外文翻譯--基于at89c52單片機(jī)led顯示屏系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯</p><p>　　題 目: 基于AT89C52單片機(jī)LED顯示屏系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　院系名稱： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 電氣F0902 </p><p>　　學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師：

2、 教師職稱： 高級(jí)工程師 </p><p>　　起止日期: 13.3.7-13.3.9 地 點(diǎn): 河南工業(yè)大學(xué) </p><p>　　附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 </p><p>　　附件1：外文資料翻譯譯文</p><p>　　基于AT89C52單片機(jī)LED顯示屏系統(tǒng)設(shè)計(jì)&l

3、t;/p><p>　　中國(guó)連云港淮海理工學(xué)院 電子工程研究所 宋勇賢 馮遠(yuǎn) 馬娟麗 張先進(jìn) </p><p>　　soyox@126.com</p><p>　　摘要：本文介紹了AT89C52微型單片機(jī)顯示屏硬件和軟件的設(shè)計(jì)過程。32×192的顯示屏采用一個(gè)簡(jiǎn)單的外部電路來(lái)控制，該顯示屏用動(dòng)態(tài)掃描方式顯示六個(gè)32×32點(diǎn)陣漢字，還可以分為兩個(gè)能顯示2

4、4個(gè)16×16點(diǎn)陣漢字的小顯示屏。通過修改代碼可以改變顯示的內(nèi)容，字幕具有滾動(dòng)功能而滾動(dòng)速度可以根據(jù)需求靈活調(diào)整，字幕也可以實(shí)現(xiàn)暫停功能。漢字的代碼存儲(chǔ)在外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，根據(jù)顯示漢字的需求來(lái)擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的內(nèi)存。該顯示屏具有體積小、硬件簡(jiǎn)單和電路結(jié)構(gòu)少的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：LED、漢字顯示、AT89C52單片機(jī) </p><p><b>　　1 概述&

5、lt;/b></p><p>　　隨著現(xiàn)代信息社會(huì)的不斷進(jìn)步以及人們的生活環(huán)境[6]的改善，LED顯示已經(jīng)成為城市照明的一個(gè)重要標(biāo)志。在大型購(gòu)物中心、火車站、碼頭、地下站、各種管理窗口等都可以看到LED燈。LED業(yè)務(wù)已經(jīng)成為一個(gè)快速增長(zhǎng)的新興產(chǎn)業(yè)，具有巨大的市場(chǎng)空間和光明的前景[9]。通過LED顯示的文本、圖片、動(dòng)畫和視頻的內(nèi)容是可以改變的。一些顯示裝置具有模塊化結(jié)構(gòu)，通常包括一個(gè)顯示模塊、控制系統(tǒng)和電源系

6、統(tǒng)。顯示模塊由LED點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)構(gòu)成，擔(dān)負(fù)發(fā)光顯示的任務(wù)，控制系統(tǒng)通過控制LED點(diǎn)陣在相應(yīng)區(qū)域的明暗從而使屏幕顯示文本、圖片、視頻等，電源系統(tǒng)負(fù)責(zé)輸入屏幕需要的電壓和電流。通過PC機(jī)獲得LED點(diǎn)陣顯示屏中顯示漢字的代碼然后發(fā)送給單片機(jī)顯示在顯示屏內(nèi)，其主要用于室內(nèi)和室外的字符顯示。根據(jù)顯示的內(nèi)容LED點(diǎn)陣顯示可以分為圖形顯示、圖像顯示和視頻顯示。與圖像顯示相比，無(wú)論是單色或彩色顯示 ，圖形顯示是不能區(qū)別灰度的。因此，圖形顯示就無(wú)法反映色彩的

7、豐富性，而視頻顯示不僅可以顯示動(dòng)態(tài)、清晰的彩色圖像，而且也能顯示數(shù)字信號(hào)。雖然三者有差異，但基本的原理是相似的[6]。</p><p>　　單片機(jī)具有良好的性價(jià)比、體積小、可靠性高、控制能力強(qiáng)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于智能儀器、機(jī)電一體化、實(shí)時(shí)控制、機(jī)器人、家用電器、模糊控制、通信系統(tǒng)等領(lǐng)域。</p><p>　　本文詳細(xì)描述了LED顯示屏相關(guān)的硬件設(shè)計(jì)和軟件結(jié)構(gòu)，最后模擬了總體的設(shè)計(jì)和結(jié)果分析。

8、</p><p>　　2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)（SCM）型號(hào)是根據(jù)目的、功能、可靠性、成本、控制系統(tǒng)的精度和速度來(lái)選擇的。依據(jù)課題的實(shí)際情況，選擇單片機(jī)的型號(hào)主要從以下兩個(gè)方面考慮：第一，單片機(jī)具有較強(qiáng)的抗干擾能力；第二，單片機(jī)具有較高的性價(jià)比。由于MCS-51在中國(guó)廣泛使用，對(duì)該芯片有充分的認(rèn)識(shí)，特別是，ATMEL公司在2003年推出的新一代微控制器即89S系列，

9、AT89C52單片機(jī)以其高性能、低成本而成為其中一款典型產(chǎn)品。AT89C52單片機(jī)是一種低電壓、高性能CMOS的8位微控制器，芯片包括可以重復(fù)擦除的8 KB只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM），256B隨機(jī)訪問數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），設(shè)備采用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集而且兼容8052產(chǎn)品，該芯片內(nèi)置8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，可以應(yīng)用在復(fù)雜控制方面[10]。</p><p>　

10、　該系統(tǒng)電路由AT89C52芯片、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、列掃描驅(qū)動(dòng)電路、行驅(qū)動(dòng)電路和六個(gè)32×32 LED點(diǎn)陣構(gòu)成，LED字符顯示的整體結(jié)構(gòu)如圖1。顯示單元由點(diǎn)陣和兩個(gè)74HC154芯片組成。行數(shù)據(jù)信號(hào)分為兩個(gè)部分，分別由兩個(gè)8255A給定，而8255A的數(shù)據(jù)都來(lái)自AT89C52單片機(jī)的P0端口。74HC154發(fā)送每個(gè)列的掃描信號(hào)，總共有12個(gè)74HC154芯片被分為六組。74HC154的輸入信號(hào)由AT89C52單片機(jī)P1.0～

11、P1.3提供。 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264與AT89C52的P0端口連接。</p><p>　　圖1 LED字符顯示的整體結(jié)構(gòu)</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1單片機(jī)控制系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)有32個(gè)I/O端口，對(duì)于32×32點(diǎn)陣漢字，不能滿足設(shè)計(jì)需求，所以必須通過兩個(gè)8255A實(shí)

12、現(xiàn)I/O端口的擴(kuò)展。數(shù)據(jù)端口擴(kuò)展如圖2所示，74HC373是地址鎖存器，用來(lái)鎖存低8位地址提供給6264芯片，而6264芯片的高8位地址信號(hào)由單片機(jī)的P2.0～P2.4提供、8255A芯片的內(nèi)部端口由A0和A1選擇。74HC139是2-4譯碼器其輸入信號(hào)由單片機(jī)的P2.6和P2.7提供，為外部芯片提供選通信號(hào)，因?yàn)橄到y(tǒng)有多個(gè)外部設(shè)備，為了確保他們會(huì)被選通，外部芯片的地址是唯一的、不重復(fù)的。</p><p>　　A

13、T89C52的18、19引腳為時(shí)鐘電路的時(shí)鐘引出端(XTALI和XTAL2)，外接12MHZ晶振，并聯(lián)電容C1和C2，選擇芯片內(nèi)的振蕩模式。</p><p>　　復(fù)位電路采用開機(jī)自動(dòng)復(fù)位電路，主要由電阻R1、電容器C3構(gòu)成，連接在AT89C52單片機(jī)的復(fù)位輸入引腳。</p><p>　　圖2 單片機(jī)控制系統(tǒng)電路</p><p>　　3.2顯示單元的設(shè)計(jì)</p&

14、gt;<p>　　32×32點(diǎn)陣的漢字可以分為A、B、C、D四個(gè)部分，而每部分又有4個(gè)8×8的點(diǎn)陣構(gòu)成。8255A芯片輸出行數(shù)據(jù)信號(hào)，其中一片8255A的PA和PB端口接1PA0～1PA7和1PB0～1PB7，另一片8255A的PA和PB端口接2PA0～2PA7和2PB0～2PB7。74HC154芯片的輸出接到右側(cè)，提供點(diǎn)陣的列掃描信號(hào)，一個(gè)顯示單元需要兩個(gè)74HC154芯片才能完成。由于人眼的暫留性，

15、只要設(shè)定好合適的掃描時(shí)間，8255A輸出的字符代碼就會(huì)顯示的顯示屏中。不過，AT89C52只有256B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，對(duì)于漢字的顯示無(wú)法滿足要求，需要通過8K×8的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264芯片來(lái)進(jìn)行內(nèi)存空間的擴(kuò)展。</p><p>　　A B</p><p>　　C

16、 D</p><p><b>　　圖3顯示單元電路圖</b></p><p>　　3.3數(shù)據(jù)單元電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　Inte18255A是一款可編程的并行輸入/輸出通用接口芯片。采用軟件編程來(lái)設(shè)置其功能,具有很強(qiáng)的通用性。通過8255A，CPU數(shù)據(jù)總線可以直接連接外部設(shè)備,具有易于使用和靈活的特點(diǎn)。Inte1 8255A

17、接口芯片有三個(gè)8位并行輸入和輸出端口，通過編程方法設(shè)置三個(gè)端口作為輸入端口或者輸出端口。芯片有三種工作方式分別為：基本的輸入/輸出,選通輸入/輸出和雙向輸入/輸出。這些數(shù)據(jù)通過CPU的數(shù)據(jù)總線采用無(wú)條件轉(zhuǎn)移、查詢傳輸或中斷傳輸方式進(jìn)行傳輸。Inte1 8255A芯片三個(gè)端口里,端口C不僅用作數(shù)據(jù)端口,也可以用作控制端口。當(dāng)端口C作為一個(gè)數(shù)據(jù)端口時(shí),既可以用作8位數(shù)據(jù)端口,也可以分為兩個(gè)4位數(shù)據(jù)端口，通過對(duì)端口C一個(gè)特定的位的輸入或輸出設(shè)

18、置進(jìn)行位操作,為位操作提供了方便條件。</p><p>　　圖4 數(shù)據(jù)單元電路圖</p><p>　　在數(shù)據(jù)單元電路中，兩個(gè)8255A提供顯示的數(shù)據(jù)代碼如圖4所示。通過對(duì)行或列掃描，采用動(dòng)態(tài)顯示的方式顯示漢字。系統(tǒng)通過列掃描來(lái)控制屏幕列掃描電路如圖5。列掃描電路由12個(gè)74HC154芯片構(gòu)成。兩個(gè)74HC154芯片提供的32個(gè)閃光燈來(lái)顯示一個(gè)漢字。AT89C52通過P1.0～P1.3提供給

19、74HC154芯片輸入信號(hào)來(lái)控制屏幕，另一塊74HC154的輸入信號(hào)由AT89C52的P1.4～P1.7提供，12個(gè)74HC154依次工作，從而達(dá)到控制屏幕的目的。</p><p>　　圖5 列掃描單元電路</p><p>　　圖6 串行通信接口電路</p><p>　　3.4串行通信接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　PC機(jī)和單片機(jī)之間是通過

20、串行通信接口連通的。PC機(jī)的RS-232C端口輸出電壓是±12 V，</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和PC機(jī)之間串行通信，單片機(jī)的串行接口電平需采用標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C電平[11]。由于是短程通信,單片機(jī)主要負(fù)責(zé)接收命令和數(shù)據(jù),采用PC機(jī)直接連接到微控制器這一簡(jiǎn)單的連接方法。通過通信電路，PC機(jī)的發(fā)送端發(fā)出電流信號(hào)，當(dāng)有電流信號(hào)時(shí)，二極管發(fā)光。二極管發(fā)出的光通過光耦電路，使得接收端被拉低獲得低電平，

21、實(shí)現(xiàn)了電隔離，避免了對(duì)輸出端的干擾如圖6所示。</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　整個(gè)軟件的設(shè)計(jì)主要包括顯示程序和通信程序。通過動(dòng)態(tài)掃描實(shí)現(xiàn)傳輸控制和顯示功能從而使?jié)h字顯示在屏幕上。通過單片機(jī)串行中斷接收數(shù)據(jù)與PC機(jī)實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)傳輸。</p><p>　　通過Visual Basic實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件的編寫。在標(biāo)

22、準(zhǔn)的串行通信里由VB提供電源通信MSCOMM控件，用來(lái)設(shè)置串行通信數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收、串行通信端口狀態(tài)、消息格式和通信協(xié)議。為了實(shí)現(xiàn)電腦與單片機(jī)的可靠通信要確保通信雙方有相同的數(shù)據(jù)格式和波特率[11]，本設(shè)計(jì)采用RS-232通信，10位的數(shù)據(jù)格式，9600bit/s的傳輸速率。</p><p>　　4.1漢字的點(diǎn)陣顯示原理和子碼</p><p>　　以中國(guó)Times New Roman字體的

23、漢字顯示例，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的漢字庫(kù)中每一個(gè)字由16×16點(diǎn)陣構(gòu)成的256格表示。設(shè)想每個(gè)點(diǎn)作為一個(gè)像素，事實(shí)上，該顯示屏不僅可以顯示漢字，也可以顯示256像素范圍內(nèi)任何圖形。由于單片機(jī)的總線是8位，一個(gè)字需要分成兩部分內(nèi)容見圖3。</p><p><b>　　圖7 漢字顯示原理</b></p><p>　　為了理解漢字的點(diǎn)陣構(gòu)圖法，首先要通過列掃描方法獲得字符代碼

24、。漢字分為8×16點(diǎn)陣的上部和下部?jī)刹糠?。用列掃描方法按P0.0～P0.7方向顯示上部第一列左上角，發(fā)現(xiàn)P0.5是打開的，其他是關(guān)閉的，字符代碼為二進(jìn)制的00000100，轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制為04H。在上部第一列完成后，繼續(xù)掃描第一列下半部分，從圖7中可以看出這個(gè)列沒有顯示的內(nèi)容，字符代碼為二進(jìn)制的00000000，轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制是00H。根據(jù)這一方法，第二列，第三列，直到十六列依次掃描?？梢缘贸鰸h字“大”的掃描代碼。</p

25、><p>　　04H，00H，04H，02H，04H，02H，04H，04H</p><p>　　04H，08H，04H，30H，05H，0c0H，0feH，00H</p><p>　　05H，80H，04H，60H，04H，10H， 04H，08H</p><p>　　04H，04H，0CH，06H，04H，04H， 00， 00</p&

26、gt;<p>　　從原理中可以看出，無(wú)論是什么字體或圖像的顯示都可以用這種方法來(lái)分析掃描代碼，從而顯示在屏幕上。</p><p>　　盡管上述方法使我們能夠得到字符代碼，但依靠手工方法獲得字符代碼是一個(gè)非常復(fù)雜的問題。字體軟件可以用于查找字符代碼，進(jìn)入軟件后打開顯示的內(nèi)容，字體和大小可以根據(jù)要求選擇，可以選擇行或列。按下按鈕，十六進(jìn)制字符代碼就會(huì)自動(dòng)生成，我們需要的數(shù)據(jù)復(fù)制到程序里。</p&g

27、t;<p>　　表一 8255和6264的地址分配表</p><p>　　4.2 端口和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址分配</p><p>　　本設(shè)計(jì)里面使用了8255A和6264等多種外圍芯片，為了選通這些芯片，要對(duì)地址空間進(jìn)行合理的分配。8255A芯片的地址空間為3FFFCH～3FFFH和7FFCH～7FFFH，而6264芯片的地址空間為0A000H～0BFFFH。并且6264芯片的地

28、址空間被分為4個(gè)2KB的小空間。</p><p>　　表二 6264芯片的地址空間</p><p><b>　　4.3軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　軟件程序由開始初始化、顯示程序構(gòu)成，主程序和子程序流程圖如圖8和圖9所示。字符代碼存儲(chǔ)在靜態(tài)存儲(chǔ)器6264里,單片機(jī)的P3.0等待輸入信號(hào),當(dāng)p3. 0從低電平跳轉(zhuǎn)到高時(shí),顯示程序開始運(yùn)行。

29、首先,控制字寫入8255A控制端口,8255A選用工作方式0，控制字寫入后,從6264芯片里取出字符代碼送給8255A,由于屏幕行寬是32位，顯示數(shù)據(jù)要輸出四次。行數(shù)據(jù)從上往下輸入，然后輸入列數(shù)據(jù)，調(diào)用延時(shí)程序，當(dāng)一列數(shù)據(jù)穩(wěn)定顯示后，顯示第二行內(nèi)容，再調(diào)用延時(shí)程序，依次顯示，就獲得要顯示的漢字。</p><p><b>　　圖8 主程序流程圖</b></p><p>

30、　　圖9 子程序的流程圖</p><p>　　圖10 單片機(jī)與PC通信流程圖</p><p>　　PC機(jī)與單片機(jī)的通信流程圖如圖10中所示。單片機(jī)通過串口中斷與PC機(jī)通信接收數(shù)據(jù)信息，從而實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的實(shí)時(shí)信息傳輸。</p><p><b>　　5 仿真結(jié)果和分析</b></p><p>　　在硬件和軟件設(shè)計(jì)完成后,通過

31、Proteus軟件對(duì)內(nèi)容進(jìn)行仿真，根據(jù)仿真結(jié)果從而修改電路和優(yōu)化程序。Proteus軟件是一款EDA工具，軟件由英國(guó)Labcenter電子公司(軟件在中國(guó)的代理商是廣州電子技術(shù)有限公司)發(fā)布[7]。該軟件不僅是具有仿真功能的EDA工具,也能</p><p>　　模擬微控制器及其外圍設(shè)備。盡管Proteus在國(guó)內(nèi)剛剛開始,但單片機(jī)愛好者，單片機(jī)教學(xué)者和科技工作者都十分喜愛這款軟件。Proteus是世界領(lǐng)先的EDA工

32、具(仿真軟件),從草圖、調(diào)試代碼、以及單片機(jī)和外部電路的模擬,到PCB設(shè)計(jì)都能實(shí)現(xiàn)。仿真軟件平臺(tái)由電路仿真軟件,PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型構(gòu)成,支持8051HC11處理器模型,PIC10/12/16/18/24/30/ DsPIC33、AVR、8086和MSP430等等。2010年增加了其他系列處理器模式，也支持IAR,Keil和MATLAB等等。</p><p>　　5.1 PCB設(shè)計(jì)和組件組裝</p>

33、;<p>　　組件在設(shè)計(jì)中使用的不是太多，而且電路對(duì)組件參數(shù)的要求也不嚴(yán)格。只要選擇了合適的組件,良好的電路板,所有的電子元件采用正確的焊接工藝,就可以下載調(diào)試程序。當(dāng)PCB板制作和調(diào)試時(shí)，為了微控制器可以從電路板上取下來(lái)，20針的IC應(yīng)該安裝在AT89C52的位置，并編寫程序。</p><p><b>　　5.2 仿真</b></p><p>　　軟件

34、編程漢字的滾動(dòng)顯示,通過列掃描信號(hào)得到第一幀數(shù)據(jù)，然后下一個(gè)幀數(shù)據(jù)向后移位到第一幀的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，就可以產(chǎn)生動(dòng)態(tài)顯示圖11所示。</p><p>　　圖11 圖像仿真結(jié)果。</p><p>　　仿真結(jié)果表明,仿真符合理論分析,正確的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,通過程序?qū)⒁@示的數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示器顯示,顯示的內(nèi)容不僅可以實(shí)現(xiàn)暫停功能而且顯示的速度也是可調(diào)的,這就說明硬件和軟件的設(shè)計(jì)是可的。</

35、p><p>　　在程序編譯和仿真完成后,準(zhǔn)備一個(gè)編輯器,將程序?qū)懭階T89C52芯片，連接主機(jī)硬件,即AT89C52芯片程序下載，然后將單片機(jī)AT89C52插入到40針腳的插座中。當(dāng)電源上電,就可以調(diào)試和運(yùn)行。由于系統(tǒng)電路需要組件的參數(shù)不是很高,只要設(shè)備是良好的,參數(shù)可以滿足要求,就可以焊接組裝了。</p><p><b>　　6 結(jié)論</b></p>&l

36、t;p>　　LED顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了上位機(jī)和下位機(jī)結(jié)構(gòu)，上位機(jī)PC機(jī)通過串行通信與下位機(jī)通信顯示系統(tǒng)連接，從而實(shí)現(xiàn)字符串的修改，顯示模式設(shè)置，時(shí)間設(shè)置等功能；下位機(jī)主要通過單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)LED點(diǎn)陣顯示屏顯示。漢字顯示采用32×32點(diǎn)陣模型，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)屏幕顯示變化，該顯示屏具有顯示當(dāng)前時(shí)間和日期功能。LED點(diǎn)陣顯示控制系統(tǒng)具有電路簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、低功耗、壽命長(zhǎng)，易于顯示的特點(diǎn)，具有LED顯示屏的基本原理和方法。只要單片機(jī)I/

37、O接口擴(kuò)展，并增加LED點(diǎn)陣和相關(guān)芯片的數(shù)量，就可以設(shè)計(jì)一個(gè)更大面積和更多花樣的LED顯示屏。借此一些理論和實(shí)踐的參考價(jià)值。</p><p>　　作為系統(tǒng)的核心控制單元即AT89C52單片機(jī)，具有較低的功耗，在將來(lái)，雖然顯示圖像可以被壓縮，但這會(huì)增加系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。為了實(shí)現(xiàn)LED視頻實(shí)時(shí)顯示可以選用高速DSP作為核心控制單元，以解決上述問題。</p><p><b>　　致謝<

38、/b></p><p>　　感謝張先進(jìn)和范金山提供的關(guān)鍵評(píng)論和邱秀玲編輯協(xié)助。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]周明德.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和應(yīng)用原理[M].北京：清華大學(xué)出版社,2007.</p><p>　　[2]陳霞,黃悅?cè)A.大屏幕LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)[J].電子元器件應(yīng)用,

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