單片機(jī)一切工作停止,直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。引腳排列如圖所示。從引腳功能來(lái)看,可將引腳分為三部分:1、電源及時(shí)鐘引腳VCC:接+5V電源;VSS:接地;XTAL1和XTAL2:時(shí)鐘引腳,外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí),此兩引腳端用于外接石英晶體和微調(diào)電容;當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí),用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。2、控制引腳RST/VPT:RST是復(fù)位信號(hào)輸入端,VPT是備用電源輸入端。當(dāng)RST輸入端保持2個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí),單片機(jī)完成復(fù)位初始化操作。當(dāng)主電源VCC發(fā)生故障而突然下降到一定低電壓或斷電時(shí),第2功能VPT將為片內(nèi)RAM提供電源以保護(hù)片內(nèi)RAM中的信息不丟失。ALE/PROG:地址鎖存允許信號(hào)輸出端。在存取外存儲(chǔ)器時(shí),用于鎖存低8位地址信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)正常工作后,ALE端就會(huì)周期性地以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6固定頻率向外輸出正脈沖信號(hào)。此引腳的第2功能PROG是對(duì)片內(nèi)帶有4K字節(jié)EPROM的8751固化程序時(shí),作為編程脈沖輸入端。PSEN:程序存儲(chǔ)允許輸出端。是片外程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào),低電平有效。CPU從外部程序存儲(chǔ)器取指令時(shí),PSEN信號(hào)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生負(fù)脈沖,作為外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。EA/VPP:程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端。當(dāng)EA為高電平時(shí),CPU執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器指令,但當(dāng)PC中的值超過(guò)0FFFFH時(shí),將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器指令;當(dāng)EA為低電平時(shí),CPU只執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器指令。對(duì)8031單片機(jī),EA必須接低電平。在8751中,當(dāng)對(duì)片內(nèi)EPROM編程時(shí),該端接21V的編程電壓。3、I/O口引腳P0.0~P0.7:P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口,每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí),引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。P1.0~P1.7:P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。作為輸出口,每位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。此外,P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入(P1.0/T2)和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入(P1.1/T2EX)。在flash編程和校驗(yàn)時(shí),P1口接收低8位地址字節(jié)。P2.0~P2.7:P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。作為輸出口,每位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),P2口送出高八位地址。在使用8位地址訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí),P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3.0~P3.7:P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。作為輸出口,每位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。P3口亦作為STC89C52特殊功能(第二功能)使用。在flash編程和校驗(yàn)時(shí),P3口也接收一些控制信號(hào)。一、復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位電路是使單片機(jī)的CPU或系統(tǒng)中的其他部件處于某一確定的初始狀態(tài),并從這上狀態(tài)開始工作。(1)單片機(jī)常見的復(fù)位電路通常單片機(jī)復(fù)位電路有兩種:上電復(fù)位電路,按鍵復(fù)位電路。上電復(fù)位電路:上電復(fù)位是單片機(jī)上電時(shí)復(fù)位操作,保證單片機(jī)上電后立即進(jìn)入規(guī)定的復(fù)位狀態(tài)。它利用的是電容充電的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。按鍵復(fù)位電路:它不僅具有上電復(fù)位電路的功能,同時(shí)它的操作比上電復(fù)位電路的操作要簡(jiǎn)單的多。如果要實(shí)現(xiàn)復(fù)位的話,只要按下RESET鍵即可。它主要是利用電阻的分壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的在此設(shè)計(jì)中,采用的按鍵復(fù)位電路。按鍵復(fù)位電路如圖所示。復(fù)位電路(2)復(fù)位電路工作原理上電復(fù)位要求接通電源后,單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。上電瞬間RESET引腳獲得高電平,隨著電容的充電,RERST引腳的高電平將逐漸下降。RERST引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間(2個(gè)機(jī)器周期),單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。上電與按鍵均有效的復(fù)位電路不僅在上電時(shí)可以自動(dòng)復(fù)位,而且在單片機(jī)運(yùn)行期間,利用按鍵也可以完成復(fù)位操作2、晶振電路的設(shè)計(jì)晶振電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào),而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互關(guān)系。單片機(jī)本身就如一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路,為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn),電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地工作。通常在引腳Xl和X2跨接石英晶體和兩個(gè)補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器,如圖中X2、C3、C4??梢愿鶕?jù)情況選擇6MHz、12MHz或24MHz等頻率的石英晶體,補(bǔ)償電容通常選擇30pF左右的瓷片電容。時(shí)鐘振蕩電路時(shí)鐘電路模塊的設(shè)計(jì)DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片,內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM,通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。圖所示為DS1302的引腳排列,其中VCC1為后備電源,VCC2為主電源。所以在主電源關(guān)閉的情況下,也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DSX1和DSX2是振蕩源,外接32.768KHz晶振用來(lái)為芯片提供計(jì)時(shí)脈沖。RST是復(fù)位/片選線,通過(guò)把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能:首先,RST接通控制邏輯,允許地址/命令序列送入移位寄存器;其次,RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時(shí),所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化,允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過(guò)程中RST置為低電平,則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送,I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電行動(dòng)時(shí),在VCC大于等于2.5V之前,RST必須保持低電平。在SCLK為低電平時(shí),才能將RST置為高電平,I/O為串行數(shù)據(jù)輸入端(雙向)。SCLK始終是輸入端。DS1302的硬件接線圖時(shí)鐘芯片DS1302的工作原理:(1)DS1302的控制字節(jié)DS1302控制字節(jié)的高有效位(位7)必須是邏輯1,如果它為0,則不能把數(shù)據(jù)寫入DS1302中,位6如果0,則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù),為1表示存取RAM數(shù)據(jù);位5至位1指示操作單元的地址;最低有效位(位0)如為0表示要進(jìn)行寫操作,為1表示進(jìn)行讀操作,控制字節(jié)總是從最低位開始輸出(2)數(shù)據(jù)輸入輸出(I/O)在控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí),數(shù)據(jù)被寫入DS1302,數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣,在緊跟8位的控制指令字后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù),讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位到高位7。(3)DS1302的寄存器DS1302有12個(gè)寄存器,其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān),存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式?!癈H”是時(shí)鐘暫停標(biāo)志位,當(dāng)該位為1時(shí),時(shí)鐘振蕩器停止,DS1302處于低功耗狀態(tài);當(dāng)該位為0時(shí),時(shí)鐘開始運(yùn)行?!癢P”是寫保護(hù)位,在任何的對(duì)時(shí)鐘和RAM的寫操作之前,“WP”必須為0。當(dāng)“WP”為1時(shí),寫保護(hù)位防止對(duì)任一寄存器的寫操作。此外,DS1302還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類:一類是單個(gè)RAM單元,共31個(gè),每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節(jié),其命令控制字為C0H~FDH,其中奇數(shù)為讀操作,偶數(shù)為寫操作;另一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器,此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個(gè)字節(jié),命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。三.獨(dú)立式鍵盤設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)鍵盤控制的方法有多種,在本系統(tǒng)中,我們采用了STC89C52單片機(jī)來(lái)進(jìn)行控制,因?yàn)閱纹瑱C(jī)可以很好的解決鍵抖動(dòng)。由若干個(gè)按鍵組成一個(gè)鍵盤,其電路結(jié)構(gòu)可分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤兩種。本設(shè)計(jì)采用的是獨(dú)立式鍵盤。鍵盤的工作方式可分為編程控制方式和中斷控制方式。CPU在一個(gè)工作周期內(nèi),利用完成其他任務(wù)的空余時(shí)間,調(diào)用鍵盤掃描子程序,經(jīng)程序查詢,若無(wú)鍵操作,則返回;若有鍵操作,則進(jìn)而判斷是哪個(gè)鍵,并執(zhí)行相應(yīng)的鍵處理程序。這種方式為編程掃描方式。由于單片機(jī)在正常應(yīng)用過(guò)程中,可能會(huì)經(jīng)常進(jìn)行鍵操作,因而編程控制方式使CPU經(jīng)常處于工作狀態(tài),在進(jìn)行本次設(shè)計(jì)中,只涉及到了設(shè)置、上調(diào)、下調(diào)三個(gè)功能。因此采用獨(dú)立式鍵盤。如下圖所示:按鍵的設(shè)計(jì)四.顯示模塊的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中由于要對(duì)時(shí)間、溫度進(jìn)行顯示,所以選擇液晶顯示屏1602模塊作為輸出。1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD,多出來(lái)的2條線是背光電源線。它可以顯示兩行,每行16個(gè)字符,采用單+5V電源供電,外圍電路配置簡(jiǎn)單,價(jià)格便宜,具有很高的性價(jià)比。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器(CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形,這些字符有:阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等,每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼,比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B(41H),顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái),我們就能看到字母“A”。管腳功能如表1所示:表1LCD1602引腳功能引腳符號(hào)功能說(shuō)明1VSS一般接地2VDD接電源(+5V)3VL液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端。4RSRS為寄存器選擇。5R/WR/W為讀寫信號(hào)線。6ENE(或EN)端為使能(enable)端,下降沿使能。7DB0低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線0位(最低位)8DB1低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線1位9DB2低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線2位10DB3低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線3位11DB4高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線4位12DB5高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線5位13DB6高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線6位14DB7高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線7位(最高位)15BL+背光電源正極16BL-背光電源負(fù)極LCD1602主要管腳介紹:V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端,接正電源時(shí)對(duì)比度最弱,接地電源時(shí)對(duì)比度最高,對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生鬼影使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。RS為寄存器選擇端,高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器,低電平時(shí)選擇指令寄存器。R/W為讀寫信號(hào)線端,高電平時(shí)進(jìn)行讀操作,低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址;當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。E為使能端,當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí),液晶模塊執(zhí)行命令。將L1602的RS端和P2.0,R/W端和P2.1,E端和P2.2相連,當(dāng)RS=0時(shí),對(duì)LCD1602寫入指令;當(dāng)RS=1時(shí),對(duì)LCD1602寫入數(shù)據(jù)。當(dāng)R/W端接高電平時(shí)芯片處于讀數(shù)據(jù)狀態(tài),反之處于寫數(shù)據(jù)狀態(tài),E端為使能信號(hào)端。當(dāng)R/W為高電平,E端也為高電平,RS為低電平時(shí),液晶顯示屏顯示需要顯示的示數(shù)。圖為1602液晶顯示屏與單片機(jī)的硬件連接圖。圖LCD液晶與單片機(jī)硬件連線圖程序流程圖總流程DS1302時(shí)鐘程序流程圖LCD顯示程序流程圖DS1302讀寫程序DS1302是SPI總線驅(qū)動(dòng)方式。它不僅要向寄存器寫入控制字,還需要讀取相應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù)。要想與DS1302通信,首先要先了解DS1302的控制字。DS1302的控制字如圖5.4所示。DS1302的控制字控制字總是從最低位開始輸出。在控制字指令輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí),數(shù)據(jù)被寫入DS1302,數(shù)據(jù)輸入從最低位(0位)開始。同樣,在緊跟8位的控制字指令后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿,讀出DS1302的數(shù)據(jù),讀出的數(shù)據(jù)也是從最低位到最高位。數(shù)據(jù)讀寫時(shí)序如圖5.5、5.6所示。圖5.5單字節(jié)讀圖5.6單字節(jié)寫在進(jìn)行任何數(shù)據(jù)傳輸時(shí),RST必須被置高電平,每個(gè)SCLK為上升沿時(shí)數(shù)據(jù)被輸入,下降沿時(shí)數(shù)據(jù)被輸出。先把RST置低,禁止數(shù)據(jù)傳輸,SCLK置低,清零時(shí)鐘總線,RST再置高,允許數(shù)據(jù)傳輸。傳送完成后,RST置低,禁止字節(jié)的傳送。程序見附錄二。5.2.2液晶顯示程序1602通過(guò)D0~D7的8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令,其模塊內(nèi)的控制器有11條控制指令。當(dāng)液晶顯示屏的接口電路與單片機(jī)系統(tǒng)I/O按照并行數(shù)據(jù)傳輸方式連接完成以后,即可以對(duì)STC89C52單片機(jī)進(jìn)行編程。在液晶屏完成顯示之前首先要對(duì)液晶進(jìn)行初始化。5.結(jié)論萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)的所有內(nèi)容就介紹完了,通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)較系統(tǒng)地掌握有關(guān)單片機(jī)控制的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)

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