单片机运用知识点(二)

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31. P2.7用于驱动NPN三极管,中间串接了一个1K的电阻。问题是:当我试图将“1”写入p2.7时,我发现该引脚只能输出约0.5V的电平。这个电路使用正确吗?如何正确使用IO功能?

答:这是仿真过程中遇到的问题还是烧录芯片后遇到的问题?可以先断开p2.7的外部电路,测量输出电压是否正常。如果断开后输出电压正常,说明p2.7的驱动容量不足以驱动NPN三极管,应改用PNP三极管(一般在MCU应用中,都采用PNP方式驱动)。如果断开后输出电压不正常,可能是仿真器(或芯片)已经损坏。

32.在做充电管理的时候,提高pwm的频率往往以牺牲精度为代价,如果用的AT90S4433(avr)、78P458(elan)频率分别做到16kHz(8bit)和32kHz(8bit),而希望做到的是100kHz(8bit以上),诸如atiny15那样。怎幺办?
答:你所说的PWM是通过定时/计数器来控制其频率和占空比的,所以要提高频率,必然会降低精度。如果要提高PWM的频率,只能通过提高系统振荡频率来解决。

33.汽车电子用的单片机是8位多,还是32位?如何看待单片机在汽车电子市场中的前景?
答:现今汽车制造也是一个进步很快的工业,特别是电子应用于汽车上,令多种新功能得以实现。总的来说,汽车电子应用分三部份。
-汽车发动机控制:限速控制,涡轮增压,燃料喷注控制……
-汽车舒适装置:遥控防盗系统,自动空调系统,影音播放系统,卫星导航系统……。
-汽车操控和制动:刹车防抱死系统(ABS),循迹系统(TCS),防滑系统(ASR),电子稳定系统(ESP)……
汽车上的各系统繁多,且日新月异,故利用何种单片机是依各系统规格,要求不一,但有一样可肯定是该单片机要符工业规格,才能忍受汽车应用的恶劣环境,高温,电源干扰,可靠度要求。不同档次的汽车其功能配置相对亦有差别,故8位单片机在较低阶的系统如机械控制,遥控防盗等应该还有空间,但高阶的系统如影音,导航……将来的无人驾驶!,就非一般单片机能实现。因汽车工业现阶段由欧美日数个大集团所把持,相关的汽车电子配件各集团会挑选单片机大厂合作,故汽车内置的电子系统亦由单片机大厂把持,市场只剩外置系统如遥控防盗,影音导航供小厂开发。

34.在使用三星的s3c72n4时,觉得它的time/counter不够用。现在要同时用到3个counter,该怎么办?
答:您是需要三个外部counter还是需要三个定时器?如果是三个定时器标志的话,可以取这三个定时最基本的时基作为timer的基础计数,然后以这个时基来计算这三个需要的计数标志的flag,在程序中只需要查询flag是否到,再采取动作。如果要3个外部脉冲计数的话,这个有一定的难度,如果外部脉冲不是很频繁,可以考虑通过外部中断进行,但是这个方法必须是外部脉冲的频率与mcu执行速度有一定的数量级差,否则mcu可能无法处理其它程序,一直在处理外部中断。

35.在芯片集成技术日益进步的今天,单片机的集成技术发展也很迅速,在传统的40引脚的基础上,飞利浦公司推出20引脚的单片机系列,使很多的引脚可以复用,这种复用技术的使用在实际应用中会不会影响其功能的执行?
答:现在有很多品牌的单片机都有引脚复用功能,不止飞利浦一家,应该说这个方式前几年就已经有了。在实际应用中不会影响其功能的执行,但是要注意的是,有的MCU如果采用复用引脚的话,该引脚会有一些应用上的限制,这在相应的datasheet里面都会有描述,所以在系统规划的时候都要予以注意。

36.Delta-Sigma软件测量方式,是什么概念?
答:Delta-Sigma原理一般应用在ADC应用中。具体来说,Delta-SigmaADC的工作原理是由差动器、积分器和比较器构成调制器,它们一起构成一个反馈环路。调制器以大大高于模拟输入信号带宽的速率运行,以便提供过采样。模拟输入与反馈信号(误差信号)进行差动(delta)比较。该比较产生的差动输出馈送到积分器(sigma)中。然后将积分器的输出馈送到比较器中。比较器的输出同时将反馈信号(误差信号)传送到差动器,而自身被馈送到数字滤波器中。这种反馈环路的目的是使反馈信号(误差信号)趋于零。比较器输出的结果就是1/0流。该流如果1密度较高,则意味着模拟输入电压较高;反之,0密度较高,则意味着模拟输入电压较低。接着将1/0流馈送到数字滤波器中,该滤波器通过过采样与抽样,将1/0流从高速率、低精度位流转换成低速率、高精度数字输出。简而言之,Delta就是差动,Sigma就是积分的意思。Delta-Sigma软件测试,我的理解应该是通过软件模拟差动积分的过程。具体来说,就是侦测外部输入的电压(或者电流)信号变化,然后通过软件积分运算,得出外部信号随时间变化的基本状况。

37.通常采用什么方法来测试单片机系统的可靠性?
答:单片机系统可以分为软件和硬件两个方面,我们要保证单片机系统可靠性就必须从这两方面入手。首先在设计单片机系统时,就应该充分考虑到外部的各种各样可能干扰,尽量利用单片机提供的一切手段去割断或者解决不良外部干扰造成的影响。我们以HOLTEK最基本的I/O单片机HT48R05A-1为例,它内部提供了看门狗定时器WDT防止单片机内部程序乱跑出错;提供了低电压复位系统LVR,当电压低于某个允许值时,单片机会自动RESET防止芯片被锁死;HOLTEK也提供了最佳的外围电路连接方案,最大可能的避免外部干扰对芯片的影响。当一个单片机系统设计完成,对于不同的单片机系统产品会有不同的测试项目和方法,但是有一些是必须测试的:
①测试单片机软件功能的完善性。这是针对所有单片机系统功能的测试,测试软件是否写的正确完整。
②上电掉电测试。在使用中用户必然会遇到上电和掉电的情况,可以进行多次开关电源,测试单片机系统的可靠性。
③老化测试。测试长时间工作情况下,单片机系统的可靠性。必要的话可以放置在高温,高压以及强电磁干扰的环境下测试。
④ESD和EFT等测试。可以使用各种干扰模拟器来测试单片机系统的可靠性。例如使用静电模拟器测试单片机系统的抗静电ESD能力;使用突波杂讯模拟器进行快速脉冲抗干扰EFT测试等等。
当然如果没有此类条件,可以模拟人为使用中,可能发生的破坏情况。例如用人体或者衣服织物故意摩擦单片机系统的接触端口,由此测试抗静电的能力。用大功率电钻靠近单片机系统工作,由此测试抗电磁干扰能力等。

38.在开发单片机的系统时,具体有那些是衡量系统的稳定性的标准?
答:从工业的角度来看,衡量系统稳定性的标准有很多,也针对不同的产品标准不同。下面我们大概介绍单片机系统最常用的标准。
①电试验(ESD)
参考标准:IEC61000-4-2
本试验目的为测试试件承受直接来自操作者及相对对象所产生之静电放电效应的程度。
②空间辐射耐受试验(RS)
参考标准:IEC61000-4-3
本试验为验证试件对射频产生器透过空间散射之噪声耐受程度。
测试频率:80MHz~1000MHz
③快速脉冲抗扰测试(EFT/B)
参考标准:IEC61000-4-4
本试验目的为验证试件之电源线,信号线(控制线)遭受重复出现之快速瞬时丛讯时之耐受程度。
④雷击试验(Surge)
参考标准:IEC61000-4-5
本试验为针对试件在操作状态下,承受对于开关或雷击瞬时之过电压/电流产生突波之耐受程度。
⑤传导抗扰耐受性(CS)
参考标准:IEC61000-4-6
本试验为验证试件对射频产生器透过电源线传导之噪声耐受程度。
测试频率范围:150kHz~80MHz
⑥Impulse
脉冲经由耦合注入电源线或控制线所作的杂抗扰性试验。

39.在设计软体时,大多单片机都设有看门狗,需要在软体适当的位置去喂狗,以防止软体复位和软体进入死循环,如何适当的喂狗,即如何精确判定软体的运行时间?
答:大多数单片机都有看门狗定时器功能(WDT,WatchDogTimer)以避免程序跑错。HOLTEK有一款基本I/O型单片机--HT48R05A-1,我们就以它为例做个说明吧。首先了解一下WDT的基本结构,它其实是一个定时器,所谓的喂狗是指将此定时器清零。喂狗分为软件和硬件两种方法。软件喂狗就是用指令来清除WDT,即CLRWDT;硬件喂狗就是硬件复位RESET。当定时器溢出时,会造成WDT复位,也就是我们常说的看门狗起作用了。在程序正常执行时,我们并不希望WDT复位,所以要在看门狗溢出之前使用软件指令喂狗,也就是要计算WDT相隔多久时间会溢出一次。HT48R05A-1的WDT溢出时间计算公式是:256*Div*Tclock。其中Div是指wdt预分频数1~128,Tclock是指时钟来源周期。如果使用内部RC振荡作为WDT的时钟来源(RC时钟周期为65us/5V),最大的WDT溢出时间为2。1秒。当我们得到了WDT溢出时间Twdt后,一般选择在Twdt/2左右的时间进行喂狗,以保证看门狗不会溢出,同时喂狗次数不会过多。软件运行时间是根据不同的运行路线来决定的,如果可以预见软件运行的路线,那么可以根据T=n*T1来计算软件的运行时间。n是指运行的机器周期数,T1是指机器周期。HOLTEK单片机是RISC结构,大部分指令由一个机器周期组成,只需要知道软件运行了多少条指令,就可以算出运行时间了。HOLTEK的编译软件HT-IDE3000中,就有计算运行时间的工具。但是对于CISC结构的单片机,一条指令可以由若干个机器周期组成,那么就需要根据具体执行的指令来计算了。

40.我们是一家开发数控系统的专业厂,利用各种单片机和CPU开发了很多产品,在软件开发上也采用了很多通用的抗干扰技术,如:软件陷阱、指令允余、看门狗和数字滤波等等,但实际运用中还是很不可靠,如:经常莫名其妙地死机、程序跳段、I/O数据错误等,并且故障的重复性很不确定,也不是周期性地重复。往往用户使用中出现故障,但又无法重现,很让人头痛。反复检查硬件也设查出原因,所以对软件的可靠性很是怀疑。怎么办?

答:防止干扰最有效的方法是去除干扰源、隔断干扰路径,但往往很难做到,所以只能看单片机抗干扰能力够不够强了。单片机干扰最常见的现象就是复位;至于程序跑飞,其实也可以用软件陷阱和看门狗将程序拉回到复位状态;所以单片机软件抗干扰最重要的是处理好复位状态。一般单片机都会有一些标志寄存器,可以用来判断复位原因;另外也可以自己在RAM中埋一些标志。在每次程序复位时,通过判断这些标志,可以判断出不同的复位原因;还可以根据不同的标志直接跳到相应的程序。这样可以使程序运行有连续性,用户在使用时也不会察觉到程序被重新复位过。可以在定时中断里面设置一些暂存器累加,然后加到预先设定的值(一个比较长的时间),SET标志位,这些动作都在中断程序里面。而主程序只需要查询标志位就好了,但是注意标志位使用后,记得清除,还有中断里面的时基累加器使用以后也要记得清除。

41.在单片机的应用方面应注重哪几个方面的学习?
答:学习的过程基本上可分四个阶段:第一阶段是先浏览教科书里的硬体部分,大至了解单片机的硬体结构。如ROM、RAM、地址、I/O口等,以及看一些厂家的DataSheet如HOLTEK网站有提供简体版各项MCU资料,来加强IC所提供各项资源的印象。第二阶段就是了解二进位数字、十六进位数和软体方面的内容。尽管有很多高阶语言可用于单片机的编程,但我觉得初学还是以组合语言为好(即汇编语言),更有利于和硬体结合,掌握硬体结构。知道组合语言、机器语言、指令、程式、根源程式、目的程式等概念后,就从MOV指令开始,学习组合语言和编程,在此如HOLTEK的MCU组合语言系统有63条指令,简单又好理解它们怎样和硬体联系,更有助于一般学习单片机的指令整合与运用.因此其方法可先了解几条基本的MOV指令和它的机器语言,大致建立起单片机的硬体和软体概念,来知道单片机的硬体是由指令控制指挥的。第三阶段按照编程器的使用手册,熟悉使用编程器。现在的编程器一般都和电脑相连,只要具备基本电脑知识的人都可很快掌握操作步骤。如果初学者想要快点熟悉使用单片机的开发系统,HOLTEK有提供单片机开发系统详细操作资料,可上HOLTEK网站(www。holtek。com。cn)来DownloadHT-IDE3000使用手册。第四阶段是依靠实验板,学习掌握单片机的组合语言指令系统和简单编程。同时和前面所学硬体知识结合组装,起到主学软体,巩固硬体的双重作用。开始时可用别人编的简单程式在实验板上进行验证、分析,主要是熟悉该学习方法,在应用方面主要针对单片机I/O各项介面的使用,如A/D,D/A,PWM输出口的应用,LCD与VFD的控制,以及如何规范各项串列输出入口的通讯协定等,对其所控制的各项元器件须先分析驱动能力,如电流电压问题等。

42.当今世界单片机的应用与发展有什么不同?
答:对于应用与发展是一体两面,是以市场为导向,当有市场需求时,在其应用层面的规划和分析,而引导单片机朝此方面的发展。

43.在中国,单片机在哪方面有较好的前景?
答:观察之前几年以来各家厂商的销售地区比重,可以发现中国大陆市场比重逐渐提升,台湾与北美市场则逐渐衰退,主要原因在于多项产品制造基地转移至大陆,MCU在大陆的需求也随之提升。销货至大陆的MCU产品,多应用于电话、CallerID、玩具与LCD等产品,预计在未来,销货至大陆的比重仍将持续增加。在中国产品应用领域可分为五大项目,包括电脑周边(高速Modem、DSC、NB中的电源管理等)、通讯产业、消费性产品(家电、冷气等)、车用市场(定速器、控制器、防盗器)及工业上的应用。有部份厂家将特别瞄准消费性产品市场跨入,如Audio方式将朝多媒、MP3解决方案前进,另外在PC连结应用上,包括无线、网路及标准应用产品,都会有一系列产品推出。另外在电源系统应用方面,在UPS(不断电系统)、ServerPower(伺服器电源)、Charger(充电器)等应用上;以及周边应用领域方面,针对GameDevice、记忆卡、读卡机、及PenDrive(随身碟)等应用上。逻辑IC包括微处理器(MPU)、微控制器(MCU)、特殊应用IC(ASIC)、可程式逻辑元件(PLD)以及一般的标准应用IC(ASSP)等,不同的逻辑IC有其发展方向,而MCU产品则朝向整合型产品发展,希望能在单一的IC中加入更多的功能,以降低使用者在系统设计上的困难度与成本。

44.虽然16位也很多,但是真正低端用户还是用4,8位。高性能要求的现在可以选用32位单片机。而16位只能是充当一个过渡的角色。这样认为对吗?
答:基本上可以这样说,微控制器历经4位元、8位元、16及32位元等开发过程,投入厂商众多,亦无所不在地应用于各种生活领域,只要与操作介面有关的范围,都能发现MCU的踪迹,MCU的使用数量,在国外甚至成为评估收入、经济状况的指标之一。由于汽车、家电和消费电子产品的销售稳健,因此将使2003年MCU市场充满活力。32位元MCU市场之中,成长最快的领域仍属因汽车、可上网手机、PDA、印表机、数位相机、高速MODEM和其它应用对其需求较大,市场机构预估2003年将成长30%、2004年上升38%。虽然32bit市场成长潜力雄厚,不过目前能以32bit为主力的厂商毕竟少数,而无论是国内外的
IC供应商,现阶段的产品发展策略重心仍摆在8bit领域的市场之中,而8bit及32bitMCU也成为厂商跨入发展的对象,至于16bitMCU产品虽然速度比8bit快,但由于16bit介于8与32之中尴尬位置,且32bit价格也逼近16bit,因此对于业者对于16bit产品的着墨程度相较之下少了许多。

45.将原来的51系统过渡到ARM系统,需要注意哪些事情以及如何入手?
答:51系统转为ARM系统是比较困难的。ARM提供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案,并且现在已经发展了好几种内核了,现在主要有以下几种:
ARM7:小型、快速、低能耗、集成式RISC内核
ARM7TDMI(Thumb):它将ARM7指令集同Thumb扩展结合在一起,减少了内存容量和系统成本;而且还利用嵌入式ICE调试技术,简化了系统设计;并且有DSP增强扩展改进了性能。
ARM9TDMI:采用5阶段管道化ARM9内核,同时配备Thumb扩展、调试和Harvard总线。
如果只是想学习上手的话,建议先做个最小系统板,根据硬件写一个能够启动的小代码包括初始化端口,屏蔽中断,把程序拷贝到SRAM中;完成代码的重映射;配置中断句柄,连接到C语言入口。其实还是多实践,多点经验,多上上电子网站,吸取他人的开发经验,会对自己的成长有所帮助的。

46.如何理解如下概念:
MTP=Multi-TimeProgramming(viaparallelprogrammer)
ISP=In-SystemProgramming(viaserialinterface)
IAP=In-ApplicationProgramming?
答:MTP即指单片机的程序可重复烧写,其程序记忆体(ProgramROM)可分以下几种:
①WindowwithEPROM:提供使用者更改程式的空间,具视窗式陶瓷包装,利用紫外线灯清除资料,可重复烧写,但包装成本非常高,仅适合小量生产或实验使用。
②EEPROM:属于可重复写入/清除之元件,此类记忆体使得程式之内容可加以清除或修改,而无需使用开窗之包装,可节省包装之成本,亦方便重复使用,但生产制程较复杂。
③FlashEPROM:当须要清除/写入较大量的非挥发性程式记忆体时,FlashEPROM比传统式EEPROM可提供较好的解决之道,因为FlashEPROM较EEPROM于清除/写入周期次数及速度上表现更好。利用FlashROM来当作程式记忆体,由于封装上不需要EPROM特殊的视窗式陶瓷包装,使用上价格与OTP(OneTimeProgramming)相差不大,相当合理,又具有多次重复烧写的功能。
ISP(In-SystemProgramming)在系统可编程,指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码,而不需要从电路板上取下器件,已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或再编程。ISP的实现相对要简单一些,一般需要很少的外部电路辅助实现,通用做法是内部的记忆体可以由上位机的软体通过串口来进行改写。对于单片机来讲可以通过SPI或其他的串列介面接收上位机传来的资料并写入记忆体中。所以即使我们将晶片焊接在电路板上,只要留出和上位机介面的这个串口,就可以实现晶片内部记忆体的改写,而无须再取下晶片。ISP技术的优势是不需要编程器就可以进行单片机的实验和开发,单片机晶片可以直接焊接到电路板上,调试结束即成成品,免去了调试时由于频繁地插入取出晶片对晶片和电路板带来的不便。
IAP(In-ApplicationProgramming)指MCU可以在系统中获取新代码并对自己重新编程,即可用程式来改变程式。IAP的实现相对要复杂一些,在实现IAP功能时,单片机内部一定要有两块存储区,一般一块被称为BOOT区,另外一块被称为存储区。单片机上电运行在BOOT区,如果有外部改写程式的条件满足,则对存储区的程式进行改写操作。如果外部改写程式的条件不满足,程式指标跳到存储区,开始执行放在存储区的程式,这样便实现了IAP功能。IAP技术是从结构上将Flash记忆体映射为两个存储体,当运行一个存储体上的用户程式时,可对另一个存储体重新编程,之后将程式从一个存储体转向另一个。IAP的优点IAP技术是从结构上将Flash记忆体映射为两个存储体,当运行一个存储体上的用户程式时,可对另一个存储体重新编程,之后将程式从一个存储体转向另一个。而IAP的实现更加灵活,通常可利用单片机的串列口接到电脑的RS232口,通过专门设计的固件程式来编程内部记忆体,可以通过现有的INTERNET或其他通讯方式很方便地实现远端升级和维护。

47.目前市场上单片机开发系统产品型号很多。想开发51系列单片机,选用什么型号的仿真器和编程器(每次编一片即可)比较好?
答:正如您所说的现在51系列单片机的仿真器产品型号很多,关于选用什么型号的仿真器,因为HOLTEK的IC不是51内核,仿真器都是HOLTEK自行开发,故并不能给你非常好的建议。而且市面的51仿真器,林林总总1500--10000价格不等,所以要选择的话可以在网上google一下有关仿真器的论坛,看看其他用户的评价,选择一个性价比最好的仿真器。

48.在完成程序编写运行以后看到的结果是存储器中从R0到R7都被占用,而我根本就没用到几个,这是为什么?
答:要看用的是什么型号的单片机,不同型号的单片机R0到R7的定义是不同的。如果R0~R7是被定义成特殊寄存器的话,那么运行过程中自然会影响到这些寄存器,例如执行运算程序就会影响状态特殊寄存器的值。如果R0~R7是被定义成通用寄存器的话,那么可能就是在程序的开头没有初始化,单片机在上电复位时,通用寄存器的值通常是随机的。

49.将PWM做到100kHz(8bit以上)的方法有哪些?最好是支持c编译的。
答:要做到PWM频率100kHz(8bit)以上,单片机的频率要求100kHz*256=25。6MHz。所以,要实现这种要求的单片机需要满足两个条件:1。单片机有PWM输出;2。系统频率达到25。6MHz,或者单片机内部能自己提供25。6MHz的频率(ATtiny15内部就有提供一个25。6MHz的频率做为定时/计数器的时钟)。

50.蓝牙使医疗产品移动能力增强将会广泛应用,那么随着医疗电子发展,单片机在这一领域应用会变大吗?医疗电子应用的最多是几位单片机?

答:随着16/32位嵌入式RISC的发展,它将扩大在医疗电子领域的应用。一般电子医疗保健系列产品有:笔式电子体温计、婴儿奶嘴电子体温计、女性电子体温计、电子血压计等系列产品。医用电子仪器中有酸碱度测定器、比色计等产品,可由8位单片机完成。然而,在研究和制造方面,对于医疗电子仪器,目前已有制造商制造心电图机、X光机、超声诊断仪、计算机断层扫描系统、心脏起搏器、监护仪、辅助诊断系统、专家系统等,大型复制医疗嵌入式系统的电子仪器必须由16位和32位单片机完成。

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中断系统是计算机的重要组成部分。实时控制、故障自动处理、计算机与外围设备间的数据传送往往采用中断系统。中断系统的应用大大提高了计算机效率。“中断”处理不是单片机控制系统的特有现象。在我们的日常生活中,“中断”的例子随处可见。让我们来看看我们身边的例子。例如,虽然你知道今天有快递,但你不知道快递的具体时间。在这种情况下,您可以选择坐在客厅里看书,同时等待快递。当你看书期间,门铃响了,表示快递已经到了(有事件发生)。

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电路板设计的基本过程可分为三个步骤:电路原理图设计、网络表生成和印刷电路板设计。设备布局或线路板上的布局和布线都有具体的要求。例如,应尽可能避免输入和输出平行接线,以避免干扰。如果两条信号线平行走线则需要增加地线进行隔离。相邻两层的布线应尽量垂直,平行容易产生寄生耦合。

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随着电子技术的发展,MP3播放器正朝着大容量和小型化方向发展。然而,播放器和存储器的集成设计使得MP3难以扩展其容量以容纳更多歌曲。将播放器与内存分离是MP3发展的另一个方向。介绍了一种利用AVR控制以HOST USB对U盘音乐文件进行读取和解码的解决方案。该方案还具有读取音乐标签、U盘电子书,贪吃蛇游戏等功能,具有商业价值。

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51.普通商业级单片机的使用温度范围为0-70度,在低于0度和高于70度环境中使用会出现什么问题?商业级芯片和工业及芯片除温度范围不同外,在其他方面还有区别吗?(如抗干扰性能) 答:一般来说,单片机工作温度可分为民用级(商用级)、工业级和军用级:民用级温度范围为0℃~70℃,工业级温度范围为-40℃~85℃。其Holtek的MCU属于该等级,军用级的MCU为-55℃~125℃。

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