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課程設(shè)計說明書(2012/2013學(xué)年第2學(xué)期)課程名稱:電子技術(shù)課程設(shè)計題目:模擬,消防,警車,救護(hù)車聲音報警裝置專業(yè)班級:學(xué)生姓名:學(xué)號:指導(dǎo)教師:設(shè)計周數(shù):2設(shè)計成績:2013年7月5日目錄...3第一章電路設(shè)計方案及選定...3TOC\o"1-5"\h\z設(shè)計任務(wù)及要求 3設(shè)計方案的選定 .6第二章555定時器,cd4017,cd4066芯片 ..82.1計時器的特點及原理 .82.1.1計時器的原理 ...82.2.1計時器的特點 ...92.2由555定時器組成的多諧振蕩器 …….10\o"CurrentDocument"cd4017,cd4066芯片 12第三章電路的設(shè)計與調(diào)試………………...143.1電路的設(shè)計…………… .143.2電路的制作…………….153.3電路的修正……… .……163.4原理圖,pcb圖 ..17心得與體會………… ...……19主要參考文獻(xiàn)……………… 20第一章電路設(shè)計方案及選定設(shè)計任務(wù)及要求本課程要求設(shè)計一個報警器。設(shè)計要求用555時基電路施密特的多諧振蕩器,使電路通過一個小型揚(yáng)聲器可以發(fā)出三種不同頻率的 滴、嘟、滴、嘟……”的聲響,與救護(hù)車的笛音,警車,消防車相似而發(fā)出報警信號。實訓(xùn)目的:1掌握555,cd4066,cd4017構(gòu)成電路的實際應(yīng)用。通過雙音報警器熟悉用 555構(gòu)成多諧振蕩電路。2、 熟悉555時基電路控制端的功能和作用。3、 了解用電壓調(diào)制頻率的方法。4、 了解電路板其制作流程,熟悉焊接工藝設(shè)計方案的比較和選定1.2.1設(shè)計方案的比較該方案可以有多種設(shè)計思路與可行性方案。例如與非門組成的雙音報警器、電路光控報警電路、由兩個555集成塊組成的雙音報警器等。第一種方案:圖示A是用TTL與非門組成的報警線路。 它是由三個振蕩器組成的, 各有不同的振蕩頻率。圖中的晶體三極管和 仏、f4和R4、C2組成的約1000Hz的頻率振蕩;f3、f4和C3、R5組成頻率約200Hz的振蕩。三種不同的頻率進(jìn)過調(diào)制后,輸出端加一級驅(qū)動,即可由揚(yáng)聲器發(fā)出雙音。用作報警時,5V電源處需輸入相應(yīng)的電位;如作門鈴應(yīng)用時,只要中間加一只按鈕開關(guān)即可。圖1-2-1-1與非門組成的雙音報警電路第二種方案:本柜、屜光控報警電路用于錢幣或貴重物品被強(qiáng)行打開時報警, 它能發(fā)出兩種不同的音調(diào)的聲響,低音和高音,高音如警笛,相互交替,使竊者魂飛魄散,逃之夭夭。該電路由光控低頻振蕩器和可控式高音頻反饋振蕩器組成。電路中的 SN未微型彈性按鈕,當(dāng)柜,屜關(guān)緊時SN處于斷開狀態(tài);一旦他人將其打開, SN自動閉合,電路通電運行。在門打開到一定位置時,光敏管VT1受光照呈現(xiàn)低阻態(tài);平時呈現(xiàn)高阻態(tài)(暗阻為幾百 K)。VT1和RP組成光控支路,在無光照下,由于 VT1暗阻大,使555的4腳電位在0.4V以下555處于強(qiáng)制復(fù)位態(tài),3腳輸出為低電平。VT1在一定的光照下呈低阻,它與 RP1的分壓使555的4腳電位高于0.4V,555的強(qiáng)制復(fù)位狀態(tài)解除,開始多諧振蕩。 555和R1、R2、C1等組成可控式143多諧振蕩器,它的振蕩頻率為fc : 。圖示參數(shù)是按10Hz設(shè)計的。VT2,VT3,(R12RRQ和C3,R4等組成一個可控式反饋音頻振蕩器。在 555輸出低電平時VT2,VT因無偏置電流不會起振;在555起振并輸出高電平脈沖期間, VT2通過R4限流后注入偏流,VT2和VT3等組成的音頻振蕩器便開始振蕩, 圖示參數(shù)能發(fā)出類似警笛的尖叫聲。 由于受555產(chǎn)生的低頻脈沖的調(diào)制,喇叭發(fā)出的是間歇式的短促警笛聲并伴有低沉的重錐聲。 電路中的VT1采用2CU系列的光敏二極管,女口2CU101A-2CU101D宜選用正品管,其特點是無光照時暗阻大,有光照時亮阻?。环答侂娙萜鰿3宜選用漏電或損耗小的云母電容器或 CT4型的獨石電容器。揚(yáng)聲器B可以選用8Q的舌簧式電動式揚(yáng)聲器。圖1-2-1-2本柜、屜光控報警電路第三種方案:它是由兩個555集成塊組成的雙音報警器。 其ICi:5腳為控制端,片內(nèi)接比較器的反相輸入端,電位為23VCC。一般555組成自激多諧振蕩器時,將 5腳通過一個小電容(0.01卩F-0.1卩F)接地,以防止外界干擾對閥值電壓的影響, 當(dāng)需要把它變成可控多諧振蕩器時,可以在電路的5腳外加一個控制電壓,這個電壓將改變芯片內(nèi)比較電平, 從而改變振蕩頻率,當(dāng)控制電壓升高(降低)時,振蕩頻率降低(升高),這就是控制電壓對振蕩信號頻率的調(diào)制。利用這種調(diào)制方法,可組成雙音報警器。 IC1輸出的方波信號,通過R5控制IC2的電平。當(dāng)ICi輸出高電平時,IC2的振蕩頻率低,當(dāng)ICi輸出低電平時,IC2的振蕩頻率高。因此IC2的振蕩頻率被ICi的輸出電壓調(diào)試為兩種音頻,使揚(yáng)聲器發(fā)出“滴、嘟、滴、嘟……”的雙音聲響。其使用分立式元件不僅增大了設(shè)計的難度而且使整個電路的最終設(shè)計效果與可信度降低,揚(yáng)聲器發(fā)出的兩種不同頻率的聲響不易區(qū)分,效果不理想。圖1-2-1-3由兩個555組成的雙音報警器電路設(shè)計方案的選定第一種方案:其使用分立式元件不僅增大了設(shè)計的難度而且使整個電路的最終設(shè)計效果與可信度降低;使揚(yáng)聲器發(fā)出的兩種不同頻率的聲響不易區(qū)分,效果不理想;還使設(shè)計成本增加。第二種方案:其使用了一個555集成塊,提高了最終的設(shè)計效果,降低了設(shè)計難度。但是其還是用了不少的分立式元件,使得電路的整體效果不佳。其中光敏二極管需要光源,在黑暗下無法工作,不滿足設(shè)計基本要求。第三種方案:它是由兩個555集成塊組成的雙音報警器。該電路主要由集成元件組成。集成元件與分立式元件相比較,集成元件的優(yōu)勢: 1、元件制作方便快捷。其將一個特定的功能集合在一起,供使用者使用,不必再花費過多的時間、精力。 而且它保證并提高了整個電路的整體性能,使揚(yáng)聲器能清晰地發(fā)出兩種不同頻率的聲響, 較好的滿足設(shè)計的要求。2、元件制作可行性高。集成元件提供了很大的可行度,而奮元件在復(fù)雜的電路中要不斷地返回檢查,增加了任務(wù)量。 3、由分立元件組成的電路,如果電路選擇得好,參數(shù)選擇恰當(dāng),元件性能優(yōu)良,設(shè)計和調(diào)試的好,則性能也很優(yōu)良。但只要其中一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,則性能
會低于一般集成電路。且為了不致過載、過流、過熱等損壞元件,需要加以復(fù)雜的保護(hù)電路。集成功放電路成熟,低頻性能好,內(nèi)部設(shè)計具有復(fù)合保護(hù)電路,可以增加其工作的可靠性,尤其集成厚膜器件參數(shù)穩(wěn)定,無須調(diào)整,信噪比較小,而且電路布局合理,外圍電路利用NE555計時器,和CD4017控制三種警報循環(huán)時間,將各個部分連接起來,即可做成三種聲音循環(huán)的報警器。需要的元器件:8歐喇叭, NE555S三個,電容220uf,0.01uf,0.01uf,10uf,2.2uf,22uf,47uf,0.01uf.電阻2.7k,1k,100k,4.7k,47k*2,10k*4,100k,1k,10k. 三極管9015,電位器104第二章555定時器,cd4017,cd40662.1計時器的特點及原理2.1.1計時器的特點555定時器是一種將模擬電路和數(shù)字電路集成與一體的電子器件。 用它可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器等多種電路。其在工業(yè)控制、定時、檢測、報警等方面有廣泛應(yīng)用。555時基集成電路具有成本低、易使用、適應(yīng)面廣、驅(qū)動電流大和一定的負(fù)載能力。在電子制作中只需經(jīng)過簡單調(diào)試, 就可以做成多種實用的各種小電路, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于三極管電路。555時基集成電路的主要參數(shù)為 (以NE555為例)電源電壓4.5?16V。輸出功率大,驅(qū)動電流達(dá)200mA作定時器使用時,定時精度為 1%。定時時間從微秒級到小時級。作振蕩使用時,輸出的脈沖的最高頻率可達(dá) 500KH”可工作于無穩(wěn)態(tài)和單穩(wěn)態(tài)兩種方式??烧{(diào)整占空比。溫度穩(wěn)定性好于0.005%,°C。常見的555時基電路為塑料雙列直插式封裝(見圖2.2.1),正面印有555字樣,左下角為腳1,管腳號按逆時針方向排列。8n6n5—NE555U1UU23圖2-1-1555時基電路
2.2.1計時器的原理它含有兩個電壓比較器,一個基本 RS觸發(fā)器,一個放電開關(guān)T,比較器的參考電壓由三只5K的電阻器構(gòu)成分壓,它們分別使高電平比較器 A1同相比較端和低電平比較器A2的反相輸入端的參考電平為23VCC和13的反相輸入端的參考電平為23VCC和13VCC。A1和A2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號輸入并超過Vcc時,觸發(fā)器復(fù)位,555的輸出端3腳輸出低電平,同時放電,開關(guān)管導(dǎo)通;當(dāng)輸入信號自 2腳輸入并低于13VCC時,觸發(fā)器置位,555的3腳輸出高電平,同時放電,開關(guān)管截止。 RD是復(fù)位端,當(dāng)其為0時,555輸出低電平。平時該端開路或接VCCVc是控制電壓端(5腳),平時輸出%VCC作為比較器A1的參考電平當(dāng)5腳外接一個輸入電壓,即改變了比較器的參考電平,從而實現(xiàn)對輸出的另一種控制,在不接外加電壓時,通常接一個 0.01UF的電容器到地,起濾波作用,以消除外來的干擾,以確保參考電平的穩(wěn)定。T為放電管,當(dāng)T導(dǎo)通時,將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路。在使用時,該三極管的集電極( 7腳)一般都要外接上拉電阻。Vcc電源復(fù)位VoVcc電源復(fù)位Vo圖2-2-1555內(nèi)部結(jié)構(gòu)閾值輸入觸發(fā)輸入復(fù)位RDRS輸出Vo放電管T
00導(dǎo)通2Vee31-Vee31101截止2-Vee31-Vee31010導(dǎo)通2Vee31一Vee3111不變不變表2-2-1555功能表22由555定時器組成的多諧振蕩器由555定時器和外接組件R、R、C構(gòu)成多諧振蕩器,腳2與腳6直接相連。電路沒有R、R、R>向C充電,以及C通過及C通過R2向放電De端放電,使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在23Vee和電,從而在輸出端得到一系列的矩形波形,對應(yīng)的波形如圖所示。4RQ■TRIGDISDN■CVoltGTHR827561IC35554RQ■TRIGDISDN■CVoltGTHR827561IC3555C2CAPR1RES2R2RES2CAPVo圖2-2-1由555構(gòu)成的多諧振蕩器VcT23Vcc13Vcctl圖2-2-2多諧振蕩器的波形圖輸出信號的參數(shù)有:電路振蕩周期:Ttw2tw1電容充電時間:tw1
0.7(RR2)C電容放電時間:tw20.7R2C1.43電路振蕩頻率:(R,2R2)C輸出波形占空比q(%)tw1R R2100%R2R2其中twi為Vc由ZgVcC上升到〔gVcC所需時間,tw2為電容C放電所需時間。555電路要求R1與R2均應(yīng)不小于1K,但兩者之和應(yīng)不大于3.3M 。由于555定時電路內(nèi)部的比較器靈敏度較高,而且采用差分電路形式,用 555定時器組成的多諧振蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。外部組件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性, 555定時器配以少量的組件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強(qiáng)的功率輸出能力。因此,這種形式的多諧振蕩器應(yīng)用很廣。Cd4017芯片cd4066芯片ironAHaa*ui?aMJyorAv?
ironAHaa*ui?aMJyorAv?杓11p-'"doY1—215Y0—14—CLY7—413—EN-"-(Xi312Y7一bIt—Y9Y3—T10—Y4V抽一9Ccd40L7管腳圖》十進(jìn)制計數(shù)/分頻器CD4017,其內(nèi)部由計數(shù)器及譯碼器兩部分組成,由譯碼輸出實現(xiàn)對脈沖信號的分配,整個輸出時序就是 0001、02、…、09依次出現(xiàn)與時鐘同步的高電平,寬度等于時鐘周期。CD4017有10個輸出端(00?09和1個進(jìn)位輸出端?05-9。每輸入10個計數(shù)脈沖,?05-9就可得到1個進(jìn)位正脈沖,該進(jìn)位輸出信號可作為下一級的時鐘信號CD4017有3個輸(MRCP0和~CP1),MR為清零端,當(dāng)在MR端上加高電平或正脈沖時其輸出00為高電平,其余輸出端(01?09)均為低電平。CP0和?CPl是2個時鐘輸入端,若要用上升沿來計數(shù),則信號由CP0端輸入;若要用下降沿來計數(shù),則信號由? CPl端輸入。設(shè)置2個時鐘輸入端,級聯(lián)時比較方便,可驅(qū)動更多二極管發(fā)光。由此可見,當(dāng)CD4017有連續(xù)脈沖輸入時,其對應(yīng)的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài),故可直接用作順序脈沖發(fā)生器。Cd4066■CUTF廣1匕1*]9J0ACXJTIN"tj]OJIIN[Taiobhpout14GNlTROLB>11i1L2Jmi可e&riReL&lfiIM.>CX/TMiO愉]OUTINwriHsjhieT]iH-'iMnCD4066是四雙向模擬開關(guān),主要用作模擬或數(shù)字信號的多路傳輸。 CD4066的每個封裝內(nèi)部有4個獨立的模擬開關(guān),每個模擬開關(guān)有輸入、輸出、控制三個端子,其中輸入
端和輸出端可互換。當(dāng)控制端加高電平時,開關(guān)導(dǎo)通;當(dāng)控制端加低電平時開關(guān)截止。 模擬開關(guān)導(dǎo)通時,導(dǎo)通電阻為幾十歐姆;模擬開關(guān)截止時,呈現(xiàn)很高的阻抗,可以看成為開路。模擬開關(guān)可傳輸數(shù)字信號和模擬信號,可傳輸?shù)哪M信號的上限頻率為 40MHz。各開關(guān)間的串?dāng)_很小,典型值為一50dB。CD4066的引出端排列與CC4016一致,但具有比較低的導(dǎo)通阻抗。另外,導(dǎo)通阻抗
在整個輸入信號范圍內(nèi)基本不變。 CD4066由四個相互獨立的雙向開關(guān)組成, 每個開關(guān)有一個控制信號,開關(guān)中的p和n器件在控制信號作用下同時開關(guān)。這種結(jié)構(gòu)消除了開關(guān) 晶體管閾值電壓隨輸入信號的變化,因此在整個工作信號范圍內(nèi)導(dǎo)通阻抗比較低。 與單通道開關(guān)相比,具有輸入信號峰值電壓范圍等于電源電壓以及在輸入信號范圍內(nèi)導(dǎo)通阻抗比較穩(wěn)定等優(yōu)點。但若應(yīng)用于采樣電路,仍推薦 CD4016。當(dāng)模擬開關(guān)的電源電壓采用雙電源時,例如 =+5V,=-5V(均對地0V而言),則輸入電壓對稱于0V的正、負(fù)信號電壓(+5V?-5V)均能傳輸。這時要求控制信號C=“1為+5V,C=“0'為-5V,否則只能傳輸正極性的信號電壓。第二章電路的設(shè)計與調(diào)試3.1電路的設(shè)計選用8的揚(yáng)聲器。選用555定時器組成多諧振蕩器。而整個電路由三個555定時器IC!、IC2,|C3組成。中間加有R5以連接IC,的3腳與IC2的5腳。通過R5的方波的低頻加至IC2的控制電壓端5腳,對第二級IC2進(jìn)行調(diào)制。當(dāng)方波為高電平時, IC2的頻率較低;而當(dāng)方波為低電平時,IC2的振蕩頻率高,則揚(yáng)聲器會發(fā)出高低連續(xù)變化的雙音。 IC2的5腳為控制電壓端,當(dāng)方波加至此,改變了IC2集成塊的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓值, 從而實現(xiàn)了對555振蕩頻率的控制,經(jīng)C4的濾波作用后,小型揚(yáng)聲器發(fā)出兩種不同頻率的“滴、嘟、滴、嘟?的聲響。要求輸出功率為120mVy輸出阻抗為8。為了與輸出阻抗8匹配,則應(yīng)IC1的振蕩頻率:f 1.431(R r)c,f1約為0.7Hz。1.43IC2IC2的振蕩頻率:(Rs2R4)C3,f2約為500HzIC2:UcPR,Uc693mVIcYc,L86.625mAIC1:tpL0.7R2C1tpH0.7(尺R2)C1T1tpLtpH T11頻率范圍為高頻1500Hz,低頻500Hz。由f 得高頻下周期為0.67ms,低頻下周T1期為2ms。3.2電路的制作該電路的設(shè)計使用多孔板制作。而制作電路產(chǎn)品要使用焊接技術(shù)。 焊接前應(yīng)準(zhǔn)備好焊接工具和材料,清潔被焊件及工作臺, 進(jìn)行元器件的插裝及導(dǎo)線端得處理,左手拿焊絲, 右手握電烙鐵,同時進(jìn)入備焊狀態(tài)。電烙鐵頭放置焊件處加熱,焊錫絲在電烙鐵對側(cè), 立即送入焊錫絲。待焊錫在焊點上全部濕潤后錫絲移開應(yīng)略早于電烙鐵。 待焊點全部焊接完后,按照電路圖用導(dǎo)線將各個焊點連接起來,電路初步就做成了。將電路接入微型計算機(jī)電源 5V中,接通電源,試聽揚(yáng)聲器聲音。只能聽見“滴……”的一種聲音。接入示波器中幾乎只見到一種波形, 其間偶爾出現(xiàn)一點高頻,電路設(shè)計的效果不好?,F(xiàn)在取下R5斷開ICj的3腳與IC2的5腳,在IC2的5腳接一個O.OluF的電容,接通電源,用示波器觀察IC1和IC2的輸出波形。然觀察到的IC1和IC2的輸出波形均為正常的矩形方波。3.3電路的修正在本次課程電路的設(shè)計中,我使用了Protel99SE軟件進(jìn)行電路設(shè)計,并用Multisim2001軟件進(jìn)行電路仿真。在Multisim2001仿真軟件中,我發(fā)現(xiàn)原電路圖通過仿真示波器出來的波形與理想中的波形向差很遠(yuǎn)。而是出現(xiàn)在高低電平不同作用下, IC2的3腳出來的波形均出現(xiàn)不同頻率的波形,沒有周期性、比較混亂;而且較低的頻率在高低電平下幾乎保持不變。問題出現(xiàn)后,我采取單一變量原則,先后改變了電阻R3、R4、R5的值。在保證R4不變下,分別改變R3、R5阻值,出現(xiàn)了不變的單一頻率。改變 R4下,出現(xiàn)的電平頻率忽高忽低,而不受 ICi電平影響。各次仿真結(jié)果均告失敗。由于人耳分辨聲音頻率的限制及靈敏度,在制作的電路作品中只能較為清晰地分辨出一種頻率的聲音。問題出現(xiàn)后,我嘗試從其它方面入手。我試著將從電阻 R5出來應(yīng)連接到IC2的5腳導(dǎo)線改連到7腳,并在5腳與底線間加了個0.01uF的電容。進(jìn)行仿真,高電平下出現(xiàn)很好的單一電平,而低電平下未有電平出現(xiàn)。采取單一變量原則。 R5阻值減小,沒變化;阻值增加到25K左右時,在低頻下,出現(xiàn)波形,然波形頻率不一致,高頻下易然。繼續(xù)增加阻值,波形沒有很好改觀。R4阻值增加或減少,在低頻作用下沒有任何的改觀。 R3阻值增加,不行;阻值減小到4K時,出現(xiàn)了較為理想的波形。高電平下出現(xiàn)高頻,占空比約 50%;低電平下出現(xiàn)低頻,占空比較高,約 75%。電路輸出波形為,低電平下出現(xiàn)低頻,高電平下出現(xiàn)高頻根據(jù)方案三設(shè)計,將兩個ne555,與四個cd4066連接,再使用ne555,與4017組成的控制電路相組合,設(shè)計出原理圖,如下。C1丁1」丨山6|丨丨i圖3-3-1報警器電路原理—:C23SPEAKER.衛(wèi)lsL103U1???C5as^U3?4Tn7?-Irntr?41HK!-?
R5? ?~i~i―OfC0-FG66*?1GUFI]■ . ■fc2O?1■22UFC22?2urj|<R12RL3根據(jù)原理圖設(shè)計的pcb圖?§5?二*-14-7k1-?R3SR2l表3-3-2波形仿真圖(1)表3-3-3波形仿真圖(2)心得與體會首先,這次課程設(shè)計給我提供了一次很好的鍛煉機(jī)會, 提高了我的動手能力,讓我明白了“紙上得來總覺淺,絕知此事要躬行”的道理。剛開始進(jìn)行課程設(shè)計的時候,我表現(xiàn)出了很大的熱情。上網(wǎng)查資料、詢問高年級同學(xué)的經(jīng)驗,我時刻猜測著我會從中獲得什么,這是一個難得的鍛煉機(jī)會。在這次課程設(shè)計中,根據(jù)原理把各個部分按電路原理依次連接起來,做成電路圖,然后使用client99se軟件進(jìn)行設(shè)計,設(shè)計原理圖不是一件容易的事,先做所選元件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸資料做元件庫。Pcb元件庫要求很高,所以很費時間。然后根據(jù)電路原理圖設(shè)計 pcb圖,設(shè)計pcb圖是一件很復(fù)雜的事,要先確定一下各個元器件的位置,然后布線。我們在一位朋友的幫助下花費了很多時間設(shè)計完了pcb圖,在設(shè)計中我學(xué)到了很多,比如各元器件的安放,布局,還要考慮元器件的大小,實際焊接需要考慮的問題,要完全學(xué)會做pcb還要很長時間,學(xué)會的話還是很有用的。當(dāng)電路設(shè)計好后,我感到感到很充實,很有成就感。然后就是制作電路板啊,老師先是把pcb圖打印到了一張紙上,然后發(fā)了一塊銅電路板,在再轉(zhuǎn)印機(jī)上過一遍,電路圖就打印到板子上了,然后放在一個藥水盆子里腐蝕,那天中午天很熱,還就我一人。再接著打孔,涂松香,接著就是焊接,板子比較小,焊接比較困難,不過還是完成了。然后下午調(diào)試,就是各種不好使。。。。周二下午讓老師幫忙整,一直到周四上午,我們過去,結(jié)果還是不好使,電路圖, pcb都沒問題,可就是不好使。老實說有個電容放電了充不上去,還有 40
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