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文檔簡介
1、<p> 本科畢業(yè)論文(設計)</p><p> 論文題目:多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)</p><p> 姓名:</p><p> 學號:</p><p> 班級:通信0902班</p><p> 年級:09級</p><p> 專業(yè):通信工程</p><p> 系部:
2、信息工程系</p><p> 指導教師:</p><p> 完成時間:2013年5月16日</p><p><b> 多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)</b></p><p><b> X X</b></p><p> Multi-channelDataAcquisitionSyst
3、em </p><p><b> X x</b></p><p><b> 摘 要</b></p><p> 隨著計算機技術的飛速發(fā)展和普及,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也迅速地得到應用?;趩纹瑱C的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到了廣泛的應用。數(shù)據(jù)采集是工、農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)中至關重要的一環(huán),在醫(yī)藥、化工、食品、等領域的生產(chǎn)過程中,往往需要隨時檢測各生
4、產(chǎn)環(huán)節(jié)的溫度、濕度、流量及壓力等參數(shù)。同時,還要對某一檢測點任意參數(shù)能夠進行隨機查尋,將其在某一時間段內(nèi)檢測得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過轉換提取出來,以便進行比較,做出決策,調(diào)整控制方案,提高產(chǎn)品的合格率,產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益。</p><p> 數(shù)據(jù)采集與通信控制采用了模塊化的設計,數(shù)據(jù)采集與通信控制采用了單片機AT89S52來實現(xiàn),硬件部分是以單片機為核心,還包括A/D模數(shù)轉換模塊,顯示模塊,和串行接口部分。該系統(tǒng)從機負責
5、數(shù)據(jù)采集并應答主機的命令。8路被測電壓通過模數(shù)轉換器ADC0809進行模數(shù)轉換,實現(xiàn)對采集到的數(shù)據(jù)進行模擬量到數(shù)字量的轉換,并將轉換后的數(shù)據(jù)通過串行口MAX232傳輸?shù)缴衔粰C,由上位機負責數(shù)據(jù)的接受、處理和顯示,并用LED數(shù)碼顯示器來顯示所采集的結果。軟件部分應用VC++編寫控制軟件,對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、模數(shù)轉換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)通信等程序進行了設計</p><p> 關鍵字::數(shù)據(jù)采集 89C52單片機
6、ADC0809 MAX232</p><p><b> Abstract</b></p><p> With the rapid development and popularization of computer technology, data acquisition systems quickly. Microcontroller-based data ac
7、quisition system has been widely used. For data acquisition, control system of agriculture a vital part in the pharmaceutical, chemical, food, and other areas of the production process, often need to be detected at any t
8、ime parameters of each production process, temperature, humidity, flow, and pressure. The same time, but also to carry out a detection point any pa</p><p> Key words: data acquisition AT89C52 ADC0809
9、 MAX232</p><p><b> 目 錄</b></p><p><b> 1 引 言7</b></p><p> 1.1 課題研究背景及意義7</p><p> 1.2 該課題的研究內(nèi)容7</p><p><b> 2 數(shù)據(jù)采集
10、9</b></p><p> 2.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9</p><p> 2.2方案論證10</p><p> 2.2.1 A/D模數(shù)轉換的選擇10</p><p> 2.2.2單片機的選擇10</p><p> 2.2.3 串行口的選擇10</p><p> 2.
11、2.4 顯示部分11</p><p> 2.2.5 按鍵11</p><p> 3 硬件部分13</p><p> 3.1 主機部分13</p><p> 3.1.1 主機部分原理圖設計13</p><p> 3.1.2 單片機14</p><p> 3.1.3 LED
12、數(shù)碼顯示器的應用原理18</p><p> 3.2 從機部分19</p><p> 3.2.1 從機的電路原理圖設計19</p><p> 3.2.2 單片機之間的通信20</p><p> 3.2.3 模數(shù)轉換器ADC080925</p><p><b> 4軟件部分28</b&
13、gt;</p><p> 4.1 簡介KeilUvision228</p><p> 4.2 主機程序設計32</p><p> 4.3 從機部分程序設計36</p><p><b> 5調(diào)試結果38</b></p><p><b> 結 論43</b>
14、;</p><p><b> 致謝44</b></p><p><b> 參考文獻 45</b></p><p><b> 附 錄47</b></p><p><b> 附件147</b></p><p>&l
15、t;b> 附件248</b></p><p><b> 1 引 言</b></p><p> 1.1 課題研究背景及意義</p><p> 數(shù)據(jù)采集是信息科學的一個主要組詞成部分,信息技術的核心是信息獲取,通信和計算機技術,常被稱為3C技術,其中信息獲取是基礎和前提。數(shù)據(jù)采集是獲取信息的主要手段,它隨著科學技術的
16、進步而得到迅速發(fā)展。目前各種各樣的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已得到廣泛應用,新型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)仍不斷涌現(xiàn)。</p><p> 隨著科學技術的發(fā)展與普及,數(shù)字設備正越來越多地取代模擬設備,在生產(chǎn)過程控制和科學研究等廣泛領域中,計算機控制技術正發(fā)揮著越來越主要的作用,然而外部世界的大部分信息是以連續(xù)變化的物理量形式出現(xiàn)的,例如溫度、壓力、位移、速度等。要將這些信息送入計算機進行處理,就必須先將這些連續(xù)的物理量離散化,并進行量化編碼
17、,從而變成數(shù)字量,這個過程就是數(shù)據(jù)采集。</p><p> 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計算機與外部世界聯(lián)系的橋梁。數(shù)據(jù)采集技術是信息科學的主要組成部分,它是以傳感器技術、信號檢測與處理、電子學、計算機技術等方面技術為基礎而形成的一個綜合應用技術學科,已廣泛應用于國民經(jīng)濟和國防建設的各個領域,并且隨著科學技術的發(fā)展,尤其是計算機技術的發(fā)展與普及,數(shù)據(jù)采集技術有廣闊的發(fā)展前景。</p><p> 在國
18、際上技術先進的國家,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已成功的運用到軍事、航空電子設備及宇航技術、工業(yè)等領域。由于集成電路制造技術的不斷提高,出現(xiàn)了高性能、高可靠的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)。數(shù)據(jù)采集技術已經(jīng)成為一種專門的技術,在工業(yè)領域得到了廣泛的應用。該階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用模塊式結構,根據(jù)不同的應用要求,通過簡單的增加和更改模塊,并結合系統(tǒng)編程,就可擴展或修改系統(tǒng),迅速組成一個新的系統(tǒng)。這就使得以單片機為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在許多領域得到了廣泛的應用。
19、</p><p> 1.2 該課題研究的主要內(nèi)容</p><p> 數(shù)據(jù)采集技術是信息科學的重要分支之一, 它研究信息數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理以及控制等問題。它是對傳感器信號的測量與處理, 以微型計算機等高技術為基礎而形成的一門綜合應用技術。數(shù)據(jù)采集也是從一個或多個信號獲取對象信息的過程。隨著微型計算機技術的飛速發(fā)展和普及,數(shù)據(jù)采集監(jiān)測已成為日益重要的檢測技術,廣泛應用于工農(nóng)業(yè)等需要同時
20、監(jiān)控溫度、濕度和壓力等場合。數(shù)據(jù)采集是工業(yè)控制等系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié),通常采用一些功能相對獨立的單片機系統(tǒng)來實現(xiàn),作為測控系統(tǒng)不可缺少的部分,數(shù)據(jù)采集的性能特點直接影響到整個系統(tǒng)?!?lt;/p><p> 盡管現(xiàn)在以微機為核心的可編程數(shù)據(jù)采集與處理技術作為數(shù)據(jù)采集技術的發(fā)展方向得到了迅速的發(fā)展,并且適于通用微機(如IBM PC 系列) 使用的板卡級數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品也已大量出現(xiàn),組成一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡單到只需要一塊數(shù)據(jù)采集卡
21、,把它插在微機的擴展槽內(nèi),并輔以應用軟件,就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能,但這并不會對基于單片機為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生影響,因為單片機功能強大、抗干擾能力強、可靠性高、靈活性好、開發(fā)容易等優(yōu)點,使得基于單片機為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在許多領域得到了廣泛的應用.</p><p> 傳統(tǒng)的基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由于沒有上位機的支持,不管采用什么樣的數(shù)據(jù)存儲器,它的存儲容量都是有限的,所以不得不對存儲的歷史數(shù)據(jù)進行覆蓋刷新,這
22、樣不利于用戶對數(shù)據(jù)進行整體分析,因而也不能對生產(chǎn)過程的狀況進行準確的把握。</p><p> 本系統(tǒng)采用下位機負責模擬數(shù)據(jù)的采集,從單片機負責采集八路數(shù)據(jù),并應答主機發(fā)送的命令,上位機即主機是負責處理接受過來的數(shù)字量的處理及顯示,主機和從機之間用RS-232進行通信。這樣用戶可以在上位機上編寫各種程序?qū)ξ募械臄?shù)據(jù)進行有效查詢和分析,有利于工業(yè)過程的長期正常運行和檢查。該系統(tǒng)采用的是AT89S52單片機,此芯片
23、功能比較強大,能夠滿足設計要求。</p><p><b> 第二章 數(shù)據(jù)采集</b></p><p> 2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)</p><p> 數(shù)據(jù)采集,又稱數(shù)據(jù)獲取,是利用一種裝置,從系統(tǒng)外部采集數(shù)據(jù)并輸入到系統(tǒng)內(nèi)部的一個接口。數(shù)據(jù)采集技術廣泛引用在各個領域。</p><p> 70年代初,隨著計算機技術及大
24、規(guī)模集成電路的發(fā)展,特別是微處理器及高速A/D轉換器的出現(xiàn),數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結構發(fā)生了重大變革。原來由小規(guī)模集成的數(shù)字邏輯電路及硬件程序控制器組成的采集系統(tǒng)被微處理器控制的采集系統(tǒng)所代替。由微處理器去完成程序控制,數(shù)據(jù)處理及大部分邏輯操作,使系統(tǒng)的靈活性和可靠性大大地提高,系統(tǒng)硬件成本和系統(tǒng)的重建費用大大地降低。</p><p> 在該系統(tǒng)中需要將模擬量轉換為數(shù)據(jù)量,而 A/D是將模擬量轉換為數(shù)字量的器件,他需要考
25、慮的指標有:分辨率、轉換時間、轉換誤差等等。而單片機是該系統(tǒng)的基本的微處理系統(tǒng),它完成數(shù)據(jù)讀取、處理及邏輯控制,數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫幌盗械娜蝿?。在該系統(tǒng)中采用的是8051系列的單片機。雙機通信的串行口可以采用RS232C標準接口,由芯片MAX232實現(xiàn)雙機的通信。而數(shù)據(jù)的顯示則采用的是LED數(shù)碼管,該器件比較簡單,在生活中接觸也較多。</p><p> 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由信號調(diào)理電路,多路切換電路,采樣保持電路,A/D
26、,單片機等組成。</p><p> 完成畢業(yè)設計所需要的系統(tǒng)框圖如圖2.1所示:</p><p><b> 圖2.1 系統(tǒng)框圖</b></p><p><b> 2.2 方案論證</b></p><p> 2.2.1 A/D模數(shù)轉換的選擇</p><p> A/D轉
27、換器的種類很多,就位數(shù)來說,可以分為8位、10位、12位和16位等。位數(shù)越高其分辨率就越高,價格也就越貴。A/D轉換器型號很多,而其轉換時間和轉換誤差也各不相同。</p><p> (1)逐漸逼近式A/D轉換器:它是一種速度快、精度較高、成本較低的直接式轉換器,其轉換時間在幾微秒到幾百微秒之間。</p><p> (2)雙積分A/D轉換器:它是一種間接式的A/D轉換器,優(yōu)點是抗干擾能力
28、強,精度比較高,缺點是數(shù)度很慢,適用于對轉換數(shù)度要求不高的系統(tǒng)。</p><p> (3)并行式A/D轉換器:它又被稱為flash(快速)型,它的轉換數(shù)度很高,但她采用了很多個比較器,而n位的轉換就需要2n-1個比較器,因此電路規(guī)模也極大,價格也很貴,只適用于視頻A/D轉換器等數(shù)度特別高的領域。</p><p> 鑒于上面三種方案,在價格、轉換速度等多種標準考量下,在本設計選用的是逐漸
29、逼近式A/D轉換器——ADC0809.</p><p> 2.2.2單片機的選擇</p><p> 單片機是一種面向大規(guī)模的集成電路芯片,是微型計算機中的一個重要的分支。此系統(tǒng)是由CPU、隨即存取數(shù)據(jù)存儲器、只讀程序存儲器、輸入輸出電路(I/O口),還有可能包括定時/計數(shù)器、串行通信口、顯示驅(qū)動電路(LCD和LED驅(qū)動電路)、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉換器及A/D轉換器等電路集成到一個單
30、塊芯片上,構成了一個最小但完善的計算機任務。單片機要使用特定的組譯和編譯軟件編譯程序,在用keiluvision2把程序下載到單片機內(nèi)。</p><p> 而本設計選用的是AT89C52.</p><p> 2.2.3 串行口的選擇</p><p> 該串行口我選用了標準RS-232C接口,它是電平與TTL電平轉換驅(qū)動電路。常用的芯片是MAX232,MAX23
31、2的優(yōu)點是:</p><p> ?。?)一片芯片可以完成發(fā)送轉換和接收轉換的雙重功能。</p><p> ?。?)單一電源+5V供電</p><p> (3)它的電路設計與連接比較簡單而且功能齊全。</p><p> 2.2.4 顯示部分</p><p> LED數(shù)碼顯示管是一種由LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯
32、示器件。它使用了8個LED顯示管,其中7個用于顯示字符,1個用來顯示小數(shù)點,故通常稱之為八段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。對LED數(shù)碼顯示器的控制可以采用按時間向它提供具有一定驅(qū)動能力的位選和段選信號。LED數(shù)碼顯示有動態(tài)掃描顯示法和靜態(tài)顯示。在單片機中,為了節(jié)省硬件資源,多采用動態(tài)掃描顯示法。</p><p><b> 2.2.5 按鍵</b></p><p> 鍵盤是
33、一種常見的輸入設備,用戶可以向計算機輸入數(shù)據(jù)或命令。根據(jù)案件的識別方法分類,有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。通過硬件識別的鍵盤稱編碼鍵盤;通過軟件識別的鍵盤成為非編碼鍵盤。非編碼鍵盤有兩種接口方法:一種是獨立按鍵接口;另一種是矩陣式按鍵接口。</p><p><b> 1、獨立按鍵接口</b></p><p> 在單片機中,如果所需的按鍵較少,可采用獨立式鍵盤。每只按
34、鍵接單片機的一條I/O線,通過對線的查詢,即可識別各按鍵的狀態(tài)。如圖2.2所示。4只按鍵分別宇單片機的P1.0~P1.3I/O線上。無按鍵按下時,P1.0~P1.3線上均輸入高電平。當某按鍵按下時,與其相連的I/O線將得到低電平輸入。</p><p> 圖2.2 獨立按鍵接口圖</p><p><b> 2.矩陣式按鍵接口</b></p><p
35、> 在單片機中需要的按鍵較多時,通常把鍵排成矩陣形式,這樣可以節(jié)省硬件資源。如對于20只按鍵接口,如采用按鍵獨立方式,需要20個I/O口。如采用矩陣式按鍵方式,則只需要9個I/O 口。如圖2.3所示。單片機系統(tǒng)中的非編碼式鍵盤程序主要由判別是否有鍵按下子程序、鍵的識別子程序、找到閉合鍵后,讀入相應的鍵值,再轉到相應的鍵處理程序幾個部分組成。</p><p> 圖2.3 矩陣式按鍵接口圖</p>
36、;<p> 在該系統(tǒng)中所用到的按鍵有9個,所以采取矩陣式按鍵接口方式。</p><p><b> 第三章 硬件部分</b></p><p><b> 3.1 主機部分 </b></p><p> 該系統(tǒng)是一個主從式多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),主機和從機均用單片機實現(xiàn),它的主機部分負責數(shù)據(jù)處理和顯示,主機和從機之
37、間用RS-232進行通信。它由AT89S52、MAX232、LED數(shù)碼顯示器組成。</p><p> 3.1.1 主機部分原理圖設計</p><p> 由于主機要對從機有一個命令,所以用到按鍵,將按鍵接到單片機AT89C52的P3.4的端口上,按鍵的一端接地,當P3.4這條I/O線是一個低電平時,則表示按鍵按下。主機還要負責對采集到的數(shù)據(jù)進行處理和LED顯示,用兩個74HC573,一個
38、與單片機AT89C52的P2.7口相連用于位選,一個與單片機AT89C52的P2.6口相連用于段選。單片機的P0口的8位數(shù)據(jù)線與用于段選的74HC573的D0~D7相連,用于數(shù)碼管上具體的數(shù)字的顯示。單片機P0口的八位數(shù)據(jù)線與用于位選的74HC573的D0~D7相連,用于在哪個數(shù)碼管上顯示。主機跟從機的連接,又涉及到一個串行口雙機通信的問題,根據(jù)單片機雙機通信距離、抗干擾性等要求,選擇RS-232C串行接口方法,選擇串行口MAX232來
39、連接主機和從機,將MAX232的11、12腳分別與單片機AT89C52的P3.1,P3.2腳相連,再將MAX232上的13、14腳分別與db-9的3、6腳相連。單片機AT89C52的18、19腳與它的晶振電路相連,第9腳與它的復位電路相連。其原理圖如圖3.1所示</p><p> 圖3.1 主機部分電路原理圖</p><p><b> 3.1.2 單片機</b>&
40、lt;/p><p><b> ?。?)單片機的概述</b></p><p> 單片機是一種集成的電路芯塊采用了超大規(guī)模技術把具有運算能力(如算術運算、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU),隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM),只讀程序存儲器(ROM),輸入輸出電路(I/O口),可能還包括定時計數(shù)器,串行通信口(SCI),顯示驅(qū)動電路(LCD或LED驅(qū)動電路),脈寬
41、調(diào)制電路(PWM),模擬多路轉換及A/D轉換器等電路集成到一塊單片機上,構成一個最小然而很完善的計算機系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準確快速的完成程序設計者事先規(guī)定的任務。總的而言單片機的特點可以歸納為以下幾個方面:集成度高、存儲容量大、外部擴展能力強、控制功能強、低電壓、低功耗、性能價格比高、可靠性高這幾個方面。[8]</p><p> 單片機按內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的寬度,可分為4位、8位、16位及32位單片機。它們
42、被應用在不同領域里,8位單片機由于功能強大,被廣泛的應用在工業(yè)控制、智能接口、儀表儀器等各個領域。8位單片機在中、小規(guī)模應用場合仍占主流地位,代表了單片機的發(fā)展方向,在單片機應用領域發(fā)揮越來越大的作用。隨著移動通訊、網(wǎng)絡技術、多媒體技術等高科技產(chǎn)品進入家庭,32位單片機應用得到了長足發(fā)展??v觀單片機的發(fā)展過程,可以預示單片機的發(fā)展趨勢:</p><p><b> 微型單片化</b><
43、/p><p><b> 低功耗CMOS</b></p><p><b> 3、與多品種共存</b></p><p> 4、可靠性和應用水平越來越高</p><p> 單片機有著微處理器所不具備的功能,它可以獨立地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能這就是單片機的最大特點。然而單片機又不同于單板
44、機,芯片在沒有開發(fā)前,它只是具備功能極強的超大規(guī)模集成電路,如果賦予它特定的程序,它便是一個最小的、完整的微機控制系統(tǒng)。它與單板機或個人電腦有著本質(zhì)的區(qū)別,單片機屬于芯片級應用,需要用戶了解單片機芯片的結構和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應用技術和系統(tǒng)設計所需要的理論和技術,用這樣特定的芯片設計應用程序,從而使芯片具備特定的智能。[8]</p><p> ?。?) 簡介AT89C52</p><p&
45、gt; AT89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造,與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程,亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上,擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash,使AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。[8]</p><p>
46、 AT89S52具有以下標準功能: 8k字節(jié)Flash,256字節(jié)RAM,32 位I/O 口線,看門狗定時器,2 個數(shù)據(jù)指針,三個16 位定時器/計數(shù)器,一個6向量2級中斷結構,全雙工串行口,片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外,AT89S52 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、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下,RAM內(nèi)容被保存,振蕩器被凍結,單片機一切工作停止,直到
47、下一個中斷或硬件復位為止。[8]其引腳圖,如圖3.2所示</p><p> 圖3.2 AT89C52的引腳圖</p><p> 它一共有40個引腳,引腳又分為四類。其中有四個電源引腳,用來接入單片機的工作電源。工作電源又分主電源、備用電源和編程電源。還有兩個時鐘引腳XTAL1、XTAL2。還有由P0口、P1口、P2口、P3口的所有引腳構成的單片機的輸入/輸出(I\O)引腳。最后一種是控
48、制引腳,控制引腳有四條,部分引腳具有復位功能。</p><p> 綜上所述,單片機的引腳特點是:</p><p> 單片機多功能,少引腳,使得引腳復用現(xiàn)象較多。</p><p> 單片機具有四種總線形式:P0和P2組成的16位地址地址總線;P0分時復用為8位數(shù)據(jù)總線;ALE、PSEN、RST、EA和P3口的INT0、INT1、T0、T1、WR、RD以及P1口的
49、T2、T2EX組成控制總線;而P3口的RXD、TXD組成串行通信總線。</p><p> 89C52單片機的主要功能</p><p> ?與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容</p><p> 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器</p><p> ?1000次擦寫周期</p><p> ?全靜態(tài)操作:0Hz~33H
50、z</p><p> ?三級加密程序存儲器</p><p> ?32個可編程I/O口線</p><p> ?三個16位定時器/計數(shù)器</p><p><b> ?八個中斷源</b></p><p> ?全雙工UART串行通道</p><p> ?低功耗空閑和掉電
51、模式</p><p><b> ?掉電后中斷可喚醒</b></p><p><b> ?看門狗定時器</b></p><p><b> ?雙數(shù)據(jù)指針</b></p><p><b> ?掉電標識符</b></p><p>
52、 3.1.3 LED數(shù)碼顯示器的應用原理</p><p> 簡單的講,LED數(shù)碼顯示器就是由發(fā)光二極管組成的,其內(nèi)部結構如圖3.3所示,LED數(shù)碼顯示器有兩種連接方式:</p><p> ?。?)共陰極接法:把發(fā)光二極管的陰極連在一起構成公共陰極,使用時公共陰極接地。每個發(fā)光二極管的陽極與輸入端相連。如圖3.4所示</p><p> ?。?)共陽極接法。把發(fā)光二極
53、管的陽極連在一起構成公共陽極,使用時公共陽極接+5V,每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。如圖3.5所示</p><p> 圖3.2 LED內(nèi)部結構 圖3.3 共陰極接法 圖3.4 共陽極接法</p><p> 為了顯示字符,要為LED顯示器提供顯示段碼(或稱字形代碼),組成一個“8”字的七段,再加上1個小數(shù)點位,共計八段。各段位碼位的對應關
54、系如表3.1所示。[8]</p><p> 表3.1 段位碼對應關系</p><p><b> 3.2 從機部分 </b></p><p> 該系統(tǒng)的從機負責A/D模數(shù)轉換,并應答主機的命令,需要用到ADC0809、AT59C52,又由于它們兩個的時鐘頻率不一樣,所以又要用到一個74LS74。</p><p>
55、 3.2.1 從機的電路原理圖設計</p><p> 該部分需要對模擬量進行一次模數(shù)轉換,則要用到一個ADC0809,又因為它們之間的時鐘頻率不一樣又需要用到一個74LS74對其進行一個二分頻的工作,這個只需要將74LS74的第3根引腳與單片機AT89C52的第30根引腳相連,將74LS74 的第9根引腳與ADC0809的時鐘信號引腳相連。單片機AT89C52的P0口與ADC0809的D0~D7相連,而ADC
56、0809的ADDA、ADDB、ADDC分別與P0口的低三位相連。其用到的MAX232與主機部分的電路連接方法一樣。其電路圖如3.5所示</p><p> 圖3.5 從機部分電路設計圖</p><p> 3.2.2 單片機之間的通信</p><p> ?。?)串口通信RS-232C</p><p> 計算機與計算機或計算機與終端之間的數(shù)據(jù)
57、傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低,特別是在遠程傳輸時,避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊時,要求通訊雙方都采用一個標準接口,使不同的設備可以方便地連接起來進行通訊。 RS-232-C接口(又稱 EIA RS-232-C)是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標 準。它
58、的全名是“數(shù)據(jù)終端設備(DTE)和數(shù)據(jù)通訊設備(DCE)之間 串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術標準”該標準規(guī)定采用一個25個腳的 DB25連接器,對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定,還對各種信號的電平加以規(guī)定。</p><p> ?。?)接口的信號內(nèi)容 實際上RS-232-C的25條引線中有許多是很少使用的,在計算機與終端通訊中一般只使用3-9條引線。RS-232-C最常用的9條引線的信號內(nèi)容。見表3.2所示<
59、/p><p> ?。?)接口的電氣特性 在RS-232-C中任何一條信號線的電壓均為負邏輯關系。即:邏輯“1”,-5— -15V;邏輯“0” +5— +15V 。噪聲容量為2V。即要求接收器能識別低至+3V的信號作為邏輯“0”,高于—3V的信號作為邏輯“1”。 </p><p> 表3.2 常用引線的信號內(nèi)容</p><p> ?。?)接口的物理結構 RS-232C
60、接口連接器一般使用型號為DB-25的25芯插頭座,通常插頭在DCE端,插座在DTE端。一些設備與PC機連接的RS-232-C接口,因為不使用對方的傳送控制信號,只需三條接口線,即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號地”。所以采用DB-9的9芯插頭座,傳輸線采用屏蔽雙絞線。兩個DB-9的連接如圖3.6所示</p><p> 圖3.6 兩個DB-9的連接圖</p><p> ?。?)傳輸電纜長
61、度 由RS-232C標準規(guī)定在碼元畸變小于4%的情況下,傳輸電纜長度應為50英尺,其實這個4%的碼元畸變是很保守的,在實際應用中,約有99%的用戶是按碼元畸變10-20%的范圍工作的,所以實際使用中最大距離會遠超過50英尺。 </p><p> (2) 簡介MAX232</p><p> MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標準串口設計的接口電路,使用+5v單電源供電,可
62、以實現(xiàn)TTL電平與RS-232C電平相互轉換的IC芯片。</p><p> MAX內(nèi)部結構圖如圖3.7所示</p><p> 圖3.7 MAX232的內(nèi)部結構圖</p><p> 內(nèi)部結構基本可分三個部分:</p><p> 第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源,提供給R
63、S-232串口電平的需要。</p><p> 第二部分是數(shù)據(jù)轉換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳(R1IN)、12腳(R1OUT)、11腳(T1IN)、14腳(T1OUT)為第一數(shù)據(jù)通道。8腳(R2IN)、9腳(R2OUT)、10腳(T2IN)、7腳(T2OUT)為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OU
64、T送到電腦DB9插頭;DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。</p><p> 第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC(+5v)。</p><p> 引腳結構圖如圖3.8所示:</p><p> 圖3.8 MAX232的引腳結構圖</p><p> 其中引腳1
65、-6(C1+、V+、C1_、C2+、C2-、V-)用于電源電壓轉換,只要在外部接入相應電解電容即可;引腳7-10和引腳11-14構成兩組TTL信號電平與RS-232C信號電平的轉換電路,對應引腳可直接與單片機串行口的TTL電平引腳和PC的RS-232C電平引腳相連。</p><p> 單片機與MAX232的連接如圖3.9所示</p><p> 圖3.9 單片機與MAX232的連接圖&l
66、t;/p><p> 3.2.3 模數(shù)轉換器ADC0809</p><p> 在我們所測控的信號中軍事連續(xù)變化的物理量,而要對這些信號進行處理,則需要將其轉換為數(shù)字量,A/D轉換器就是為了將連續(xù)變化的模擬量轉換成計算機能接受的數(shù)字量。</p><p> 按模擬量轉換成數(shù)字量的原理可以分為3種:雙積分式、逐次逼近式及并行式A/D轉換器。而該系統(tǒng)選用的是ADC0809,
67、下面就具體的介紹一下ADC0809的工作原理。</p><p><b> C0809的介紹</b></p><p> ADC0809是八通道的八位逐次逼近式A/D轉換器。由單一的5V電源供電,片內(nèi)帶有鎖存功能的8選1的模擬開關。由C、B、A的編碼來決定所選的模擬通道。轉換時間為100us。轉換誤差為1/2LSB。</p><p> 它的引
68、腳的排列及其功能,其引腳圖見3.10</p><p> 圖3.10 ADC0809的引腳圖</p><p> IN7~IN0 :八個通道的模擬輸入量。</p><p> ADDA、ADDB、ADDC:模擬通道地址線。當CBA=000時,IN0輸入,當CBA=111時,IN7輸入。</p><p> ALE:地址鎖存信號。</p&
69、gt;<p> START:轉換啟動信號,高電平有效。</p><p> D7~D0:數(shù)據(jù)輸出線。三態(tài)輸出,D7是最高位,D0是最低位。</p><p> OE:輸出允許信號,高電平有效。</p><p> CLK:時鐘信號,最高頻率為 640KHZ。</p><p> EOC:轉換結束狀態(tài)信號。上升沿后高電平有效。&
70、lt;/p><p> Vcc:+5V電源。</p><p> Vref:參考電壓。</p><p> 2、ADC0809時序圖及其接口電路</p><p> ADC0809的時序圖如圖3.11所示:</p><p> 圖3.11 ADC0809的時序圖</p><p> 其工作過程是:A
71、LE的上升沿將A、B、C端選擇的通道地址鎖存到8位A/D轉換器的輸入端。START的下降驗啟動8位A/D轉換器進行轉換。A/D轉換開始使EOC端輸出低電平。A/D轉換結束,EOC輸出高電平。該信號通常可作為中斷申請信號。OE為讀出數(shù)據(jù)允許信號。OE端為高電平時,可以讀出轉換的數(shù)字量。硬件電路設計時,需根據(jù)時序關系及軟件進行設計。</p><p> ADC0809與AT89C52單片機的接口方式,如圖3.12所示
72、:</p><p> 圖3.12 ADC0809與單片機的連接圖</p><p> 由于ADC0809具有輸出3態(tài)鎖存器,其八位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連。地址譯碼引腳A、B、C分別與地址總線低三位A0、A1、A2相連,以選通IN0~IN7中的一個通道。在啟動A/D轉換時,由單片機的P3.4控制A/D轉換器的地址鎖存和轉換啟動,由于ALE和START連在一起,因此AD0809在鎖
73、存通道的同時,也啟動了A/D轉換器。在讀取轉換結果時,用低電平的讀信號RD,產(chǎn)生的正脈沖作為OE信號,用以打開三態(tài)輸出鎖存器。將轉換結果輸出。而低電平的寫信號WR則表示轉換結束狀態(tài)信號。</p><p><b> 第四章 軟件部分</b></p><p> 4.1 簡介KeilUvision2</p><p> Keil提供了包括C編譯
74、器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案,通過一個集成開發(fā)環(huán)境(UVISION)將這些組合在一起。</p><p> Keil有以下幾個特點:</p><p> 全功能的源代碼編輯器;</p><p> 器件庫用來配置開發(fā)工具設置;</p><p> 項目管理器用來創(chuàng)建和維護用戶的項目;</p&g
75、t;<p> 集成的MAKE工具可以匯編、編譯和連接用戶嵌入式應用;</p><p> 所有開發(fā)工具的設置都是對話框形式的;</p><p> 真正的源代碼級的對CPU和外圍器件的調(diào)試器;</p><p> 高級GDI(AGDI)接口用來在目標硬件上進行軟件調(diào)試以及和Monitor-51進行通信</p><p><
76、b> 其使用的過程為:</b></p><p> 首先打開KeilUvision2,在KEIL系統(tǒng)中,每做個獨立的程序,都視為工程。首先從菜單中的工程中“新建工程”,建立我們將要做的工程項目:</p><p> 接下來Keil環(huán)境要求我們?yōu)?2工程選擇一個單片機型號;我們選擇Ateml公司的89C51(雖然我使用的是AT89S52,但由于89S51與89C51內(nèi)外部
77、的結構完全一樣,所以這里仍然用“89C51”)。“確定”后工程就算建立好了。</p><p> 立了工程項目以后現(xiàn)在就要為工程添加程序,點擊“文件”中的新建,新建一個空白文檔;這個空白文檔就是我們編寫單片機程序的場所。在這里可以進行編輯、修改等操作。根據(jù)題意,在文檔中寫入代碼,寫完后再檢查一下,然后保存,然后再將保存好的文檔添加到工程中,具體做法如下:</p><p> 程序文件添加完
78、畢后,對其進行編譯當前程序、編譯修改過的文件并生成應用程序、重新編譯所有文件并生成應用程序后,再點擊TARGET,則其頁面為:</p><p> 再點擊圖案上的Output鍵</p><p> 接下來就是點擊上圖中的select folder for objects鍵,得到下圖將其產(chǎn)生的HEX文件存儲在E盤zh文件夾中。</p><p> 最后一步就是利用ST
79、C-ISP將HEX文件燒錄到單片機里。</p><p> 4.2 主機程序設計</p><p> 本軟件系統(tǒng)有一個主程序,五個子程序,五個子程序分別為向串口發(fā)送數(shù)據(jù)子程序putc_to_serialport()、鍵盤掃描子程序Keys_Scan()、LED數(shù)據(jù)顯示子程序Display_Result(int d)、延時子程序Delay()、主機串口接受中斷子程序Serial_INT()
80、interrupt 4。</p><p><b> ?。?)主程序</b></p><p> 主程序?qū)ο到y(tǒng)進行初始化,主要是進行定時/計數(shù)的初始化,然后調(diào)用鍵盤掃描程序Keys_Scan(),再根據(jù)按下的鍵來調(diào)用向串口發(fā)送數(shù)據(jù)子程序putc_to_serialport()將相應的數(shù)據(jù)發(fā)送給串行口。當沒有鍵按下時,則送一個數(shù)F給LED顯示器。其流程圖見圖4.1<
81、/p><p> (2)向串口發(fā)送數(shù)據(jù)子程序putc_to_serialport()</p><p> 該程序首先將數(shù)據(jù)發(fā)送到串行口,當T1=0時,表明傳送結束。其流程圖如4.2所示</p><p> ?。?)鍵盤掃描子程序Keys_Scan()</p><p> 該程序是先將行選好,然后再選定就可以確定到具體的哪一個按鍵。其流程圖如圖4.3
82、所示</p><p> ?。?)LED顯示程序Display_Result(int d)</p><p> 該子程序用的數(shù)碼管動態(tài)顯示方式。先將單片機的P2.7口選通進行位選,然后將位選的值發(fā)送給單片機P1口。接著將單片機的P2.6口選通進行段選,然后將要顯示的數(shù)字的值發(fā)送給P0口。然后調(diào)用延時,接著將P2.7、P2.6口置0,下面是重復上面的過程,直到要顯示的數(shù)字全部顯示在數(shù)碼上。其流
83、程圖如4.4所示。</p><p> ?。?)主機串口接受中斷子程序Serial_INT() interrupt 4。</p><p> 當RI =1時,接受串口過來的數(shù)據(jù),并對該數(shù)據(jù)進行X*05H/0FFH的處理,接下來用處理過的數(shù)據(jù)調(diào)用LED顯示程序Display_Result(int d)。如圖4.4所示</p><p><b> 圖4.1主程序
84、</b></p><p> 圖4.2 向串口發(fā)送數(shù)據(jù)子程序putc_to_serialport()</p><p> 圖4.3鍵盤掃描子程序Keys_Scan()</p><p> 圖4.4 LED顯示程序Display_Result(int d)</p><p> 圖4.5 主機串口接受中斷子程序Serial_INT(
85、) interrupt 4</p><p> 4.3 從機部分程序設計</p><p> 該部分的程序包括一個主程序、三個子程序,三個子程序分別為從機串口接受中斷函數(shù)Serial_INT() interrupt 4、向串口發(fā)送數(shù)據(jù)子程序putc_to_SerialPort(uchar c)和模數(shù)轉換子程序ADCON。</p><p><b> ?。?)
86、主程序</b></p><p> 主程序是進行系統(tǒng)的初始化,由于主從兩個單片機要進行通信,所以兩個單片機的初始化應該是相同的,并調(diào)用A/D轉換。其流程圖如圖4.6所示</p><p> ?。?)從機串口接受中斷函數(shù)Serial_INT() interrupt 4</p><p> 因為發(fā)送完成和接受到新字節(jié)都會觸發(fā)串口中斷,因此串口中斷程序里用if(
87、RI)來表示接受中斷,然后將RI清0。再判斷接受到的數(shù)據(jù)第4位是否為1,如果為1,則按照主機發(fā)送過來的通道進行采集,如果為0,則調(diào)用循環(huán)采集程序。如圖4.7所示</p><p> (3)模數(shù)轉換子程序ADCON</p><p> 先要選通ADC0809,又因為ADC0809具有8個通道,利用For循環(huán)進行8次采集,接下來選擇轉換通道,F(xiàn)8H~FFH用以選擇輸入模擬信號的通道IN0~IN
88、7的選擇,首先從第一個通道開始,然后執(zhí)行一條讀取轉換結果的指令,再將轉換得到的結果送給串行口,再依次循環(huán),將通道號自增1,直到8個通道全部轉換完。其流程圖如圖4.8所示</p><p> (4)向串口發(fā)送數(shù)據(jù)子程序putc_to_SerialPort(uchar c)</p><p> 程序首先將數(shù)據(jù)發(fā)送到串行口,當T1=0時,表明傳送結束。如圖4.2所示</p><
89、;p><b> 圖4.6 主程序</b></p><p> 圖4.7 從機串口接受中斷函數(shù)Serial_INT() interrupt 4</p><p> 圖4.8模數(shù)轉換子程序ADCON</p><p><b> 第五章 調(diào)試結果</b></p><p> 這個系統(tǒng)是一個主從式的
90、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)調(diào)試以程序為主,硬件調(diào)試應先檢測電路的焊接是否正確,然后用外用表檢測或通電檢測其是否有短路或斷路。軟件調(diào)試包括調(diào)試程序和對硬件準確性的調(diào)試。</p><p> 在整個系統(tǒng)中,主機用到了9個按鍵,按鍵0按下后,發(fā)送一個00H的數(shù)據(jù)給從機,而從機接收到這個信號就開始調(diào)用一個循環(huán)采集方式,然后從機采集完數(shù)據(jù)后再將轉換好的數(shù)據(jù)和采集線路的通道號發(fā)送給主機并用LED數(shù)據(jù)顯示器顯示出來;按鍵1-8用于選擇
91、采集方式,分別送相應的采集線路的通道號給從機,然后再將從機轉換好的數(shù)據(jù)和采集線路的通道號發(fā)送給主機并用LED數(shù)據(jù)顯示器顯示出來;當主機沒有按鍵按下時,則發(fā)送一個數(shù)0給LED。</p><p><b> 參考文獻</b></p><p> [1] 嚴潔.單片機原理及其接口技術.機械工業(yè)出版社,2010,65-105</p><p> [2]
92、 范紅剛.51單片機自學筆記.北京航空航天大學出版社,2009</p><p> [3] 高云.基于MSP430的溫室多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).農(nóng)機化研究,2009,No.8</p><p> [4] 常鐵原,王欣,陳文軍. 多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計.電子技術應用,2008,No.11</p><p> [5] 葉紅海,李麗敏.基于單片機的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計與實現(xiàn).
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94、4-155</p><p> [9] 林祝亮,武林,楊金華.基于雙單片機的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計.儀器儀表學報,2006,No.6</p><p> [10] 元增民,張文希.單片機原理與應用基礎.國防科技大學出版社,2006,205-266</p><p> [11] 王琳,商周,王學偉.數(shù)據(jù)采集的發(fā)展及應用.電測與儀表,2004,No.464</p&g
95、t;<p> [12] V. Schmidt, Control, data acquisition, and remote participation for fusion research, Fusion Eng. Des. 81 (2006) 1702–1712.</p><p> [13] A.Neto,H.Fernandes,A.Duarte, Firesignal-Data acqui
96、sition and control system software.FusionEngineering and Design 82(2007)1359-1364.</p><p><b> 附錄1</b></p><p><b> 系統(tǒng)硬件圖</b></p><p><b> 附錄2</b>&
97、lt;/p><p><b> 主機部分程序</b></p><p> #include<reg52.h></p><p> #define uchar unsigned char</p><p> #define uint unsigned int</p><p> sbit k
98、1=P3^4;</p><p> sbit smgd=P2^6;</p><p> sbit smgk=P2^7;</p><p> uchar Pre_KeyNo=16,KeyNo=16;</p><p> uchar code LEDData[]={0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,
99、0X7F,0X6F,0X77,0X7C,0X39,0X5E,0X79, 0X71}</p><p> /*****延時子程序*****/</p><p> void Delay(uint x)</p><p> { uchar i;</p><p> while(x--)</p><p> for(i=0;i
100、<120;i++);</p><p><b> }</b></p><p> /**************LED顯示子程序***************/</p><p> void Display_Result(int d)</p><p><b> { </b></p>
101、;<p> smgk=1; </p><p><b> P0=0X7C;</b></p><p><b> smgd=1;</b></p><p> P0=LEDData[d/100]; //顯示百位</p><p><b&
102、gt; Delay(5);</b></p><p><b> smgd=0;</b></p><p><b> smgk=0;</b></p><p><b> smgk=1;</b></p><p> P0=0X7D; </p>
103、<p><b> smgd=1;</b></p><p> P0=LEDData[d/10%10]; //顯示十位</p><p><b> Delay(5);</b></p><p><b> smgd=0;</b></p><p><b>
104、 smgk=0;</b></p><p><b> P0=0x7E;</b></p><p><b> smgd=1;</b></p><p> P0=LEDData[d%10]; //顯示個位</p><p><b> Delay(5);</b><
105、;/p><p><b> smgk=0;</b></p><p><b> smgd=0;</b></p><p><b> smgk=1;</b></p><p><b> P0=0X7C;</b></p><p><b
106、> smgd=1;</b></p><p> P0=0x80; //顯示小數(shù)點</p><p><b> Delay(5);</b></p><p><b> smgd=0;</b></p><p><b> smgk=0;</b><
107、/p><p><b> }</b></p><p> /************鍵盤掃描子程序**************/</p><p> void Keys_Scan()</p><p> { uchar Tmp,An;</p><p> P3=0XF0;
108、 //低四位置1,放入4行</p><p><b> Delay(1);</b></p><p> An=P3^0XF0; //按鍵后11110000將變成XXXX0000,X中有一個為0,3個仍為1,而異或操作會把3個1變成0,唯一的0變成1</p>
109、<p> Tmp=An>>4; //該表達式將高4位移到低四位 </p><p> swith(Tmp) //判斷按鍵發(fā)生在哪列</p><p><b> {</b&g
110、t;</p><p> case 1:KeyNo=0;break;</p><p> case 2:KeyNo=1;break;</p><p> case 4:KeyNo=2;break;</p><p> case 8:KeyNo=3;break;</p><p> default: KeyNo=16;
111、 //無鍵按下</p><p><b> }</b></p><p> P3=0X0F; //高4位置0,放入4列</p><p><b> Delay(1);</b></p><
112、p> Tmp=P3^0xF0; // 按鍵后00001111將變成0000XXXX,X中有一個為0,3個仍為1,而異或操作會把3個1變成0,唯一的0變成1</p><p> switch(Tmp) //0—3行分別附加起始值0,4,8,12</p><p> {
113、case 1:KeyNo+=0;break;</p><p> case 2:KeyNo+=4;break;</p><p> case 4:KeyNo+=8;break;</p><p> case 8:KeyNo+=12;break;</p><p><b> }</b></p><p&g
114、t;<b> }</b></p><p> /********向串口發(fā)送數(shù)據(jù)子程序*********/</p><p> void putc_to_serialport(uchar C)</p><p><b> { SBUF=C;</b></p><p> while(T1==0);&l
115、t;/p><p><b> TI=0;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> Display()</b></p><p><b> { smgK=1;</b></p><p><b>
116、 P1=0X01;</b></p><p><b> Smgd=1;</b></p><p><b> P0=OXOF;</b></p><p><b> }</b></p><p> /*******主程序*******/</p><
117、p> void main()</p><p> { P0=0x00;</p><p> SCON=0x50; //串口工作于方式1</p><p> TMOD=0x20; //T1工作于模式2</p><p> PCON=0x00; //波特率不加倍</p
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