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文檔簡介

1、設計概況 21 總體設計 31.1 設計要求 31.2 設計方案 32 雙機通信硬件設計 42.1 AT89C51 簡介 42.2 AT89C51 串行口的工作方式 52.3 晶振電路設計 82.4 復位電路設計 82.5 接口電路的設計 92.6 輸入輸出電路設計 113 雙機通信軟件設計 133.1 串行通信軟件實現 133.2 串行通信程序流程 133.3 程序清單 164 軟件仿真 205 硬件連接 216 設計總結 23參考文獻 24設計概況要構成一個較大規(guī)模的控制系統(tǒng), 常常需要采用多機控制實現, 而 AT89C51 單片機有一個異步通信方式的全雙工串行接口,可以方便地構成雙機、多

2、機系 統(tǒng)。而串行通信也成為單片機與單片機、單片機與上位機之間進行數據傳輸的 主要方式,是一種適用于遠距離通信的數據傳輸方式。串行通信是單片機的一個重要應用。本次課程設計就是要利用單片機來完 成一個系統(tǒng),實現雙片單片機串行通信。通信的結果實用數碼管進行顯示,數 碼管采用查表方式顯示。兩個單片機之間采用RS232進行雙機通信。在通信過程中,使用通信協(xié)議進行通信。關鍵詞:單片機;串行通信;接口1總體設計1.1 設計要求設計一個單片機雙機通信系統(tǒng),單片機 A接1個8位按鍵開關,單片機B 接8個發(fā)光二極管,通過串行通信實現由 A機撥碼開關控制B機發(fā)光二極管的 亮火。1.2 設計方案本次設計,對于兩片 A

3、T89C51,采用RS-232進行雙機通信。如圖1所示, 發(fā)送方的數據由串行口 TXD段輸出,經過電平轉換芯片MAX232各TTL電平轉換 為RS-232電平輸出,經過傳輸線將信號傳送到接收端。接收方也使用MAX232芯片進行電平轉換后,信號到達接收方串行口的接收端。 接收方接收后,在LED 二極管上顯示接收的對應信息。晶振電路復位電路8路撥碼開關電路接收機晶振電路復位電路顯示 電路圖1雙機通信系統(tǒng)原理框圖軟件部分,通過通信協(xié)議進行發(fā)送接收,發(fā)送機先送聯絡信號給接收機, 當接收機接收到聯絡信號后,向發(fā)送機回答一個應答信號,表示同意接收。發(fā) 送機收到應答信號后開始發(fā)送數據,每發(fā)送一個數據塊字節(jié)都

4、要計算“校驗和”, 假定數據長度為16個字節(jié),起始地址為40H, 個數據塊發(fā)送完畢后立即發(fā)送 “校驗和”。接收機接收數據并存入數據緩沖區(qū)起始地址也為40H,每接收到一個數據字節(jié)便計算一次“校驗和”,當接收到一個數據塊后,在接受發(fā)送機 發(fā)來的“校驗和”,并將它與接收機計算的校驗和進行比較。若二者相等,說 明接受正確,接收機回答 00H,發(fā)送機結束發(fā)送;若二者不等,說明接受不正 確,接收機回答0FFH請求重發(fā),發(fā)送機重新發(fā)送數據一次。接收機接收到數 據后通過發(fā)光二極管LED顯示發(fā)送機的發(fā)送狀態(tài)。2雙機通信硬件設計2.1 AT89C51 簡介AT89C51是一個帶有4k字節(jié)存儲器的單片機,它具有12

5、8字節(jié)內部 RAM ; 32個I/O 口線和;兩個16位定時/計數器,一個5向量兩級中斷結構, 一個全雙工串行通信口,片內振蕩器及時鐘電路。同時,AT89C51可降至OHz 的靜態(tài)邏輯操作,并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式??臻e方式停止CPU的工作,但允許RAM,定時/計數器,串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電 方式保存RAM中的內容,但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下 一個硬件復位。如圖2所示,DIP40封裝的AT89C51的各個引腳及其功能。P1.01FL 1J'S?P1.2336PL3-437P1.45A36PLB635PL 67T54PL7833RST/Vn9ft32

6、P久“臨1U31P3,1/IXD1130P3. 2/INTQ12y29P3. 3/INT113c28F3. 4/T01427P3.5/T1155P3.6/V!R1625P3打麗1724XT 肚 218123KTAL119222021P0.0P0. 1P0. 2P0. 3P0.4FD. 5P0. 6P0. 7麗ALE/PROGPSOP2.7P2.5F乙4F2_3F2.2:F2.1P2.0圖2 AT89C51單片機引腳封裝AT89C5仲片機各個引腳功能如下:(1)電源幾時鐘引腳?VCC( 40號引腳):電源接入引腳?VSs (20號引腳):接地引腳?XTAL1( 19號引腳):晶振接入的一個引腳?

7、XTAL2( 18號引腳):晶振接入的另一個引腳(2)控制線引腳?RST/VPd(9號引腳):復位信號輸入引腳/備用電源輸入引腳?ALE/PROG(30號引腳):地址鎖存允許信號輸出引腳/編程脈沖輸入引?EA/VPP(31號引腳):內外存儲器選擇引腳/片內EPROMS程電壓輸入引腳? PSEN (29號引腳):外部程序存儲器選通信號輸出引腳(3)I/O引腳 P0.0 P0.7 (3932號引腳):一般I/O 口引腳/低位地址總線引腳 P1.0 P1.7(1 8號引腳):一般 I/O 口引腳 P2.0 P2.7(21 28號引腳):一般I/O 口引腳/高位地址總線引腳 P3.0 P3.7(10

8、17號引腳):一般I/O 口引腳或第二功能引腳P3.0 (10號引腳):RXD串行口輸入P3.1 (11號引腳):TXD串行口輸出P3.2 (12號引腳):INT0外部中斷0輸入P3.3 (13號引腳):外部中斷1輸入P3.4 (14號引腳):T0定時器0的外部輸入P3.5 (15號引腳):T1定時器1的外部輸入P3.6 (16號引腳):WR片外數據存儲器“寫”選通控制輸出P3.7 (17號引腳):RD片外數據存儲器“讀”選通控制輸出2.2 AT89C51串行口的工作方式AT89C51的串行口是一個可編程全雙工的通信接口, 具有通信異步接受和 發(fā)送的全部功能,能同時進行數據的接收和發(fā)送,也可作

9、為同步移位寄存器使 用。AT89C51的串行口主要由兩個獨立的串行數據緩沖寄存器 SBUF(個發(fā)送 緩沖寄存器,一個接收緩沖寄存器),串行口控制寄存器、輸入移位寄存器及若 干控制門電路組成。(1)串行口數據緩沖寄存器SBUFAT89C51可以通過特殊功能寄存器SBUF的讀寫操作,實現對串行接收或串 行發(fā)送寄存器的訪冋,串行接收和串行發(fā)送寄存器在串行口內部是兩個獨立的 存儲單元,共用同一個地址 99耳串行口數據傳送使用的是內部數據傳送指令“ MOgSBUF或“ MOSBUF,A .當執(zhí)行寫操作時,訪問串行發(fā)送寄存器;當 執(zhí)行讀操作時,訪問串行接收寄存器。(2) 串行口控制寄存器 SCONAT89

10、C51串行口工作的設定、接收與發(fā)送控制的設置都是通過對串行口控制寄存器SCON勺編程確定的。SCON1 一個特殊功能寄存器,其地址為98H,可 位尋址,其各位的作用定義如下:表2控制寄存器SCON9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HSCON(98H)SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0、SM1串行口工作方式選擇位,工作方式選擇如表2所示。其中fosc是晶體振蕩器的頻率。SM2多機通信控制位。在方式0下,SM2應為0;在方式1下,如果SM2=0 則只有收到有效的停止位時才會激活 RI;在方式2和方式3下,如置SM2=側 只有收到第9位數據為1時,RI被激活(Rl=1,申

11、請中斷,要求CPU取走數據)。REN允許接收控制位。由軟件置位或清零。REN=1允許接收;REN=0禁 止接收。TB8:在方式2和方式3下,存放要發(fā)送的第9位數據,常用作奇偶校驗位。 在多機通信中,可作為區(qū)別地址幀或數據幀的標識位,若為地址幀,TB8=1;若為數據幀,TB8=QRB8在方式2和方式3下,存放接收到的第9位數據;在方式1下,如 SM2=0則該位為接收到的停止位;方式 0不用此位。TI:發(fā)送中斷標志。在方式0下,發(fā)送完第8位數據位時,由硬件置位;在 其他方式下,當開始發(fā)送停止位時,由硬件將 TI置位,即是向CPU申請中斷, CPU可以發(fā)送下一幀數據。在任何方式下, TI必須由軟件清

12、零。RI :接收中斷標志。在方式0下,接收完第8位數據時,由硬件置位;在 其他方式下,當接收到停止位時 RI置位,即申請中斷,要求CPU取走數據。它 必須由軟件清零。表3串行口工作方式選擇SM0SM1方式功能波特率SM0SM1方式功能波特率000同步移位寄存器f osc/1210211位UARTfosc/16 或 fosc/3201110 位 UART可變11311位UART可變本設計發(fā)送機串行口的工作方式為方式 1,即控制寄存器SCON中內容如下:表4發(fā)送機控制寄存器SCON9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HSCON(98H)SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI0100

13、0000接收機的串行口的工作方式為方式 1,即控制寄存器SCON中內容如下:表5接收機控制寄存器SCON9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HSCON(98H)SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI01010000串口以方式1發(fā)送,由CPU執(zhí)行一條寫發(fā)送寄存器指令“ MOV SBUF”,就可將數據位逐一由TXD端發(fā)送。當發(fā)送一幀數據后,將 TI置1。串口以方式 1接受,需控制SMO中的 REN為1(SMO為特殊功能寄存器PCON勺最高位), 此時對RXD引腳進行采樣,當采樣到起始位置有效時,開始接收數據。當一幀 數據接收完畢,且RI=0, SM2=0或接收到RB8=1時,接收數

14、據有效,此時可利 用讀接收寄存器指令“ MOV A,SBU”將數據送入CPU同時將RI置1。若要再 次發(fā)送或接收數據,必須將 TI、RI清零。(3)波特率的計算根據表2可知串口工作方式方式1時一幀數據為10位(8位數據位,起始 位、停止位各1位)。其傳輸波特率是可變的,由定時器 T1的溢出率來決定。波特率=(2sm°d /32) (T1溢出率)當T1作為波特率發(fā)生器時,最典型的用法是使T1工作在自動再裝入的8位定時器方式(即方式2,且TCON勺TR=1,以啟動定時器)。這時溢出率取決 于TH1中的計數值。TH1 溢出率fOsc/ 12 256 TH 1在單片機的應用中,常用的晶振頻率

15、 f°sc為:12MHz和11.0592MHz在本設計中晶振頻率采用fosc=11,。0592MHz即波特率為SMOD波特率=右12256 (TH1)2.3 晶振電路設計AT89C51單片機內部有一震蕩電路,只要在單片機的XTL1(19號)和XTAL2 (18號)引腳外接石英晶體(簡稱晶振)就構成了自激振蕩器并在單片機內部 產生時鐘脈沖信號。如圖3所示,圖中電容器C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快 速起振,電容值為530pF,典型值為30pF,本設計取30pF。晶振CYS的振蕩 頻率范圍為1.2MHz12MHz典型值為12MHz和6MHz本設計取12MHzP3. 7/RDXTAL2XTA

16、L1GND2.4復位電路設計AT89C5仲片機的RST( 9號)引腳引入高電平并保持兩個機器周期時,單 片機內部就執(zhí)行復位操作。在實際中 AT89C51通常有兩種操作方式復位,一種 是上電復位;另一種是按鍵上電復位。在雙機通信系統(tǒng)的設計中使用按鍵上電 復位,如圖4所示。單片機復位后進入初始化狀態(tài)。初始化后,程序計數器PC=0000H所以程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。單片機啟動后,片內RAM為隨機值,運行中的復位操作不改變片內RAM的內容。特殊功能寄存器復位后的狀態(tài)是確定的。P0P3為FFH, SP為07H, SBUF不定,IP、IE和PCON勺有效位為0,其余的特殊功能寄存器的狀態(tài)均為 0

17、0Ho2.5接口電路的設計(1) 直接通信單片機與單片機進行雙擊串行通行時,可將兩個單片機的串口直接連接, 接線圖如圖5所示,這種接線傳輸距離短,抗干擾能力差。圖5直接通信接線圖(2) 串口通信單片機與單片機進行雙擊串行通行時,AT89C51串行接口的信號電平為TTL 類型,抗干擾性差、傳輸距離短。為了提高串行通信的靠抗性,延長通信距離, 一般設計采用標準的串行接口。RS-232C接口是1969年EIA推出的串行通信標準,目前是 PC機與通信工 業(yè)中應用最廣的一種串行接口。數據傳輸速率在020kbps范圍內的通信,最大傳輸距離可達15m能實現一發(fā)一收通信,目前常用的 RS- 232C接口連接器

18、 有9針串口( DB-9)和25針串口( DB-25)。最常用的的是 DB-9,常采用三 線制接法,即發(fā)送數據線、接受數據線和接地線三腳相連。傳輸線采用屏蔽雙 絞線,如圖6所示。DB-9DB-9GKD屏蔽線O *社1TXDE:也蛙RID紅色竦4O?右TRXDil色找丁知籃邑登T2 °LLj01<<9Elu圖6 DB 9三線制接法RS 232C信號的電平與單片機串口信號的電平不一致,二者之間必須進行電平轉換。使用電平轉換芯片 MAX23就可以實現RS232C/TTL電平的雙向轉換。 MAX232芯片使用單一的+5V電源供電,配接5個1uF電解電容即可完成 RS232C 電平

19、的TTL電平之間的轉換,其電路接線圖如圖 7所示。圖7 MAX232電平轉換芯片電路接線圖表6 DB 9常用信號引腳說明DB-9引腳信號名稱符號功能1載波檢測DCD接收遠程載波2接收數據RXD接受串行數據3發(fā)送數據TXD發(fā)送串行數據4數據準備就緒DTR準備就緒5信號的SGND信號公共地6數據準備就緒DSR準備就緒7發(fā)送請求RTS請求將線路切換到發(fā)送發(fā)式8允許發(fā)送CTS線路已接通,可以發(fā)送數據9振鈴指示RI數據通信接通,終端設備被呼叫2.6輸入輸出電路設計P1 口是AT89C51單片機的唯一的單功能口,僅能用作數據輸入 /輸出口 P1 口的位結構如圖8所示P1 XVu 二Rb 5PIX彌圖8 P

20、1 口的位結構由圖8可知,P1 口由一個輸出鎖存器,兩個三態(tài)輸入緩沖器和輸出驅動電 路組成。內部設有上拉電阻。P1 口是通用的準雙向I/O 口。輸出高電平時,能 向外提供拉電流負載,不必再接上拉電阻。當口用于輸入時,須向口鎖存器寫 入“1”輸入低電平有效。因此其輸入電路如圖9,輸出電路圖10:F1.01234n5_,H7,巳&亠11pi.iPZ.2PL3P1.4P1.&pi.aPT.?P0_63S1ST亦PX1H1DP3.z/iirrofy.MoF3.5I1P3.a/1B Pl 7/to jnx:muGHT-PO+T05 WGPL5P2.6也4P2-3P2-2P2.134Q32

21、3L21圖9發(fā)送機輸入電路i J245i陽6BTA+5V3039373635343332313029£827£&2S24232221Vkjn.oPO.Cpi. iPQ. 1FL2Fl 2Fl. 3FO 3AFl. 4P0 4ri.sF0. 5TFl. 6HL &Fl. 7FO 7EV/Vw8RST/VbP3.O/RXDale/Fr5g9P3.1/TIDPEEKT3 E/I1TT0T2. TCf3 3/INTIF2.6P3 4/T012. S5P3. E/TlF2.4F3 6/1RF2.3P3 7/KBP2. 21KTAL2P2. 1XlLlF2_DCUD09

22、10111*15161718圖10接收機輸出電路.K13 雙機通信軟件設計通過通信協(xié)議進行發(fā)送接收。發(fā)送機先送聯絡信號給接收機,當接收機接 收到聯絡信號后,向發(fā)送機回答一個應答信號,表示同意接收。發(fā)送機收到應 答信號后開始發(fā)送數據, 每發(fā)送一個數據塊字節(jié)都要計算 “校驗和”,假定數據 長度為16個字節(jié),起始地址為40H, 個數據塊發(fā)送完畢后立即發(fā)送“校驗和”。 接收機接收數據并存入數據緩沖區(qū)起始地址也為40H,每接收到一個數據字節(jié)便計算一次“校驗和”,當接收到一個數據塊后, 在接受發(fā)送機發(fā)來的 “校驗和”, 并將它與接收機計算的校驗和進行比較。若二者相等,說明接受正確,接收機 回答00H,發(fā)送

23、機結束發(fā)送;若二者不等,說明接受不正確, 接收機回答0FFH 請求重發(fā),發(fā)送機重新發(fā)送數據一次。接收機接收到數據后通過發(fā)光二極管顯 示發(fā)送機的發(fā)送狀態(tài)。3.1 串行通信軟件實現( 1 )串行口工作于方式 1;用定時器 1 產生 9600bit/s 的波特率。(2)功能:將本機ROM中數碼表TAB16中的16個數發(fā)送到從機,并保存在從 機內部ROM中,從機收到這16個數據后送到一個數碼管循環(huán)顯示。(3)通信協(xié)議 : 發(fā)送機首先發(fā)送連絡信號 (E1H), 接收機接收到之后返回一個連絡信號(E2H)表示從機已準備好接收。通信過程使用第九位發(fā)送奇偶校驗位。接 收機接收到一個數據后,立即進行奇偶校驗,若

24、數據沒有錯誤,則返回00H,否則返回FFH發(fā)送機發(fā)送一個數據后,等待接收機返回數據;若為 00H,則繼 續(xù)發(fā)送下一個數據,若為FFH,則重新發(fā)送數據。3.2 串行通信程序流程( 1 )發(fā)送機程序流程根據通信協(xié)議發(fā)送機需向接收機發(fā)送聯絡信號 “E1”, 當接收到應答信號后, 發(fā)送機發(fā)送數據,發(fā)送數據完畢后將校驗和發(fā)送至接收機,接收機進行校驗如 果正確等待下一次發(fā)送;如果錯誤重新發(fā)送數據。其流程圖如下:圖10發(fā)送流程圖(2)接收機程序流程根據通信協(xié)議,接收機等待發(fā)送機發(fā)出的聯絡信號“ E1”并向發(fā)送機發(fā)送 應答信號“ E2',當接收1個數據字節(jié)后求檢驗和,發(fā)送機在發(fā)送完一個數據塊 后將發(fā)送

25、機計算的校驗和發(fā)送至接收機,接收機將兩個校驗和進行比較,如果 正確等待下一次接收;如果錯誤則發(fā)送出錯標志重新發(fā)送數據。其流程圖如下:3.3 程序清單基于AT89C51單片機雙機通信時,串行輸入輸出可直接進行連接,實現雙 機通信。這樣連接方式,傳輸距離短,抗干擾能力弱,但容易實現,其接線和 程序較為簡單 , 其程序如下:( 1)發(fā)送機程序ORG 0000HAJMP MAINORG O1OOHMAIN: MOV SP,#6OHMOV SCON,#40HMOV TMOD,#20HMOV TH1,#0FDHMOV TL1,#0FDHSETB TR1MOV P1,#0FFHMOV 30H,#0FFHK0

26、: MOV A,P1CJNE A,30H,KISJMP K0KI: MOV 30H,AMOV SBUF,ASJMP K0WAIT: JBC T1,K0SJMP WAITEND(2)接收機程序ORG 0000HAJMP MAINORG O1OOHMAIN: MOV SP,#6OHMOV SCON,#50HMOV TMOD,#20HMOV TH1,#0FDHMOV TL1,#0FDHSETB TR1MOV P1,#0FFHK0: JB RI,KKSJMP K0KK: MOV A,SBUFMOV P1,ACLR RISJMP K0END發(fā)送機與接收機也可以經過串口進行通信, 這種通信方式較上一種方式

27、提高通信距離,抗干擾能力強,傳輸穩(wěn)定,但其接線復雜,程序比較繁瑣。其程 序如下:( 1)發(fā)送程序清單ASTRT: CLR EAMOV TMOD,#20H MOV TH1,#0F4HMOV TL1,#0F4H MOV PCON,#00HSETB TR1MOV SCON,#50HALOOP:1 MOV SBUF,#0E1H JNB TI, $CLB TI;JNB RI,$;CLR RI;MOV A,SBUF;XRL A,#0E2 ;JNZ ALOOP1;ALOOP2: MOV P1,#0FFHMOV 30H,#0FFH ; MOV R7 , #10H MOV R6,#00H ;ALOOP:3 MO

28、V A,P1CJNE A,30H,ALOOP4 SJMP ALOOP3ALOOP:4 MOV 30H,A;定時器 1 置為方式 2 ;裝在定時器初值,波特率為 2400設定串行口方式 1,且準備接受應答信號 發(fā)送聯絡信號 等待一幀發(fā)送完畢 允許在發(fā)送 等待接收機的應答信號 允許在接收 接收機應答后,讀至 A 判斷接收機是否準備完畢 接收機未準備好,繼續(xù)聯絡設定撥碼開關初值 設定數據塊長度 清校驗和單元 讀入撥碼開關存入撥碼開關新值發(fā)送一個數據字節(jié)MOV SBUF,A ; MOV A,R6ADD A,P1 ;MOV R6 , AINC R0JNB T1, $CLB T1DJNZ R7 , ALO

29、OP3MOV SBUF,R6 ;JNB TI, $CLR TIJNB RI,$ ;CLR RIMOV A,SBUF;JNZ ALOOP2;SJMP ALOOP3;END (2)接收程序清單 BSTART: CLR EAMOV TMOA,#20HMOV TH1,#0F4HMOV TL1,#0F4HMOV PCON,#00HSETB TR1MOV SCON,#5OH BLOOP1: JNB RI,$CLR RIMOV A,SBUF;XRL A,#0E2H;JNZ BLOOP1;MOV SBUF,#0E2HJNB T1,$CLR TI BLOOP2: MOV R0,#40HMOV R7,#10H;M

30、OV R6,#00H;BLOOP3: JNB RI,$求校驗和保存校驗和整個數據塊是否發(fā)送完畢發(fā)送校驗和等待接收機應答信號接收機應答,讀至 A 接收機應答錯誤,轉至重新發(fā)送 進入下一循環(huán)傳送設定串行口工作方式 1,且準備接收 等待 1 號機的聯絡信號收到 1 號機的信號 判斷是否為 1 號機聯絡信號不是 1 號機聯絡信號,再等待 是 1 號機聯絡信號,發(fā)應答信號設定數據塊地址指針初值 設定數據塊長度初值 清校驗和單元CLR RIMOV A,SBUF接收數據轉儲求校驗和判斷數據塊是否接收完畢 完畢,接收 1 號機發(fā)來的校驗和比較校驗和校驗和相等,跳至發(fā)正確標志 校驗和不相等,發(fā)錯誤標志 轉重新接

31、收MOV R0,AINC ROADD A,R6 ;MOV R6,ADJNZ R7,BLOOP3JNB RI,$ ;CLR RI MOV A,SBUFXRL A,R6 ;JZ END1MOV SBUF,#0FFH JNB TI,#;CLR TI;SJMP BLOOP2END1: MOV SBUF,#00HRET4軟件仿真Proteus 7 Professio nal是一種低投資的電子設計自動化軟件,它可以仿真單片機和周邊設備,可以仿真 51系列、AVR PIC等常用的MCU與KEIL 和MPLABf同的是,它還可以仿真周邊的設備。例如,示波器、RAM ROM LED等。本次設計,通過兩片兩片 AT89C52單片機由8位按鍵開關分別控制8個指 示燈。具體接線如下;發(fā)送電路18、19號引腳連接晶振電路,9號引腳連接復 位電路。1-8號引腳連接8位按鍵開關。10、11號引腳連接接收電路單片機的 11、10號引腳。接收電路,18、19號引腳連接晶振電路,9號引腳連接復位電 路。1-8號引腳連接8個指示燈。單片機雙機通信系統(tǒng)wp弓增 pwsa:bs;2 ml-uE E ErllWE

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