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1、第4章 中斷控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)器與串行口,4.1 CPU與外設(shè)通信方式概述4.2 增強(qiáng)型MCS-51中斷控制系統(tǒng)4.3 增強(qiáng)型MCS-51定時(shí)/計(jì)數(shù)器4.4 串行通信系統(tǒng) 4.5 增強(qiáng)型MCS-51芯片識(shí)別和仿真,4.1 CPU與外設(shè)通信方式概述,4.1.1 查詢(xún)方式 查詢(xún)方式包括查詢(xún)輸出方式和查詢(xún)輸入方式。所謂查詢(xún)輸入方式,是指CPU讀外設(shè)數(shù)據(jù)前,先查詢(xún)外設(shè)是否處于準(zhǔn)備就緒狀態(tài)(即外設(shè)是否已將
2、數(shù)據(jù)輸出到CPU的數(shù)據(jù)總線上);查詢(xún)輸出方式是指CPU向外設(shè)輸出數(shù)據(jù)前,先查詢(xún)外設(shè)是否處于空閑狀態(tài)(即外設(shè)是否可以接收CPU輸出的數(shù)據(jù))。,4.1.2 中斷通信方式 采用中斷傳輸方式即可克服查詢(xún)傳輸方式存在的缺陷:當(dāng)CPU需要向外設(shè)輸出數(shù)據(jù)時(shí),將啟動(dòng)命令寫(xiě)入外設(shè)控制口后,就繼續(xù)執(zhí)行隨后的指令,而不是被動(dòng)等待;當(dāng)外設(shè)處于空閑狀態(tài),可以接收數(shù)據(jù)時(shí),由外設(shè)向CPU發(fā)出允許數(shù)據(jù)傳送的請(qǐng)求信號(hào)——即中斷請(qǐng)求信號(hào),如果滿足中斷響應(yīng)
3、條件,CPU將暫停執(zhí)行隨后的程序,轉(zhuǎn)去執(zhí)行預(yù)先安排好的數(shù)據(jù)傳送子程序——也稱(chēng)為中斷服務(wù)程序,CPU響應(yīng)外設(shè)中斷請(qǐng)求信號(hào)的過(guò)程簡(jiǎn)稱(chēng)為中斷響應(yīng);在完成了數(shù)據(jù)傳送后,再返回?cái)帱c(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序??梢?jiàn),在這種方式中,CPU發(fā)出控制命令后,依然執(zhí)行啟動(dòng)命令后的指令序列,而不是通過(guò)檢測(cè)外設(shè)的狀態(tài)來(lái)確定外設(shè)是否處于空閑狀態(tài),不僅CPU利用率高,而且能同時(shí)與多個(gè)外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換——只要適當(dāng)安排多個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)以及同優(yōu)先級(jí)中斷的查詢(xún)順序即可。因此,中
4、斷傳輸方式是CPU與外設(shè)之間最常見(jiàn)的一種數(shù)據(jù)傳輸方式。,1.中斷源 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中,把引起中斷的事件稱(chēng)為中斷源。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中,常見(jiàn)的中斷源有:· 外部中斷,如CPU某些特定引腳電平變化引起的中斷。· 各類(lèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器溢出中斷(即定時(shí)時(shí)間到或計(jì)數(shù)器滿請(qǐng)求中斷)。· 串行發(fā)送結(jié)束請(qǐng)求中斷。· 串行接收有效請(qǐng)求中斷。· 電源掉電中斷。,2. 中斷優(yōu)先級(jí)
5、 既然中斷是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中CPU與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的主要方式,那么多個(gè)外設(shè)以中斷方式與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí),可能遇到兩個(gè)或兩個(gè)以上外設(shè)中斷請(qǐng)求同時(shí)有效的情形。在這種情況下,CPU先響應(yīng)哪一外設(shè)的中斷請(qǐng)求?這就涉及到中斷優(yōu)先級(jí)問(wèn)題。一般說(shuō)來(lái),為了能夠處理多個(gè)中斷請(qǐng)求,中斷控制系統(tǒng)均提供中斷優(yōu)先級(jí)控制。有了中斷優(yōu)先級(jí)控制后,就可以解決多個(gè)中斷請(qǐng)求同時(shí)有效時(shí)先響應(yīng)哪一中斷問(wèn)題。,3. 中斷開(kāi)關(guān) 有時(shí)為避免某一處理過(guò)程被
6、中斷,中斷控制器給每一個(gè)中斷源都設(shè)置了一個(gè)中斷請(qǐng)求屏蔽位,用于禁止或允許相應(yīng)中斷源的中斷請(qǐng)求傳送到CPU,相當(dāng)于中斷源的中斷開(kāi)關(guān)。此外,還設(shè)一個(gè)總的中斷請(qǐng)求屏蔽位,當(dāng)該位處于禁止?fàn)顟B(tài)時(shí),所有中斷源的中斷請(qǐng)求均不能傳送到CPU,相當(dāng)于中斷總開(kāi)關(guān)。,4. 中斷處理過(guò)程,,4.2 增強(qiáng)型MCS-51中斷控制系統(tǒng),圖4-1 增強(qiáng)型MCS-51中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu),4.2.1 中斷源及標(biāo)志,圖4-2 與中斷功能有關(guān)的TCON寄存器位,4.2.2
7、 中斷控制 1. 中斷允許控制寄存器IE,圖4-3 中斷控制寄存器IE各位含義,由于IE寄存器具有按位尋址功能,因此可通過(guò)位操作指令,允許或禁止其中的任一中斷,如:,SETB EA; 開(kāi)中斷 SETB EX0 ; 允許 中斷 CLR ES ; 禁止串行口中斷 例如當(dāng)TCON的IT0位為0時(shí),只要在S5P2相采
8、樣到P3.2引腳為低電平,則 中斷請(qǐng)求標(biāo)志IE0就為1。但當(dāng)EX0或EA之一為0時(shí),CPU將不檢查IE0的中斷請(qǐng)求標(biāo)志(即該中斷請(qǐng)求被CPU忽略)。,2. 中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP 標(biāo)準(zhǔn)MCS-51內(nèi)核CPU只有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí),各中斷源優(yōu)先級(jí)由IP寄存器控制(0為低優(yōu)先級(jí);1為高優(yōu)先級(jí)),中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP各位含義如圖4-4(a)所示。 增強(qiáng)型MCS-51內(nèi)核CPU具有四個(gè)中斷優(yōu)先級(jí),除了標(biāo)準(zhǔn)M
9、CS-51 CPU的中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP外,還增加了一個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IPH(字節(jié)地址為0B7H,但I(xiàn)PH沒(méi)有位地址功能),IPH寄存器各位含義如圖4-4(b)所示,于是中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)由IPH、IP對(duì)應(yīng)位編碼決定,具體情況如下:,IPH.X位 IP.X位優(yōu)先級(jí)00 0級(jí)(優(yōu)先級(jí)最低)01 1級(jí)10 2級(jí)11 3級(jí)(優(yōu)先級(jí)最高),圖4-4 中斷優(yōu)先級(jí)
10、控制(a) 中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP各位含義 (b) 中斷優(yōu)先級(jí)控制高位寄存器IPH各位含義,圖4-4 中斷優(yōu)先級(jí)控制(a) 中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP各位含義 (b) 中斷優(yōu)先級(jí)控制高位寄存器IPH各位含義,PX0H、PX0——外中斷 優(yōu)先級(jí)高、低位。PX1H、PX1——外中斷 優(yōu)先級(jí)高、低位。PT0H、PT0——定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0優(yōu)先級(jí)高、低位。PT1H、PT1——定時(shí)/計(jì)數(shù)器
11、T1優(yōu)先級(jí)高、低位。PSH、PS——串行口中斷優(yōu)先級(jí)高、低位。PT2H、PT2——定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2優(yōu)先級(jí)高、低位。 可見(jiàn),當(dāng)IPH為XX000000B時(shí),中斷優(yōu)先級(jí)僅由IP寄存器決定,即與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51內(nèi)核CPU中斷優(yōu)先級(jí)兼容。,3. 硬件查詢(xún)順序 改變IPH、IP寄存器的值,即可使相應(yīng)中斷源優(yōu)先權(quán)升高或降低。但增強(qiáng)型MCS-51具有6個(gè)中斷源,而只有四個(gè)中斷優(yōu)先級(jí),這就必然存在兩個(gè)或兩個(gè)以上中斷源優(yōu)先級(jí)相
12、同。例如當(dāng)IPH為00010001B,而IP為00001001B時(shí),外中斷優(yōu)先級(jí)為3(最高),串行口中斷優(yōu)先級(jí)為2,定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1中斷優(yōu)先級(jí)為1,而其他3個(gè)中斷源優(yōu)先級(jí)均為0(最低)。復(fù)位后,IPH、IP初值為00000000,即所有中斷優(yōu)先級(jí)均為0。,為此,MCS-51約定當(dāng)同一優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求有效時(shí),CPU響應(yīng)順序?yàn)椋和庵袛喽〞r(shí)/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷外中斷定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1溢出中斷串行口中斷 定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2溢出
13、中斷,4.2.3 中斷響應(yīng)過(guò)程及中斷服務(wù)程序入口地址,圖4-5 中斷響應(yīng)時(shí)序,1. 中斷響應(yīng)條件 MCS-51中斷響應(yīng)條件為: (1) 當(dāng)前不處于同級(jí)或更高級(jí)中斷響應(yīng)中。這是為了防止同級(jí)或低級(jí)中斷請(qǐng)求中斷同級(jí)或更高級(jí)中斷。 (2) 當(dāng)前機(jī)器周期必須是當(dāng)前指令的最后一個(gè)機(jī)器周期,否則等待。執(zhí)行某些指令需要兩個(gè)或兩個(gè)以上機(jī)器周期,如果當(dāng)前機(jī)器周期不是指令的最后一個(gè)機(jī)器周期,則不響應(yīng)中斷請(qǐng)求,即不允許中斷
14、一條指令的執(zhí)行過(guò)程,這是為了保證指令執(zhí)行過(guò)程的完整性。,(3) 如果當(dāng)前指令是中斷返回指令RETI,或讀寫(xiě)中斷控制寄存器IE、優(yōu)先級(jí)寄存器IP或IPH,則必須再執(zhí)行一條指令后才能響應(yīng)中斷請(qǐng)求。 如果不滿足以上條件,將忽略該機(jī)器周期對(duì)中斷標(biāo)志的查詢(xún)結(jié)果,下一機(jī)器周期繼續(xù)查詢(xún),因此可能存在這樣一種情況:某一中斷發(fā)生了,不滿足響應(yīng)條件,CPU不響應(yīng),又出了新的中斷請(qǐng)求,則尚未響應(yīng)的中斷請(qǐng)求將被忽略,因?yàn)槊恳恢袛嘣粗挥幸粋€(gè)中斷標(biāo)
15、志位,而CPU總是在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2相檢測(cè)中斷源,設(shè)置中斷標(biāo)志。,例如低電平觸發(fā)的外中斷INT0低電平維持時(shí)間為1個(gè)機(jī)器周期,假設(shè)在M1機(jī)器周期有效,則M1機(jī)器周期的S5P2狀態(tài)后,標(biāo)志位IE0為1;盡管在M2機(jī)器周期的S6狀態(tài),CPU查詢(xún)到IE0有效,但不滿足中斷響應(yīng)條件,即M3機(jī)器周期不響應(yīng)INT0的中斷請(qǐng)求,繼續(xù)執(zhí)行隨后指令系列,然而在M2機(jī)器周期S5P2相前INT0引腳已恢復(fù)高電平,在S5P2相后IE0復(fù)位,在M3機(jī)器周期
16、S6狀態(tài)查詢(xún)發(fā)現(xiàn)IE0為0,無(wú)效,結(jié)果是本次INT0中斷請(qǐng)求將被忽略。 另外,在中斷響應(yīng)過(guò)程中,如果在M4周期的S6狀態(tài)查詢(xún)到優(yōu)先級(jí)更高的中斷標(biāo)志為1(即在M2~M3機(jī)器周期內(nèi)優(yōu)先級(jí)更高的中斷請(qǐng)求出現(xiàn)),在M5、M6機(jī)器周期將響應(yīng)高優(yōu)先級(jí)中斷,而不執(zhí)行低優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)程序。,2. 中斷響應(yīng)過(guò)程及中斷服務(wù)程序入口地址 如果滿足中斷響應(yīng)條件,將進(jìn)入中斷響應(yīng)過(guò)程: (1) ?CPU先將對(duì)應(yīng)中斷的優(yōu)先級(jí)觸發(fā)器置1(
17、每一中斷源對(duì)應(yīng)一個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)觸發(fā)器,不過(guò)圖4-1沒(méi)畫(huà)出該觸發(fā)器),阻止CPU再響應(yīng)同級(jí)或更低級(jí)中斷請(qǐng)求。 (2) 將程序計(jì)數(shù)器PC當(dāng)前值壓入堆棧,以保證執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后正確返回;并將相應(yīng)中斷源入口地址裝入PC,以便執(zhí)行中斷服務(wù)程序。這一過(guò)程由硬件完成,相當(dāng)于執(zhí)行了一條長(zhǎng)調(diào)用指令“LCALL XXXX”,中斷服務(wù)程序入口地址如下:,中斷源 入口地址(即LCALL指令的XXXX地址)外中斷
18、 0003H定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷 000BH外中斷 0013H定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1溢出中斷 001BH串行口中斷 0023H定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2溢出中斷 002BH,由于各中斷服務(wù)程序入口地址僅相隔8個(gè)字節(jié),難以容納中斷服務(wù)程序,為此可在入口處放置一條長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)指令,而實(shí)際的中斷服務(wù)程序放在存儲(chǔ)器區(qū)內(nèi)的任意位置(一般放在主程序后),如下所示: ORG 0
19、003H LJMP INT0; 在外中斷入口處放一條長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)指令 ORG 0100H MAIN:; 主程序 …… INT0:; 外中斷的中斷服務(wù)程序,(3) 清除中斷請(qǐng)求標(biāo)志。進(jìn)入中斷服務(wù)程序后,CPU能自動(dòng)清除下列中斷請(qǐng)求標(biāo)志位: 定時(shí)器T0中斷請(qǐng)求標(biāo)志TF0; 定時(shí)器T1中斷請(qǐng)求標(biāo)志TF1; 邊沿觸發(fā)方式下外中斷的中斷請(qǐng)求標(biāo)志IE0;
20、 邊沿觸發(fā)方式下外中斷的中斷請(qǐng)求標(biāo)志IE1。 但不自動(dòng)清除串行發(fā)送結(jié)束中斷標(biāo)志TI、串行接收有效中斷標(biāo)志RI、定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2溢出中斷標(biāo)志TF2、定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2外觸發(fā)標(biāo)志EXF2以及電平觸發(fā)方式下的外中斷標(biāo)志IE0和IE1。對(duì)于不能自動(dòng)清除的中斷請(qǐng)求標(biāo)志,需要在中斷服務(wù)程序中,用“CLR 位地址”指令清除。,(4) 返回。中斷服務(wù)程序最后一條指令是中斷返回指令“RETI”,執(zhí)行了中斷返回指令RETI后,先將
21、對(duì)應(yīng)中斷的優(yōu)先級(jí)觸發(fā)器清零(以便返回后CPU能夠響應(yīng)同級(jí)或更低級(jí)的中斷請(qǐng)求),并將堆棧內(nèi)的兩個(gè)字節(jié)彈到程序計(jì)數(shù)器PC,以便從斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行被中斷程序的后續(xù)指令。,4.2.4 中斷初始化及中斷服務(wù)程序結(jié)構(gòu),中斷初始化是指通過(guò)設(shè)置TCON、IE及IP、IPH寄存器內(nèi)容,確定外中斷觸發(fā)方式(低電平觸發(fā)還是下降沿觸發(fā))、開(kāi)中斷、設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)等,例如可通過(guò)如下指令將定義為下降沿觸發(fā),優(yōu)先級(jí)為3(最高),并允許中斷:,SETB IT0;外中
22、斷采用下降沿觸發(fā)MOV A, IPHORL A, #01HMOV IPH,A;由于IPH寄存器沒(méi)有位尋址功能,只能通過(guò)或 指令將IPH的PX0H ;位置1 SETB EA ;開(kāi)中斷,SETB PX0;IP寄存器具有位尋址功能,可通過(guò)SETB指令將指 定位置1
23、 SETB EX0;允許中斷,中斷服務(wù)程序結(jié)構(gòu)與子程序類(lèi)似,大致包含以下幾部分:; 必要時(shí)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)PUSH PSWPUSH Acc…SETB RS0; 切換工作寄存器區(qū),根據(jù)需要可使用0~3區(qū)中的任一區(qū)CLR RS1; 由于中斷出現(xiàn)的不確定性,因此只要中斷服務(wù)程序中使用 ; 了寄存器組R0~R7,就需要切換工作區(qū)
24、……; 中斷服務(wù)程序體(略),CLR 中斷請(qǐng)求標(biāo)志; 對(duì)于不能自動(dòng)清除中斷請(qǐng)求標(biāo)志的中 斷響應(yīng)過(guò)程,需要通過(guò)“CLR中斷; 請(qǐng)求標(biāo)志位”指令清除中斷請(qǐng)求標(biāo)志, 防止同一請(qǐng)求被多次響應(yīng)POP Acc POP PSW; 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) RETI; 中斷返回指令,(1) 中斷出現(xiàn)是隨機(jī)的,可能出現(xiàn),也可能不出現(xiàn),更不知道什么會(huì)時(shí)候出現(xiàn),即被中斷程序的斷點(diǎn)無(wú)法預(yù)測(cè)。而子程序的執(zhí)
25、行由調(diào)用指令LCALL或ACALL實(shí)現(xiàn),只要滿足特定條件,就一定會(huì)發(fā)生,斷點(diǎn)由程序員控制。因此只要中斷服務(wù)程序中出現(xiàn)寫(xiě)寄存器組R0~R7之一,就需要切換工作寄存器區(qū):由于同級(jí)中斷不能嵌套,因此同一優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)程序可以使用同一工作寄存器區(qū);高優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)程序和低優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)程序一般不能使用同一工作寄存器區(qū),除非兩者不可能同時(shí)出現(xiàn)。 (2) 中斷服務(wù)程序入口地址(也稱(chēng)為中斷向量)由硬件決定,與CPU類(lèi)型有關(guān),不能更改。
26、而子程序入口地址由用戶(hù)安排。,(3) 子程序中可以任意調(diào)用另一子程序,但中斷過(guò)程有優(yōu)先級(jí),同級(jí)或低級(jí)中斷不能打斷正在執(zhí)行的同級(jí)或更高優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)程序。 (4) 盡管子程序返回指令RET和中斷返回指令RETI均會(huì)將棧頂兩個(gè)字節(jié)信息裝入PC,恢復(fù)斷點(diǎn),但RETI還清除相應(yīng)中斷優(yōu)先級(jí)觸發(fā)器,因此中斷返回指令不可用子程序返回指令RET代替。,對(duì)于采用電平觸發(fā)方式的外中斷 和 來(lái)說(shuō),如果低電
27、平有效信號(hào)不自動(dòng)消失,或低電平維持時(shí)間大于外中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時(shí)間時(shí),即使在退出中斷服務(wù)程序前,通過(guò)“CLR IE0”或“CLR IE1”指令清除了中斷標(biāo)志IE0或IE1,但P3.2或P3.3引腳依然保持低電平,下一機(jī)器周期中斷標(biāo)志又再次被置位,返回后中斷標(biāo)志有效,如果滿足響應(yīng)條件,將造成“同一請(qǐng)求,多次響應(yīng)”的現(xiàn)象。為此,盡量避免采用電平觸發(fā)方式,非要用電平觸發(fā)方式(如干擾大,不宜采用邊沿觸發(fā))時(shí),可通過(guò)以下措施克服:,·
28、增加單穩(wěn)態(tài)電路,把電平觸發(fā)改為脈沖觸發(fā)。 · 如果低電平信號(hào)能自動(dòng)消失,但保持時(shí)間可能大于中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時(shí)間時(shí),在系統(tǒng)反映速度許可情況下,為了降低成本,可在外中斷服務(wù)程序中加入引腳電平狀態(tài)檢測(cè)指令,確保P3.2(對(duì) 來(lái)說(shuō))或P3.3(對(duì) 來(lái)說(shuō))引腳變低電平后,再清除中斷請(qǐng)求標(biāo)志并返回。,,4.3 增強(qiáng)型MCS-51定時(shí)/計(jì)數(shù)器,在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,常需要對(duì)外部脈沖進(jìn)行
29、計(jì)數(shù)或每隔特定時(shí)間執(zhí)行某一操作,因此定時(shí)/計(jì)數(shù)器是單片機(jī)控制系統(tǒng)重要的外設(shè)部件之一,幾乎所有單片機(jī)控制系統(tǒng)均有一個(gè)到數(shù)個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器。增強(qiáng)型MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)置了三個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器,分別稱(chēng)為T(mén)0、T1和T2。,4.3.1 定時(shí)/計(jì)數(shù)功能概述,定時(shí)/計(jì)數(shù)器的核心部件是一個(gè)加法(或減法)計(jì)數(shù)器,可工作在定時(shí)方式或計(jì)數(shù)方式,因此稱(chēng)為定時(shí)/計(jì)數(shù)器。不過(guò)這兩種工作方式?jīng)]有本質(zhì)的區(qū)別,只是計(jì)數(shù)脈沖來(lái)源不同而已:如果計(jì)數(shù)脈沖是頻率相對(duì)穩(wěn)
30、定的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)(一般是系統(tǒng)時(shí)鐘的分頻信號(hào))時(shí),則稱(chēng)為定時(shí)方式;反之,當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖取自CPU I/O引腳的外部信號(hào)時(shí),稱(chēng)為計(jì)數(shù)方式。 單片機(jī)內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器屬于可編程部件,除了加法計(jì)數(shù)器(部分單片機(jī)芯片采用減法計(jì)數(shù)器)外,尚有工作方式控制寄存器,一般具有如下特點(diǎn):,(1) 工作方式寄存器。定時(shí)/計(jì)數(shù)器有多種定時(shí)或計(jì)數(shù)方式,使用前必須初始化工作方式寄存器,設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式(定時(shí)還是計(jì)數(shù);硬件啟動(dòng)還是軟件啟動(dòng);計(jì)數(shù)長(zhǎng)度
31、——即作為16位計(jì)數(shù)器使用還是8位計(jì)數(shù)器使用等)。 (2) 可以從0開(kāi)始計(jì)數(shù),也可以從特定值開(kāi)始計(jì)數(shù),因此定時(shí)/計(jì)數(shù)器是一個(gè)可讀寫(xiě)的寄存器,使用前一般需要設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初值。 (3) 對(duì)于每來(lái)一個(gè)脈沖加1的定時(shí)/計(jì)數(shù)器,當(dāng)計(jì)數(shù)器溢出時(shí),可向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求(定時(shí)時(shí)間到),以便CPU處理。,4.3.2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0、T1結(jié)構(gòu)及控制,1. 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制 在MCS-51中,與定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0、
32、T1工作方式有關(guān)的寄存器為T(mén)MOD和TCON。其中TMOD控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0、T1的工作方式,而TCON控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)方式和禁止/允許定時(shí)中斷。 1) 工作方式寄存器TMOD,圖4-6 TMOD寄存器各位含義,表4-1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式,· ——定時(shí)/計(jì)數(shù)方式選擇。當(dāng) 位為0時(shí),計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自CPU內(nèi)部分頻器,計(jì)數(shù)脈沖頻率是時(shí)鐘信號(hào)的12分頻(對(duì)于“6時(shí)鐘/機(jī)器
33、周期”芯片來(lái)說(shuō),計(jì)數(shù)脈沖是系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的6分頻),即處于定時(shí)方式;當(dāng) 位為1時(shí),計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自P3.4引腳,即處于計(jì)數(shù)方式。 · GATE——定時(shí)/計(jì)數(shù)器啟動(dòng)方式控制位。,2) 控制字寄存器TCON,圖4-7 TCON寄存器中與定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制有關(guān)的位,2. 工作方式 定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0有四種工作方式(即方式0、方式1、方式2和方式3),主要用于定時(shí)和計(jì)數(shù);定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1有三種工作方式(
34、即方式0、方式1和方式2),除了用作定時(shí)、計(jì)數(shù)外,T1還作為串行異步通信口的波特率發(fā)生器。值得注意的是,初始化時(shí)如果錯(cuò)將定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1置為方式3,T1將停止工作。,1) 方式1(16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器),圖4-8 定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0(T1)方式1結(jié)構(gòu),當(dāng) 位為0時(shí),定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0處于定時(shí)狀態(tài),計(jì)數(shù)脈沖是系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的n分頻器,即每隔n?/?fOSC秒,TL0加1,當(dāng)TL0溢出(如果TL0當(dāng)前值為FFH,則再來(lái)一個(gè)脈沖,TL
35、0將溢出,變?yōu)?0)時(shí),TH0自動(dòng)加1;當(dāng)TH0也溢出時(shí),定時(shí)器T0中斷標(biāo)志TF0位置位1。如果定時(shí)器T0溢出中斷開(kāi)關(guān)ET0為1(即允許T0中斷),將向CPU發(fā)出定時(shí)器溢出中斷請(qǐng)求(CPU能否響應(yīng),取決于中斷響應(yīng)條件)。,如果定時(shí)器初值為M,則方式1的定時(shí)時(shí)間t為: (“12時(shí)鐘/機(jī)器周期”模式) (“6時(shí)鐘/機(jī)器周期”模式)
36、,【例4.1】 假設(shè)晶振頻率為12 MHz,定時(shí)器初值為9800?(即2648H),計(jì)算“12時(shí)鐘/機(jī)器周期”模式下的定時(shí)時(shí)間t。,t== 55 736 μs=55.736 ms,顯然,當(dāng)晶振頻率為12 MHz,定時(shí)器初值為0時(shí),方式1定時(shí)時(shí)間最長(zhǎng)為:,tmax= =65 536 μs,在定時(shí)時(shí)間T
37、確定情況下,定時(shí)器初值M可表示為:,(“12時(shí)鐘/機(jī)器周期”模式),(“6時(shí)鐘/機(jī)器周期”模式),在上式中,如果 fOSC單位取MHz,則定時(shí)時(shí)間T的單位是μs。,【例4.2】 假設(shè)晶振頻率為12 MHz,所需定時(shí)時(shí)間為10 ms,計(jì)算“12時(shí)鐘/機(jī)器周期”模式下定時(shí)器初值M。 將定時(shí)時(shí)間10 ms(即10 000 μs)、晶振頻率12 MHz代入(4-3)式,可得初值:,即定時(shí)器初值TH0為0D8H,TL0為0F0H
38、。,當(dāng) 位為1時(shí),定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0處于計(jì)數(shù)狀態(tài),計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自CPU的P3.4引腳。每來(lái)一個(gè)脈沖TL0加1。當(dāng)TL0溢出時(shí),TH0自動(dòng)加1;當(dāng)TH0也溢出時(shí),計(jì)數(shù)器T0中斷標(biāo)志TF0位置1(即有效)。,2) 方式2,圖4-9 定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0(T1)方式2結(jié)構(gòu),由于方式2的計(jì)數(shù)長(zhǎng)度為8位,因此定時(shí)時(shí)間T與初值M之間關(guān)系為:,(“12時(shí)鐘/機(jī)器周期”模式),(“6時(shí)鐘/機(jī)器周期”模式),顯然,當(dāng)晶振頻率 fOSC 為12 MH
39、z時(shí),“12時(shí)鐘/機(jī)器周期”模式下方式2的最長(zhǎng)定時(shí)時(shí)間為:,3) 方式3,圖4-10 定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0方式3結(jié)構(gòu),圖4-11 T0工作在方式3下T1的結(jié)構(gòu)(a) T1方式1;(b) T1方式2,4.3.3 定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2結(jié)構(gòu)及控制,1. 定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2的控制,圖4-12 T2CON寄存器各位含義,圖4-13 T2MOD寄存器各位含義,表4-2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2工作方式,2. T2的工作方式 1) 下降沿觸發(fā)自動(dòng)重裝
40、初值16位定時(shí)或計(jì)數(shù)器,圖4-14 下降沿觸發(fā)自動(dòng)重裝初值16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2結(jié)構(gòu),2) 外部電平控制重裝方式,圖4-15 外電平控制重裝方式下的T2結(jié)構(gòu),3) 捕捉方式,圖4-16 定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2的捕捉方式,4) 可編程時(shí)鐘輸出方式,圖4-17 時(shí)鐘輸出方式下的定時(shí)器T2結(jié)構(gòu),可見(jiàn)利用T2的時(shí)鐘輸出功能,在P1.0引腳獲得方波信號(hào)精度高于軟件定時(shí)方式獲得的方波信號(hào)。,顯然T2溢出時(shí)間為
41、 因此從P1.0引腳輸出時(shí)鐘信號(hào)頻率為,【例4.3】 假設(shè)晶振頻率為12 MHz,計(jì)算“12時(shí)鐘/機(jī)器周期”模式下從P1.0引腳輸出的方波信號(hào)頻率范圍。 方波信號(hào)頻率與T2比較/捕捉寄存器RCAP2H、RCAP2L初值有關(guān),當(dāng)RCAP2H、RCAP2L初值為0FFFFH時(shí),方波信號(hào)頻率最大(3 MHz);當(dāng)RCAP2H、RCAP2L初值為0000H時(shí),方波信號(hào)頻率最小(45.
42、8 Hz)。 從圖4-17可以看出:在時(shí)鐘輸出方式下,T2溢出時(shí)不置位TF2標(biāo)志,但當(dāng)外觸發(fā)控制EXEN2位為1時(shí),T2EX(P1.1)引腳由1變0(即P1.1的下降沿)EXF2標(biāo)志置1,因此定時(shí)器T2工作于時(shí)鐘輸出方式時(shí),可把P1.1引腳作為下降沿觸發(fā)的外中斷(EXEN2作中斷允許控制位;EXF2作中斷有效標(biāo)志)。 .,5) 串行口波特率發(fā)生器,圖4-18 T2作為串行口波特率發(fā)生器的結(jié)構(gòu),在增強(qiáng)型MCS-51芯片
43、中,當(dāng)定時(shí)器T2控制器寄存器T2CON的TCLK位為1時(shí),將改用定時(shí)器T2溢出信號(hào)的16分頻作為串行口方式1和方式3的發(fā)送波特率(如果RCLK為0,則方式1、方式3的接收波特率還是由定時(shí)器T1產(chǎn)生);而當(dāng)定時(shí)器T2控制器寄存器T2CON的RCLK位為1時(shí),也改用定時(shí)器T2溢出信號(hào)的16分頻作為串行口方式1和方式3的接收波特率。但值得注意的是,在“12時(shí)鐘/機(jī)器周期”模式下把T2溢出率作為串行口方式1、方式3的波特率發(fā)生器時(shí),T2的計(jì)數(shù)脈
44、沖是時(shí)鐘信號(hào)的2分頻,而不是12分頻。因此,使用定時(shí)T2作為串行口方式1和方式3的波特率時(shí),波特率與定時(shí)器T2初值C之間關(guān)系如下:,表4-3 定時(shí)器T2波特率與初值C之間關(guān)系,4.3.4 定時(shí)/計(jì)數(shù)器應(yīng)用,【例4.4】 假設(shè)晶振頻率為12 MHz,試?yán)枚〞r(shí)/計(jì)數(shù)器T0的方式2,在P1.7引腳輸出周期為200 μs的方波。 分析:定時(shí)器工作方式2的最長(zhǎng)定時(shí)時(shí)間為256 μs,而方波周期為200 μs,即方波高、低電
45、平時(shí)間只有200 μs/2,即100 μs,可令T0工作于方式2,定時(shí)時(shí)間設(shè)為100 μs,定時(shí)時(shí)間到對(duì)P1.7引腳鎖存器取反,即獲得周期為200 μs的方波。,定時(shí)器T0初值M為:,參考程序如下:ORG 0000HLJMP MAIN; 跳到主程序入口ORG 000BHLJMP CTC0; 定時(shí)器T0中斷入口地址ORG 100H MAIN:MOV SP, #4FH; 初始化堆棧指針SPMO
46、V A, TMOD; 為了不影響定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1的工作狀態(tài), 先讀出TMOD ANL A, #0F0H; 與F0H相與,使高4位不變,低4位清零 ORL A, #0000 0010B; 由TR0控制計(jì)數(shù)器開(kāi)和關(guān),GATE位為0; 定時(shí)狀態(tài),即位為0,M1M0為10,即方式2,MOV TMOD,A; 將工作方式控制字寫(xiě)入TMODMOV TL0, #9CH; 送初值MOV TH0,
47、#9CH; 送重裝初值SETB ET0; 允許定時(shí)器T0中斷SETB EA; 開(kāi)中斷SETB TR0; 啟動(dòng)定時(shí)器T0HERE:SJMP HERE; 循環(huán)等待,相當(dāng)于虛擬主程序; 定時(shí)器T0的中斷服務(wù)程序CTC0:CPL P1.7RETI,【例4.5】 假設(shè)晶振頻率為12 MHz,試編寫(xiě)一程序,在P1.7引腳輸出周期為2 s的方波。 分析:本例表面上與上例區(qū)別不大,只是
48、方波周期長(zhǎng)了,但我們知道當(dāng)系統(tǒng)晶振頻率為12 MHz時(shí),即使定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作在方式1,最長(zhǎng)定時(shí)時(shí)間也不過(guò)65.536 ms,而目前需要在P1.7引腳上輸出周期為2?s?(高低電平時(shí)間為1?s)的方波,屬于超長(zhǎng)定時(shí)問(wèn)題,除了使用定時(shí)器功能外,還要使用軟件計(jì)數(shù)方法。 要獲得1s?(即1000 ms)的定時(shí)時(shí)間,可使用定時(shí)器T0方式1,定時(shí)時(shí)間可設(shè)為50 ms,軟件計(jì)數(shù)器初值為20。定時(shí)器T0溢出時(shí),軟件計(jì)數(shù)器減1,當(dāng)軟件計(jì)數(shù)
49、器減到0時(shí),就獲得了1 s的時(shí)間。具體程序如下:,參考程序如下:,TIMECON DATA 28H; 把28H單元作為軟件計(jì)數(shù)器ORG 0000HLJMP MAIN; 跳到主程序入口ORG 000BHLJMP CTC0; 定時(shí)器T0中斷入口地址ORG 100HMAIN:MOV SP, #4FH; 初始化堆棧指針SPMOV A, TMOD; 為了不影響定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1的工作狀態(tài), 先讀
50、出TMODANL A, #0F0H; 與F0H相與,使高4位不變,低4位清零 ORL A, #00000001B; 由TR0控制計(jì)數(shù)器開(kāi)和關(guān),GATE位為0; 定時(shí)狀態(tài),即位為0,M1M0為01,即方式1,MOV TMOD,A; 將工作方式控制字寫(xiě)入TMOD MOV TL0, #0B0H; 送初值 MOV TH0, #3CH; 定時(shí)時(shí)間為50 ms(即50000 μs),
51、 初值為3CB0H SETB ET0; 允許定時(shí)器T0中斷 SETB EA; 開(kāi)中斷 SETB TR0; 啟動(dòng)定時(shí)器T0 MOV TIMECON, #14H; 軟件計(jì)數(shù)器初值為14H(即20)HERE:SJMP HERE; 循環(huán)等待,相當(dāng)于虛擬主程序 ; 定時(shí)器T0的中斷服務(wù)程序,CTC0:MOV TL0, #0B0H; 重裝定時(shí)器初值MOV TH0, #3CH; 為了減少定時(shí)誤差
52、,進(jìn)入中斷服務(wù)后, 先重裝定時(shí)器初值DJNZ TIMECON, NEXT ; 軟件計(jì)數(shù)器減1,不等于0,就返回MOV TIMECON, #14H; 重裝軟件計(jì)數(shù)器初值CPL P1.7; 對(duì)P1.7取反NEXT:RETI,【例4.6】 系統(tǒng)晶振頻率為12 MHz,試?yán)枚〞r(shí)器T0在P1.6引腳上輸出頻率為1400 Hz的方波(持續(xù)時(shí)間為60 ms),然后不斷檢測(cè)P1.7引腳狀態(tài),當(dāng)P1.7引腳上存在
53、負(fù)脈沖時(shí),在負(fù)脈沖過(guò)后立即在P1.6引腳輸出頻率為2300 Hz的方波(持續(xù)時(shí)間也是60 ms),否則3 s后在P1.6引腳上輸出頻率為1400 Hz的方波(持續(xù)時(shí)間為60 ms)。 分析:本例涉及定時(shí)器重復(fù)使用問(wèn)題,有一定的代表性。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中往往需要多段長(zhǎng)短不一的定時(shí)時(shí)間,而CPU內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的個(gè)數(shù)有限,如MCS-51系列只有2個(gè)定時(shí)器。如果兩個(gè)或兩個(gè)以上的定時(shí)時(shí)間沒(méi)有重疊,原則上就可以利用同一定時(shí)器現(xiàn)實(shí)(重
54、新設(shè)置工作方式和定時(shí)器初值)。,方波頻率為1400 Hz,則方波周期為1/1400 Hz,即714.28 μs,高低電平時(shí)間為357.14 μs。當(dāng)T0工作于方式2(自動(dòng)重裝初值的8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器)時(shí),最長(zhǎng)定時(shí)時(shí)間為256 μs,小于1400 Hz方波要求的定時(shí)時(shí)間,必須使用軟件計(jì)數(shù)器。因此,可將定時(shí)時(shí)間設(shè)為119 μs,軟件計(jì)數(shù)器初值設(shè)為3,于是可獲得3×119(即357 μs)的延遲時(shí)間,即方波周期為714 μs,頻率為1
55、400.56 Hz,與實(shí)際值非常接近。 對(duì)于頻率為2300 Hz的方波來(lái)說(shuō),周期為1/2300 Hz,即434.782 μs,高低電平時(shí)間為217.391 μs,小于方式2的最長(zhǎng)定時(shí)時(shí)間256 μs。因此,將定時(shí)時(shí)間設(shè)為217 μs時(shí),即可獲得周期為434 μs的方波(頻率為1/434 μs,即2304.147 Hz),誤差也不大。,至于持續(xù)時(shí)間,可用軟件延遲方式獲得。 在檢測(cè)P1.7引腳狀態(tài)期間,不能用軟件延
56、遲方式,需要重新初始化定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0的工作方式,作為16位定時(shí)器使用。 參考程序如下:,X_TIME DATA 2AH ; 延遲時(shí)間參數(shù)XY_TIME DATA 2BH ; 延遲時(shí)間參數(shù)Y;這兩個(gè)單元確定的延遲時(shí)間為tTIME DATA 2CH ; 延遲時(shí)間計(jì)數(shù)器,總的延遲時(shí)間為T(mén)ime×tSINCON DATA 2DH ; 送1400 Hz時(shí)的計(jì)數(shù)器SIN1400 BIT 00H
57、 ; 位地址00H作為1400 Hz方波標(biāo)志,當(dāng)sin1400為1時(shí), 發(fā)1400 Hz ; 反之,發(fā)2300 Hz,ORG 0000HLJMP MAIN; 跳到主程序入口ORG 000BHLJMP CTC0; 定時(shí)器T0中斷入口地址ORG 100HMAIN:MOV SP, #4FH; 初始化堆棧指針SP ; 初始化定時(shí)器
58、T0(工作在方式2)MOV A, TMOD; 為了不影響定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1的工作狀態(tài), 先讀出TMODANL A, #0F0H; 與F0H相與,使高4位不變,低4位清零ORL A, #00000010B; 由TR0控制計(jì)數(shù)器開(kāi)和關(guān),GATE位為0; 定時(shí)狀態(tài),即位為0,M1M0為10,即方式2 MOV TMOD,A; 將工作方式控制字寫(xiě)入TMOD,; 發(fā)送1400Hz方波時(shí)定時(shí)器T0的
59、初始化命令 MOV TL0, #89H ; 送初值 MOV TH0, #89H ; 送重裝初值,定時(shí)時(shí)間為119 μs,初值為 89H,計(jì)數(shù)器初值為3 MOV SINCON, #03H ; 用SINCON單元存放計(jì)數(shù)初值(119*3=357 μs),實(shí)際頻率; 為1400.56 Hz SETB SIN1400 SETB ET0
60、 ; 允許定時(shí)器T0中斷 SETB EA ; 開(kāi)中斷 SETB TR0 ; 啟動(dòng)T0; 延遲60 ms MOV TIME, #06H,LOOP1:MOV X_TIME, #109MOV Y_TIME, #45LCALL DELAY ; 延遲10 msDJNZ TIME, LOOP1 CLR
61、TR0 ; 延遲60 ms后停止CLR P1.6; 將P1.6引腳置低電平; 重新初始化定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0MOV A, TMOD; 為了不影響定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1的工作狀態(tài), 先讀出TMODANL A, #0F0H; 與F0H相與,使高4位不變,低4位清零,ORL A, #00000001B; 由TR0控制計(jì)數(shù)器開(kāi)和關(guān),GATE位為0; 定時(shí)狀態(tài),即位為0,M1M0
62、為01,即方式1MOV TMOD,A; 將工作方式控制字寫(xiě)入TMODMOV TL0, #3CH; 送初值低8位MOV TH0, #0B0H; 送初值高位,定時(shí)器初值為3CB0,即定時(shí) 時(shí)間為50 msCLR ET0 ; 將用查詢(xún)方式CLR TF0; 清除定時(shí)器T0的中斷標(biāo)志SETB TR0 ; 啟動(dòng)T0 MOV TIME, #3CH
63、; 軟件計(jì)數(shù)器初值為3C,即60,LOOP2:JNB P1.7, MPLUSJNB TF0, LOOP2MOV TL0, #3CH; 重裝初值低8位MOV TH0, #0B0H; 重裝初值高位CLR TF0DJNZ TIME,LOOP2; 軟件計(jì)數(shù)器減1 SJMP OUT1400,MPLUS:JB P1.7, OUT2300JNB TF0, MPLUSMOV TL0,
64、#3CH; 重裝初值低8位 MOV TH0, #0B0H; 重裝初值高位CLR TF0DJNZ TIME,MPLUS; 軟件計(jì)數(shù)器減SJMP OUT1400,OUT1400: MOV A, TMOD; 為了不影響定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1的工作狀態(tài),先 讀出TMOD ANL A, #0F0H; 與F0H相與,使高4位不變,低4位清零 ORL A, #00000010B; 由TR0
65、控制計(jì)數(shù)器開(kāi)和關(guān),GATE位為0; 定時(shí)狀態(tài),即位為0,M1M0為10,即方式2 MOV TMOD,A; 將工作方式控制字寫(xiě)入TMOD MOV TL0, #89H; 送初值 MOV TH0, #89H; 送重裝初值 MOV SINCON, #03H SETB SIN1400 SETB ET0 ; 允許定時(shí)器T0中斷 SETB TR0 ;
66、 啟動(dòng)T0SJMP STOP,OUT2300:; 發(fā)送2300 Hz方波時(shí)定時(shí)器T0的初始化命令 MOV A, TMOD; 為了不影響定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1的工作狀態(tài),先讀出TMOD ANL A, #0F0H; 與F0H相與,使高4位不變,低4位清零 ORL A, #00000010B; 由TR0控制計(jì)數(shù)器開(kāi)和關(guān),GATE位為0; 定時(shí)狀態(tài),即位為0,M1M0為10,即方式2 MOV TMOD,A
67、; 將工作方式控制字寫(xiě)入TMOD MOV TL0, #27H; 送初值 MOV TH0, #27H; 送重裝初值,定時(shí)時(shí)間為217 μs,初值為27H,實(shí)際頻率; 為2304 Hz CLR SIN1400 SETB TR0 STOP:; 延遲60 ms MOV TIME, #06H,LOOP3: MOV X_TIME, #109 MOV Y_TIME, #45
68、 LCALL DELAY ; 延遲10 msDJNZ TIME, LOOP3CLR TR0 ; 延遲60 ms后停止CLR ET0CLR EAEND,; 定時(shí)器T0中斷服務(wù)程序(產(chǎn)生1400/2300 Hz正弦波)CTC0: JNB SIN1400, SIN2300 ; 如果特征位為0,說(shuō)明要發(fā)2300 Hz DJNZ SINCON, CT
69、CEND MOV SINCON, #03H CPL P1.6 SJMP CTCENDSIN2300: CPL P1.6CTCEND: RETI,; ***********通用延遲子程序**************; 延遲時(shí)間參數(shù)在2AH(Y)、2BH(x)單元中,總的延遲時(shí)間t; t=(4y+2xy+10)T,其中T是機(jī)器周期。當(dāng)晶振頻率為12 MHz時(shí),T=1 μs
70、; 典型參數(shù)I:x=198,y=250時(shí),延遲時(shí)間t=100 010 μs,即近似100 ms; 典型參數(shù)II:x=109,y=45時(shí),延遲時(shí)間t=10 ms; 子程序名稱(chēng):DelayDelay: PUSH PSW CLR RS0 SETB RS1 ; 使用2區(qū) MOV R7,Y_TIME ; 取延遲時(shí)間參數(shù)YDLOOP1: MOV
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