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1、1學(xué)學(xué) 號(hào):號(hào): 51湖南文理學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院課課 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì)題題 目目基于基于 AT89C52 單片機(jī)的單片機(jī)的簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)專專 業(yè)業(yè)機(jī)械電子工程機(jī)械電子工程班班 級(jí)級(jí)機(jī)電機(jī)電 08101 班班姓姓 名名譚鵬輝譚鵬輝指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師陳衛(wèi)國(guó)陳衛(wèi)國(guó)2011 年12 月07日2課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)姓 名譚鵬輝學(xué) 號(hào)51班 級(jí)機(jī)電 08101 班課程名稱單片機(jī)課程設(shè)計(jì)課程性質(zhì)必修設(shè)計(jì)時(shí)間2011 年 11 月 28 日 2011 年 12 月 9 日設(shè)計(jì)名稱基于 AT89C52 單片機(jī)的簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求1)以單片機(jī)為核心,經(jīng)過(guò)
2、D/A 轉(zhuǎn)換和放大電路的處理,最后輸出信號(hào);2)要求能輸出正弦波、三角波、鋸齒波和方波四種信號(hào);3)輸出信號(hào)可以通過(guò)按鍵來(lái)改變4)完成系統(tǒng)電路設(shè)計(jì);5)完成系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì);6)完成系統(tǒng) Proteus 下的仿真。5)完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。 計(jì)劃與進(jìn)度時(shí)間:二周1)方案設(shè)計(jì) 2 天2)電路設(shè)計(jì) 2 天3)軟件設(shè)計(jì) 3 天 4)軟、硬件聯(lián)調(diào) 2 天 5)系統(tǒng)仿真 2 天6)答辯 1 天7)完成報(bào)告 2 天任課教師意 見(jiàn)年年 月月 日日教研室主任簽 名年年 月月 日日說(shuō)明平時(shí)考勤:20% 設(shè)計(jì):30% 仿真:20% 答辯:10%設(shè)計(jì)報(bào)告:20% 共計(jì) 100 分。3 目目 錄錄目 錄 .摘 要 .4第一章
3、 緒論 .51.1 單片機(jī)概述 .51.2 信號(hào)發(fā)生器的分類 .51.3 研究?jī)?nèi)容 .5第二章 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) .62.1課程設(shè)計(jì)的目的.62.2 課程設(shè)計(jì)要求 .6第三章 設(shè)計(jì)方案 .73.1 系統(tǒng)主要功能 .73.2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成及功能 .7 2.2.1 AT89C52 單片機(jī)及其說(shuō)明 .7 3.2.2 資源分配 .10 3.2.3 D/A 轉(zhuǎn)換模件部件 .11 3.2.4 外部控制模塊部件 74LS22 .12 3.2.5 放大部分.123.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及接口電路 .13 3.3.1 信號(hào)頻率數(shù)據(jù)采集.13 3.3.2 正弦波產(chǎn)生程序.13 3.3.3 三角波產(chǎn)生程序.14 3.
4、3.4 方波產(chǎn)生程序 .14 3.3.5 鋸齒波產(chǎn)生程序.15 3. 3. 6 信號(hào)放大模塊設(shè)計(jì).15 3. 3. 7 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì).16第四章 仿真圖及及結(jié)果分析.17 4.1 波形發(fā)生器的調(diào)試與測(cè)試.17 4.2 仿真結(jié)果圖.18第五章 總結(jié)與展望.20參考文獻(xiàn).21附錄一 元器件清單.22附錄二 程序清單.23附錄三 電路原理圖.304摘要摘要本次作品是一個(gè)基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法有多種,利用單片機(jī)設(shè)計(jì)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器具有編程靈活,功能更以擴(kuò)充等實(shí)際的優(yōu)點(diǎn)。利用單片機(jī)設(shè)計(jì)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器能夠產(chǎn)生正弦波,鋸齒波,三角波,方波,并實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率和占空比的調(diào)節(jié),
5、以及液晶屏顯示波形名稱和波形頻率,波形的切換和頻率的調(diào)節(jié)以及占空比的改變都可以用按鍵實(shí)現(xiàn)。在編程語(yǔ)言上,我們選擇自身比較熟悉的C 語(yǔ)言,這樣在后期波形的調(diào)試及與硬件銜接方面更容易發(fā)揮出自身優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)及后期長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)試,設(shè)計(jì)的所有功能均已實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞:?jiǎn)纹瑱C(jī),函數(shù)發(fā)生器,液晶 LCD 5 第一章 緒論1.1 單片機(jī)概述隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展,中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、(I/O)接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和串行通信接口,以及其他一些計(jì)算機(jī)外圍電路等均可集成在一塊芯片上構(gòu)成單片微型計(jì)算機(jī),簡(jiǎn)稱為單片機(jī)。單片機(jī)具有體積小、成本低,性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)等特
6、點(diǎn)。其最明顯的優(yōu)勢(shì)就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中,這是其他計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)都無(wú)法做到的9,10。1.2 信號(hào)發(fā)生器的分類信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用廣泛,種類繁多,性能各異,分類也不盡一致。按照頻率范圍分類可以分為:超低頻信號(hào)發(fā)生器、低頻信號(hào)發(fā)生器、視頻信號(hào)發(fā)生器、高頻波形發(fā)生器、甚高頻波形發(fā)生器和超高頻信號(hào)發(fā)生器。按照輸出波形分類可以分為:正弦信號(hào)發(fā)生器和非正弦信號(hào)發(fā)生器,非正弦信號(hào)發(fā)生器又包括:脈沖信號(hào)發(fā)生器,函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、掃頻信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字序列波形發(fā)生器、圖形信號(hào)發(fā)生器、噪聲信號(hào)發(fā)生器等。按照信號(hào)發(fā)生器性能指標(biāo)可以分為一般信號(hào)發(fā)生器和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。前者指對(duì)輸出信號(hào)的頻率、幅度的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度以及波形
7、失真等要求不高的一類信號(hào)發(fā)生器。后者是指其輸出信號(hào)的頻率、幅度、調(diào)制系數(shù)等在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào),并且讀數(shù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定、屏蔽良好的中、高檔信號(hào)發(fā)生器。1.3 研究?jī)?nèi)容本文是做基于單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì),將采用編程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)三角波、鋸齒波、矩形波、正弦波的發(fā)生。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求,對(duì)各種波形的頻率和幅度進(jìn)行程序的編寫(xiě),并將所寫(xiě)程序裝入單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器中。在程序運(yùn)行中,當(dāng)接收到來(lái)自外界的命令,需要輸出某種波形時(shí)再調(diào)用相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序和波形發(fā)生程序,經(jīng)電路的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大器處理后,從信號(hào)發(fā)生器的輸出端口輸出6第二章:函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)第二章:函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的函數(shù)信
8、號(hào)發(fā)生器,該函數(shù)信號(hào)發(fā)生器可以輸出四種波形,有正弦波,鋸齒波,三角波,方波。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)波形頻率和占空比的調(diào)節(jié),并用液晶屏分兩行顯示波形名稱和波形頻率。2.1 課程設(shè)計(jì)的目的:1、鞏固、加深和擴(kuò)大單片機(jī)應(yīng)用的知識(shí)面,提高綜合及靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際課題設(shè)計(jì)的能力。2、培養(yǎng)針對(duì)課題需要,選擇和查閱有關(guān)手冊(cè)、圖表及文獻(xiàn)資料的能力,提高組成系統(tǒng)、編程、調(diào)試的動(dòng)腦動(dòng)手能力。3、通過(guò)對(duì)課題設(shè)計(jì)方案的分析、選擇、比較,熟悉運(yùn)用單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、軟硬件設(shè)計(jì)的方法內(nèi)容及步驟。4、掌握 DAC0832,LM324,74LS22 的接口電路,及使用方法。5、熟悉掌握函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的工作原理。2.2 課程
9、設(shè)計(jì)要求:1、熟悉組成系統(tǒng)中的實(shí)驗(yàn)?zāi)K原理,畫(huà)出實(shí)驗(yàn)原理圖。2、 寫(xiě)出完整的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū):課題的名稱、系統(tǒng)的功能、硬件原理圖、軟件框圖、元件清單、程序清單、參考資料。3、輸出幾種波形,實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率和占空比的調(diào)節(jié),以 1HZ 作為步進(jìn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。7第三章:設(shè)計(jì)方案第三章:設(shè)計(jì)方案3.1 系統(tǒng)主要功能該函數(shù)信號(hào)發(fā)生器可以輸出四種波形,有正弦波,鋸齒波,三角波,方波。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)波形頻率和占空比的調(diào)節(jié),并用液晶屏分兩行顯示波形名稱和波形頻率。3.2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成及功能函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)總體框圖如圖所示,主要有單片機(jī) AT89C52,電源,鍵盤(pán)模塊,LCD1602 顯示模塊構(gòu)成。按案件模塊:由
10、5 個(gè)復(fù)位開(kāi)關(guān)與 74LS21 組成的系統(tǒng)通過(guò)對(duì)單片機(jī)傳輸中斷信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)波形切換及頻率和占空比的調(diào)節(jié)。顯示模塊:用 LCD1602,分行顯示波形類型和波形頻率的顯示。電源模塊:電源模塊有 220V 市變電壓經(jīng)變壓,整流,穩(wěn)壓得到+ -5V, + -12V 的電壓,維持系統(tǒng)正常工作。系統(tǒng)的總體框圖如圖 1 所示:鍵盤(pán)顯示控制器顯示模塊鍵盤(pán)模塊波形輸出模塊電 源源主控器AT89C52圖 1 系統(tǒng)總體框圖 3.2.1 AT89C52 單片機(jī)及其說(shuō)明AT89C52 為 8 位通用微處理器8 圖 2.PDIP 封裝的 AT89C52 引腳圖采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 C51 內(nèi)核,在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8x
11、c52 相同,其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對(duì)會(huì)聚主IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù) RAM及外部接口等功能部件的初始化,會(huì)聚調(diào)整控制,會(huì)聚測(cè)試圖控制,紅外遙控信號(hào)IR 的接收解碼及與主板 CPU 通信等。主要管腳有: XTAL1(19 腳)和XTAL2(18 腳)為振蕩器輸入輸出端口,外接12MHz 晶振。RST/Vpd(9 腳)為復(fù)位輸入端口,外接電阻電容組成的復(fù)位電路。 VCC(40 腳)和 VSS(20 腳)為供電端口,分別接 +5V 電源的正負(fù)端。 P0P3 為可編程通用 I/O 腳,其功能用途由軟件定義,在本設(shè)計(jì)中, P0 端口(3239 腳)被定義為 N1 功能控制端口,分別與
12、N1 的相應(yīng)功能管腳相連接, 13 腳定義為 IR 輸入端,10 腳和 11 腳定義為 I2C 總線控制端口,分別連接 N1 的 SDAS(18 腳)和 SCLS(19 腳)端口,12 腳、27 腳及 28 腳定義為握手信號(hào)功能端口,連接主板CPU 的相應(yīng)功能端,用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。 P0 口口P0 口是一組 8 位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 口, 也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí),每位能吸收電流的 方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路,對(duì)端口 P0 寫(xiě)“1”時(shí),可作為高阻抗輸入端用。 在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí),這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址(低8 位)和數(shù)據(jù)總
13、線復(fù)用,在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在 Flash 編程時(shí),P0 口接收指令字節(jié),而在程序校驗(yàn)時(shí),輸出指令字節(jié),校驗(yàn)時(shí),要求外接上拉電阻。 P1 口口P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口, P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流) 4 個(gè) TTL 邏輯 門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě) “1”,通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí),因?yàn)閮?nèi)部存在上拉 電阻,某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 (IIL)。 參見(jiàn)表 1。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間, P1 接收低 8 位地址。 9P2 口口P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口,P2 的輸
14、出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流) 4 個(gè) TTL 邏輯 門(mén)電路。對(duì)端口 P2 寫(xiě)“1”,通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時(shí)可作輸入口,作輸入口使用時(shí),因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻,某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 (IIL)。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(例如執(zhí)行MOVX DPTR 指令)時(shí),P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(如執(zhí)行 MOVX RI 指令)時(shí), P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí), P2 亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。 P3 口口P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。P
15、3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流) 4 個(gè) TTL 邏 輯門(mén)電路。對(duì) P3 口寫(xiě)入“1”時(shí),它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí),被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流( IIL) 。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外,更重要的用途是它的第二功能 P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí), RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí), ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字 節(jié)。一般情況下, ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6
16、 輸出固定的脈沖信號(hào),因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是:每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。 對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程期間,該引腳還用于輸入編程脈沖( PROG) 。 如有必要,可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器( SFR)區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位,可禁止 ALE 操作。該位置位后,只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外,該引腳會(huì)被微弱拉高,單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí),應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無(wú)效。 PSEN程序儲(chǔ)存允許( PSEN)輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào),當(dāng)AT89C52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令(或數(shù) 據(jù))時(shí),每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSE
17、N 有效,即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間,當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,將跳過(guò)兩次 PSEN 信號(hào)。 EA/VPP外部訪問(wèn)允許。欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器(地址為 0000HFFFFH) ,EA 端必須保持低電平(接 10地) 。需注意的是:如果加密位 LB1 被編程,復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。 如 EA 端為高電平(接 Vcc 端) ,CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí),該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp,當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。 XTAL1振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2振蕩器反相放大器的輸出端。
18、特殊功能寄存器在 AT89C52 片內(nèi)存儲(chǔ)器中, 80H-FFH 共 128 個(gè)單元為特殊功能寄存器(SFE) ,SFR 的地址空間映象如表 2 所示。 并非所有的地址都被定義,從 80HFFH 共 128 個(gè)字節(jié)只有一部分被定義,還有相當(dāng)一部分沒(méi)有定義。對(duì)沒(méi)有定義的 單元讀寫(xiě)將是無(wú)效的,讀出的數(shù)值將不確定,而寫(xiě)入的數(shù)據(jù)也將丟失。 不應(yīng)將數(shù)據(jù)“1”寫(xiě)入未定義的單元,由于這些單元在將來(lái)的產(chǎn)品中可能賦予新的功能,在這種情況下,復(fù)位后這些單 元數(shù)值總是“0”。 AT89C52 除了與 AT89C51 所有的定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 和定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1 外,還增加了一個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2。定時(shí)/計(jì)數(shù)器 2
19、的控 制和狀態(tài)位位于 T2CON(參見(jiàn)表 3)T2MOD(參見(jiàn)表 4) ,寄存器對(duì)(RCAO2H、RCAP2L)是定時(shí)器 2 在 16 位捕獲方式或 16 位 自動(dòng)重裝載方式下的捕獲 /自動(dòng)重裝載寄存器。 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器AT89C52 有 256 個(gè)字節(jié)的內(nèi)部 RAM,80H-FFH 高 128 個(gè)字節(jié)與特殊功能寄存器(SFR)地址是重疊的,也就是高 128 字節(jié)的 RAM 和特殊功能寄存器的地址是相同的,但物理上它們是分開(kāi)的。 當(dāng)一條指令訪問(wèn) 7FH 以上的內(nèi)部地址單元時(shí),指令中使用的尋址方式是不同的,也即尋址方式?jīng)Q定是訪問(wèn)高 128 字節(jié) RAM 還是訪問(wèn)特殊功能寄存器。如果指令是直
20、接尋址方式則為訪問(wèn)特殊功能寄存器。 例如,下面的直接尋址指令訪問(wèn)特殊功能寄存器0A0H(即 P2 口)地址單元。 MOV 0A0H,#data 間接尋址指令訪問(wèn)高 128 字節(jié) RAM,例如,下面的間接尋址指令中, R0 的內(nèi)容為 0A0H,則訪問(wèn)數(shù)據(jù)字節(jié)地址為 0A0H, 而不是 P2 口(0A0H) 。 MOV R0,#data 堆棧操作也是間接尋址方式,所以,高128 位數(shù)據(jù) RAM 亦可作為堆棧區(qū)使用。 定時(shí)器 0 和定時(shí)器 1: 113.2.2 資源分配晶振采用 12MHZ。P1 口的 P1.0-P1.4 分別與四個(gè)按鍵連接,分別控制波形切換、頻率加、頻率減,占空比加,占空比減。P2
21、 口與 DAC0832 的 D0-D7 數(shù)據(jù)輸入端相連。P3 口用來(lái)控制 DAC0832 的輸入寄存器選擇信號(hào) CS。3.2.3 D/A 轉(zhuǎn)換模塊部件DAC0832 芯片原理管腳功能介紹(如圖 6 所示)Vcc20Iout111lsbDI07Iout212DI16DI25Rfb9DI34DI416Vref8DI515DI614msbDI713ILE19WR218CS1WR12Xfer17U2DAC0832圖 3 DAC0832 管腳圖DI7DI0:8 位的數(shù)據(jù)輸入端,DI7 為最高位。ILE:數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線,高電平有效。CS:選片信號(hào)輸入線(選通數(shù)據(jù)鎖存器),低電平有效。WR1:數(shù)
22、據(jù)鎖存器寫(xiě)選選通輸入線,負(fù)脈沖有效,由 ILE、CS、WR1 的邏輯組合產(chǎn)生 LE1,當(dāng) LE1 為高電平時(shí),數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變化,LE1 的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存。XFER:數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入線,低電平有效,負(fù)脈沖有效。WR2:DAC 寄存器選通輸入線,負(fù)脈沖有效,由 WR2、XFER 的邏輯組合產(chǎn)生LE2,當(dāng) LE2 為高電平時(shí),DAC 寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化,LE2 的負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入 DAC 寄存器并開(kāi)始 D/A 轉(zhuǎn)換。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
23、 0。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)。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。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 0至 255 的數(shù)字量轉(zhuǎn)化出來(lái)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。12Vcc:芯片供電電壓,范圍為(+5+15)V。AGND:模擬量地,即模擬電路接地端。DGND:數(shù)字量地
24、。3.2.4 外部控制模塊部件 74LS22圖 474LS22 為四輸入雙與門(mén)A1,B1,C1,D1為第一個(gè)與門(mén)的輸入,Y1為第一個(gè)與門(mén)的輸出。A2,B2,C2,D2為第一個(gè)與門(mén)的輸入,Y2為第一個(gè)與門(mén)的輸出。在此系統(tǒng)中用來(lái)給單片機(jī)提供中斷信號(hào)。3.2.5 放大部分 LM324LM324 引腳圖(管腳圖)13 圖 5 LM324 引腳圖簡(jiǎn)介: LM324 系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比,它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到 3.0 伏或者高到 32 伏的電源下,靜態(tài)電流為 MC1741 的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源
25、,因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。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, “Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中,Vi-(-)為反相輸入端,表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的位相反;Vi+(+)為同相輸入端,表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。3.3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及接口電路3.3.1 信號(hào)頻率數(shù)據(jù)采集本程序通過(guò)外部中斷,接收減頻或加頻按鍵,單片機(jī)內(nèi)部對(duì)接受的值經(jīng)過(guò)運(yùn)算得出波形的輸出延時(shí),從而產(chǎn)生頻率的改變。電路較為簡(jiǎn)單,成本較低。3.3.2 正弦波產(chǎn)生程序輸入正弦波的采樣點(diǎn),計(jì)算出 256 個(gè)(一個(gè)
26、周期內(nèi))正弦波信號(hào)值。然后通過(guò)輸出的兩點(diǎn)間的延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。依次循環(huán)輸出,可得出正弦波。采點(diǎn)值放在 table2中,程序如下:void sin()/正弦波unsigned int i;for(i=0;i256;i+)14DAC0832=table2i;delay(pinlv/256);3.3.3 三角波產(chǎn)生程序設(shè)個(gè)自變量 i 讓它不斷地自加 1,直到加到 255 時(shí),t=i,對(duì) t 進(jìn)行不斷地自減 1直到減到 t=0,然后再不斷地重復(fù)上述過(guò)程產(chǎn)生三角波。程序如下:void tran()/三角波unsigned char i;for(i=0;i0;i-)DAC0832=i;delay(pinlv
27、/64);3.3.4 方波產(chǎn)生程序設(shè)個(gè)自變量 i=0 使之延時(shí)一段時(shí)間,再另 i=255 時(shí)在延時(shí)與 i=0 相同的時(shí)間,然后再重復(fù)上述過(guò)程。程序如下:void fang()/方波15DAC0832=0;delay(pinlv/2);DAC0832=0 xff;delay(pinlv/2);3.3.5 鋸齒波產(chǎn)生程序鋸齒波中的斜線用一個(gè)個(gè)小臺(tái)階來(lái)逼近,在一個(gè)周期內(nèi)從最小值開(kāi)始逐步遞增,當(dāng)達(dá)到最大值后又回到最小值,如此循環(huán),當(dāng)臺(tái)階間隔很小時(shí),波形基本上近似于直線。適當(dāng)選擇循環(huán)的時(shí)間,可以得到不同的周期鋸齒波。鋸齒波發(fā)生原理與方波類似,只是高低兩個(gè)時(shí)延的常數(shù)不同,所以用延時(shí)法,來(lái)產(chǎn)生鋸齒波,設(shè)個(gè)自
28、變量 i 讓它不斷地自加 1,直到叫到 255,DAC0832 可以又自動(dòng)歸 0,然后再不斷地重復(fù)上述過(guò)程。程序如下:void jvchi()/鋸齒波unsigned char i;for(i=0;i255;i+)DAC0832=i;delay(pinlv/256);3.3.6信號(hào)放大模塊設(shè)計(jì)16從單片機(jī)中輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò) DAC0832 轉(zhuǎn)換后,由于信號(hào)的幅值比較小,所以需要放大。采用常規(guī)的放大方式,采用兩片運(yùn)放,實(shí)現(xiàn)兩級(jí)放大,設(shè)計(jì)的電路如圖 6:圖 6 圖 6 放大電路接口3. 3. 7數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)模數(shù)轉(zhuǎn)換采用常見(jiàn)的芯片:DAC0832,本設(shè)計(jì)采用直通方式進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。為了簡(jiǎn)潔
29、起見(jiàn),在仿真圖中采用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的方式進(jìn)行連線,從單片機(jī) P0 口輸出的數(shù)據(jù)直接連接到模數(shù)芯片 DAC0832 的數(shù)據(jù)口。如圖: 圖 7 DA 轉(zhuǎn)換接口電路 17第四章第四章 仿真圖及結(jié)果分析仿真圖及結(jié)果分析 4.1 波形發(fā)生器的調(diào)試與測(cè)試本系統(tǒng)是在 protues 下仿真,使用 Keil C 編程。從而實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)及仿真。在測(cè)試本系統(tǒng)是采用的是將設(shè)置的數(shù)值與示波器所測(cè)值進(jìn)行對(duì)比,進(jìn)而可以知道本系統(tǒng)的性能。頻率測(cè)試數(shù)據(jù): 設(shè)定頻率(HZ)示波器測(cè)試頻率(HZ) 相對(duì)誤差%3.93.961.57.87.931.2815.6316.133.19184.2 仿真結(jié)果圖正弦波仿真圖 圖 8 正弦波圖三角波仿
30、真圖 圖 9 三角波圖19鋸齒波仿真圖 圖 10 鋸齒波圖方波仿真圖 圖 11 方波圖20第五章第五章 總結(jié)總結(jié)與展望與展望本次的設(shè)計(jì)中利用 AT89C52 和 DAC0832 以及放大器完成電路的設(shè)計(jì),用開(kāi)關(guān)來(lái)控制各種波形的發(fā)生及轉(zhuǎn)換,用單片機(jī)輸出后,經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器生成波形,最終可以通過(guò)示波器觀察。在這次的軟件設(shè)計(jì)中,程序設(shè)計(jì)采用的是匯編語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言具有速度快,可以直接對(duì)硬件進(jìn)行操作的優(yōu)點(diǎn),它可以極好的發(fā)揮硬件的功能。但是匯編語(yǔ)言也存在編寫(xiě)的代碼非常難懂,不好維護(hù),很容易產(chǎn)生 bug,難于調(diào)試的缺點(diǎn)。因此,在大型程序的設(shè)計(jì)中,多采用 C 語(yǔ)言進(jìn)行程序編譯。C 語(yǔ)言簡(jiǎn)潔高效,是最貼近硬件的高
31、級(jí)編程語(yǔ)言,經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,現(xiàn)在已成熟為專業(yè)水平的高級(jí)語(yǔ)言。而且,現(xiàn)在單片機(jī)產(chǎn)品推出時(shí)紛紛配套了 C 語(yǔ)言編譯器,應(yīng)用廣泛。不過(guò)就本次課程設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),匯編語(yǔ)言還是適用的。由于真正意義上的程序設(shè)計(jì)還不多,因此還不是很得心應(yīng)手,所以在設(shè)計(jì)中遇到一些問(wèn)題和一些難點(diǎn)。比如:在程序設(shè)計(jì)中如何實(shí)現(xiàn)程序結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化,以達(dá)到較高的質(zhì)量。這是以后設(shè)計(jì)中要注意的問(wèn)題。 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì),我進(jìn)一步了解了波形發(fā)生器的原理,在實(shí)際動(dòng)手操作過(guò)程中,使我接觸了許多我以前沒(méi)接觸過(guò)的元件,而且重新溫習(xí)了剛學(xué)不久的匯編語(yǔ)言,使我學(xué)得了許多知識(shí),使我獲益匪淺。這次課程設(shè)計(jì),使我的動(dòng)手能力得到了很大的提高,更使我們懂得理論知識(shí)的重要性
32、,沒(méi)有理論的指導(dǎo)一切實(shí)際行動(dòng)都是盲目的,且實(shí)際操作是我們得到的理論知識(shí)得到驗(yàn)證,更能增加對(duì)理論知識(shí)的理解。21參考文獻(xiàn)1 程全.基于 AT89C52 實(shí)現(xiàn)的多種波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)J.周口師范學(xué)院學(xué)報(bào),2005.22(5):5758.2 周明德.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用M.北京:清華大學(xué)出版社,2002.341364.3 劉樂(lè)善.微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001.258264.4 童詩(shī)白.模擬電路技術(shù)基礎(chǔ)M.北京:高等教育出版社,2000.171202.5 杜華.任意波形發(fā)生器及應(yīng)用J.國(guó)外電子測(cè)量技術(shù),2005.1:3840.6 張友德.單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)
33、踐M.上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,2004.4044. 7 程朗.基于 8051 單片機(jī)的雙通道波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2004.8:100103.8 張永瑞.電子測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)M.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2006.61101.9 李葉紫. MCS-51 單片機(jī)應(yīng)用教程M.北京:清華大學(xué)出版社,2004.232238.22附錄附錄 1 元器件清單元件名稱數(shù)量備注AT89C52174LS221LM3241電阻310k排阻14.7K液晶顯示屏1LCD1602滑動(dòng)變阻器110K晶振112MHZ23附錄附錄 2 程序清單#include#define uchar unsigned c
34、har#define uint unsigned int/#define Fosc 24000000/12000000 /12 分頻后的頻率#define DAdata P0/DA 數(shù)據(jù)端口sbit DA_S1= P20; / 控制 DAC0832 的 8 位輸入寄存器,僅當(dāng)都為 0 時(shí),可以輸出數(shù)據(jù)(處于直通狀態(tài)),否則,輸出將被鎖存sbit DA_S2= P21; / 控制 DAC0832 的 8 位 DAC 寄存器,僅當(dāng)都為 0 時(shí),可以輸出數(shù)據(jù)(處于直通狀態(tài)),否則,輸出將被鎖存sbit key= P32;uchar wavecount; /抽點(diǎn)計(jì)數(shù)uchar THtemp,TLtem
35、p;/傳遞頻率的中間變量/uint T_temp;uchar judge=1; /在方波輸出函數(shù)中用于簡(jiǎn)單判別作用uchar waveform; /當(dāng)其為 0、1、2 時(shí),分別代表三種波uchar code freq_unit4=10,50,200,10; /三種波的頻率單位 sawtoothuchar idata wavefreq4=1,1,1,1; /給每種波定義一個(gè)數(shù)組單元,用于存放單位頻率的個(gè)數(shù)uchar code lcd_hang1=Sine Wave Triangle Wave Square Wave sawtooth Wave Select Wave: press No.1 ke
36、y! ;uchar idata lcd_hang216=f= Hz ;/*uchar code wave_freq_adjust= /頻率調(diào)整中間值 0 xff,0 xb8,0 x76,0 x56,0 x43,0 x37,0 x2e,0 x26,0 x20,0 x1c, /正弦波頻率調(diào)整中間值0 xff,0 x8e,0 x5a,0 x41,0 x32,0 x28,0 x20,0 x1b,0 x17,0 x0e, /三角波頻率調(diào)整中間值0 xff,0 x8e,0 x5a,0 x41,0 x32,0 x28,0 x20,0 x1b,0 x17,0 x0e; uint code wave_freq_
37、adjust= /頻率調(diào)整中間值 380,184,118,86,67,55,46,28,38,32,295,142, 90,65,50,40,32,27,23,14,295,142, 90,65,50,40,32,27,23,14; */*uchar code waveTH= 0 xfc,0 xfe,0 xfe,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xfc,0 xfe,0 xfe,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff
38、,0 xff,0 xff,0 xff;uchar code waveTL= 0 xf2,0 x78,0 xfb,0 x3c,0 x63,0 x7d,0 x8f,0 x9d,0 xa8,0 xb1,0 x17,0 x0b,0 xb2,0 x05,0 x37,0 x58,0 x70,0 x82,0 x90,0 x9b,24 0 x4d,0 xa7,0 xc4,0 xd3,0 xdc,0 xe2,0 xe6,0 xea,0 xec,0 xee;*/*這兩組數(shù)組很重要,需要根據(jù)波形來(lái)調(diào)試,選擇合適的值,使輸出波形達(dá)到頻率要求*/uchar code waveTH= 0 xfd,0 xfe,0 xff,
39、0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xfd,0 xfe,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xec,0 xf6,0 xf9,0 xfb,0 xfc,0 xfc,0 xfd,0 xfd,0 xfd,0 xfe;uchar code waveTL= 0 x06,0 x8a,0 x10,0 x4e,0 x78,0 x93,0 xa8,0 xb3,0 xbe,0 xc6, /正弦波頻率調(diào)整中間值0 xac,0 xde,0 x48,0 x7a,0 x99,0 xaf,0 xbb,0 xc8
40、,0 xd0,0 xde,/三角波頻率調(diào)整中間值0 x88,0 x50,0 x90,0 x32,0 x34,0 xbe,0 x4a,0 xa3,0 xe5,0 x2c; /*/uchar code triangle_tab= /每隔數(shù)字 8,采取一次0 x00,0 x08,0 x10,0 x18,0 x20,0 x28,0 x30,0 x38,0 x40,0 x48,0 x50,0 x58,0 x60,0 x68,0 x70,0 x78,0 x80,0 x88,0 x90,0 x98,0 xa0,0 xa8,0 xb0,0 xb8,0 xc0,0 xc8,0 xd0,0 xd8,0 xe0,0
41、 xe8,0 xf0,0 xf8,0 xff,0 xf8,0 xf0,0 xe8,0 xe0,0 xd8,0 xd0,0 xc8,0 xc0,0 xb8,0 xb0,0 xa8,0 xa0,0 x98,0 x90,0 x88,0 x80,0 x78,0 x70,0 x68,0 x60,0 x58,0 x50,0 x48,0 x40,0 x38,0 x30,0 x28,0 x20,0 x18,0 x10,0 x08,0 x00;uchar code sine_tab256=/輸出電壓從 0 到最大值(正弦波 1/4 部分)0 x80,0 x83,0 x86,0 x89,0 x8d,0 x90,0
42、 x93,0 x96,0 x99,0 x9c,0 x9f,0 xa2,0 xa5,0 xa8,0 xab,0 xae,0 xb1,0 xb4,0 xb7,0 xba,0 xbc,0 xbf,0 xc2,0 xc5,0 xc7,0 xca,0 xcc,0 xcf,0 xd1,0 xd4,0 xd6,0 xd8,0 xda,0 xdd,0 xdf,0 xe1,0 xe3,0 xe5,0 xe7,0 xe9,0 xea,0 xec,0 xee,0 xef,0 xf1,0 xf2,0 xf4,0 xf5,0 xf6,0 xf7,0 xf8,0 xf9,0 xfa,0 xfb,0 xfc,0 xfd,0
43、 xfd,0 xfe,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,/輸出電壓從最大值到 0(正弦波 1/4 部分)0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xfe,0 xfd,0 xfd,0 xfc,0 xfb,0 xfa,0 xf9,0 xf8,0 xf7,0 xf6,0 xf5,0 xf4,0 xf2,0 xf1,0 xef,0 xee,0 xec,0 xea,0 xe9,0 xe7,0 xe5,0 xe3,0 xe1,0 xde,0 xdd,0 xda,0 xd8,0 xd6,0 xd4,0 xd1,0 xcf,0 xcc,0
44、 xca,0 xc7,0 xc5,0 xc2,0 xbf,0 xbc,0 xba,0 xb7,0 xb4,0 xb1,0 xae,0 xab,0 xa8,0 xa5,0 xa2,0 x9f,0 x9c,0 x99 ,0 x96,0 x93,0 x90,0 x8d,0 x89,0 x86,0 x83,0 x80,/輸出電壓從 0 到最小值(正弦波 1/4 部分)0 x80,0 x7c,0 x79,0 x76,0 x72,0 x6f,0 x6c,0 x69,0 x66,0 x63,0 x60,0 x5d,0 x5a,0 x57,0 x55,0 x51,0 x4e,0 x4c,0 x48,0 x45
45、,0 x43,250 x40,0 x3d,0 x3a,0 x38,0 x35,0 x33,0 x30,0 x2e,0 x2b,0 x29,0 x27,0 x25,0 x22,0 x20,0 x1e,0 x1c,0 x1a,0 x18,0 x16 ,0 x15,0 x13,0 x11,0 x10,0 x0e,0 x0d,0 x0b,0 x0a,0 x09,0 x08,0 x07,0 x06,0 x05,0 x04,0 x03,0 x02,0 x02,0 x01,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,/輸出電壓從最小值到 0(正弦波 1/4 部分)0 x00,0
46、x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x01,0 x02 ,0 x02,0 x03,0 x04,0 x05,0 x06,0 x07,0 x08,0 x09,0 x0a,0 x0b,0 x0d,0 x0e,0 x10,0 x11,0 x13,0 x15 ,0 x16,0 x18,0 x1a,0 x1c,0 x1e,0 x20,0 x22,0 x25,0 x27,0 x29,0 x2b,0 x2e,0 x30,0 x33,0 x35,0 x38,0 x3a,0 x3d,0 x40,0 x43,0 x45,0 x48,0 x4c,0 x4e,0 x51,0 x55,0 x57,
47、0 x5a,0 x5d,0 x60,0 x63,0 x66 ,0 x69,0 x6c,0 x6f,0 x72,0 x76,0 x79,0 x7c,0 x80; uchar code sawtooth_tab=0 x00,0 x02,0 x04,0 x06,0 x08,0 x0a,0 x0c,0 x0e,0 x10,0 x12,0 x14,0 x16,0 x18,0 x1a,0 x1c,0 x1e,0 x20,0 x22,0 x24,0 x26,0 x28,0 x2a,0 x2c,0 x2e,0 x30,0 x32,0 x34,0 x36,0 x38,0 x3a,0 x3c,0 x3e,0 x4
48、0,0 x42,0 x44,0 x46,0 x48,0 x4a,0 x4c,0 x4e,0 x50,0 x52,0 x54,0 x56,0 x58,0 x5a,0 x5c,0 x5e,0 x60,0 x62,0 x64,0 x66,0 x68,0 x6a,0 x6c,0 x6e,0 x70,0 x72,0 x74,0 x76,0 x78,0 x7a,0 x7c,0 x7e,0 x80,0 x82,0 x84,0 x86,0 x88,0 x8a,0 x8c,0 x8e;/0 x90,0 x92,0 x94,0 x96,0 x98,0 x9a,0 x9c,0 x9e,0 xa0,0 xa2,0 x
49、a4,0 xa6,0 xa8,0 xaa,0 xac,0 xae,0 xb0,0 xb2,0 xb4,0 xb6,0 xb8,0 xba,0 xbc,0 xbe,/0 xc0,0 xc2,0 xc4,0 xc6,0 xc8,0 xca,0 xcc,0 xce,0 xd0,0 xd2,0 xd4,0 xd6,0 xd8,0 xda,0 xdc,0 xde,0 xe0,0 xe2,0 xe4,0 xe6,0 xe8,0 xea,0 xec,0 xee;void delay(uchar z) uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void triangle_
50、out()/三角波輸出 DAdata=triangle_tabwavecount+;if(wavecount64) wavecount=0;DA_S1=0; /打開(kāi) 8 位輸入寄存器DA_S1=1; /關(guān)閉 8 位輸入寄存器void sine_out() /正弦波輸出 DAdata=sine_tabwavecount+;26DA_S1=0; /打開(kāi) 8 位輸入寄存器DA_S1=1; /關(guān)閉 8 位輸入寄存器void square_out() /方波輸出 judge=judge; if(judge=1) DAdata=0 xff;else DAdata=0 x00;DA_S1=0; /打開(kāi) 8 位輸入寄存器DA_S1=1; /關(guān)閉 8 位輸入寄存器void sawtooth_out() /鋸齒波輸出DAdata=sawtooth_tabwavecount+;if(wavecount71) wavecount=0;DA_S1=0; /打開(kāi) 8 位輸入寄存器DA_S1=1; /關(guān)閉 8 位輸入寄存器/*1602 液晶的相關(guān)函數(shù)*/#define lcd_ports P1sbit rs=P22;sbit rw=P23;sbit lcden=P24;void write_com(u
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