汇编延时程序算法详解

简介：论文针对初学者的困惑，对汇编程序的延时算法进行了分步讲解，并就几种不同写法分别总结出相应的计算公式，只要仔细阅读例1中的详解，并用例2、例3来加深理解，一定会掌握各种类型程序的算法并加以运用。

计算机反复执行一段程序以达到延时的目的称为软件延时，单片机应用程序中经常需要短时间延时。

有时要求很高的精度，网上或书中虽然有现成的公式可以套用，但在部分算法讲解中发现有错误之处，而且延时的具体算法讲得并不清楚，相当一部分人对此仍很模糊，授人鱼,不如授之以渔，本文将以12MHZ晶振为例，详细讲解MCS-51单片机中汇编程序延时的精确算法。

指令周期、机器周期与时钟周期

指令周期：CPU执行一条指令所需要的时间称为指令周期，它是以机器周期为单位的，指令不同，所需的机器周期也不同。

时钟周期：也称为振荡周期，一个时钟周期 =晶振的倒数。

MCS-51单片机的一个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期。

MCS-51单片机的指令有单字节、双字节和三字节的，它们的指令周期不尽相同，一个单周期指令包含一个机器周期，即12个时钟周期，所以一条单周期指令被执行所占时间为12*(1/12000000)=1µs。

程序分析

例1 50ms 延时子程序：

DEL：MOV R7，#200 ①

DEL1：MOV R6，#125 ②

DEL2：DJNZ R6，DEL2 ③

DJNZ R7，DEL1 ④

RET ⑤

精确延时时间为：1+(1*200)+(2*125*200)+(2*200)+2

=(2*125+3)*200+3 ⑥

=50603µs

≈50ms

由⑥整理出公式(只限上述写法)延时时间=(2*内循环+3)*外循环+3 ⑦

详解：DEL这个子程序共有五条指令，现在分别就 每一条指令 被执行的次数和所耗时间进行分析。

第一句：MOV R7，#200 在整个子程序中只被执行一次，且为单周期指令，所以耗时1µs

第二句：MOV R6，#125 从②看到④只要R7-1不为0，就会返回到这句，共执行了R7次，共耗时200µs

第三句：DJNZ R6，DEL2 只要R6-1不为0,就反复执行此句(内循环R6次)，又受外循环R7控制，所以共执行R6*R7次，因是双周期指令，所以耗时2*R6*R7µs。

例2 1秒延时子程序：

DEL：MOV R7,#10 ①

DEL1：MOV R6，#200 ②

DEL2：MOV R5，#248 ③

DJNZ R5，$ ④

DJNZ R6，DEL2 ⑤

DJNZ R7，DEL1 ⑥

RET ⑦

对每条指令进行计算得出精确延时时间为：

1+(1*10)+(1*200*10)+(2*248*200*10)+(2*200*10)+(2*10)+2

=[(2*248+3)*200+3]*10+3 ⑧

=998033µs≈1s

由⑧整理得：延时时间=[(2*第一层循环+3)*第二层循环+3]*第三层循环+3 ⑨

此式适用三层循环以内的程序，也验证了例1中式⑦(第三层循环相当于1)的成立。

注意，要实现较长时间的延时，一般采用多重循环，有时会在程式序里加入NOP指令，这时公式⑨不再适用，下面举例分析。

例3仍以1秒延时为例

DEL：MOV R7,#10 1指令周期1

DEL1：MOV R6，#0FFH 1指令周期10

DEL2：MOV R5，#80H 1指令周期255*10=2550

KONG：NOP 1指令周期128*255*10=326400

DJNZ R5，$ 2指令周期2*128*255*10=652800

DJNZ R6，DEL2 2指令周期2*255*10=5110

DJNZ R7，DEL1 2指令周期2*10=20

RET 2

延时时间=1+10+2550+326400+652800+5110+20+2 =986893µs约为1s

整理得：延时时间=[(3*第一层循环+3)*第二层循环+3]*第三层循环+3 ⑩

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C51单片机程序的编写与总结3

自己的学习总结文档，有些乱，勿怪

1、51单片机的延时计算

void Delay10us()//@12.000MHz

{

unsigned char i;

_nop_();

_nop_();

i = 27;

while (--i);

}

上面这段代码是用STC-ISP软件中的软件延时计算器给出的，选用的是8051指令集STC-Y5，延时10us。

以前都是直接这么拿来用的，今天却突然想搞个明白，为什么代码要这么写。

于是查了各方资料。

从单片机计时的源头找起，它由下面几部分依次组成。

首先是时钟周期的算法：时钟周期（T）=1（秒）/晶振频率。

（比如：上面代码的时钟周期为1/12M（秒））。

这是单片机的基本时间单位。是由晶振震荡出来的，也叫震荡周期。

其次是机器周期：机器周期是由时钟周期组成的，机器周期是单片机完成一个基本操作所需要的时间。

关于机器周期，每种单片机可能都不太一样，我也只用过传统51和STC这两款，就拿此来对比下

1 传统的8051单片机：

它的1个机器周期是由12个时钟周期组成的。

以12M晶振举例，它的一个机器周期就是：12（个时钟周期）*1（秒）/12MHz = 1（us)

2 STC单片机：

拿我常用的STC12C5A60S2这款单片机来讲，它可以有两个模式选择，

一个是1T模式，在这个模式下STC单片机1个时钟周期就是1个机器周期；

另一个是12T模式，这个模式下STC单片就和传统的8051单片机一样，12个时钟周期组成1个机器周期。

由此可见1T模式的速度就是12T模式的12倍。

以12M晶振为例，1T模式下就可以算得机器周期是：

1（个时钟周期）*1（秒）/12Mhz = 1/12(us)

最后是指令周期：这个是单片机执行一条指令所需要的时间，它是由机器周期组成的。

现在可以回到正文开头的代码中了。这个10us的函数是怎么得出来的呢？

这个我之前查过很多资料，比如执行while语句需要多少个机器周期。赋值需要多少个周期。也就是查这个占用了我很大一部分时间。直到最后将上面的延时函数直接调到main函数中debug调试，才明白，问题其实很简单啊。

无论是执行什么语句，最终都会回到汇编上来，debug里单步调试，所有的指令周期就会明明白白了。

我用main函数直接调用延时函数,如下：

void Delay10us()//@12.000MHz

{

unsigned char i;

_nop_();

_nop_();

i = 27;

while (--i);

}

main

{

Delay10us();

}

我用的keil软件，将上述build之后，点击debug，开始调试

看图片上，开始debug，程序的起始就在C:0x0183 020171 LJMP Delay10us(C:0171)，

这里有个长转移指令LJMP，它要转移到C:0171行去执行Delay10us这个函数。

那执行LJMP这个指令需要多长时间呢，查找STC数据手册，在1T模式下，此条指令在单片机上运行需要4个时钟周期。

接下来，按单步调试F11键，如下图：

程序成功转移到C:0171行，跳转到Delay10us函数中，此行程序执行NOP指令，空操作。查STC数据手册，NOP指令占用1个时钟周期。

接下来C:0172行，依然是NOP指令，1个时钟周期。

接下来C:0173行，此行执行 MOV R7,#0x1B，将立即数送入寄存器。是将27赋值给i。依然查手册，此条指令2个时钟周期。

继续：

此时执行到while语句了，这里执行的指令时 DJNZ R7,C:0175，寄存器减1非0转移。此条指令执行1次4个时钟周期。上面已经将寄存器填入27了，因此这条指令将执行27次。继续：

循环了27次，终于到0了，程序继续向下执行，此行指令RET，子程序返回。此条指令4个时钟周期。继续：

程序又回到了起点。

好了，可以计算一下此次延时的时间了。1个LJMP，4时钟；2个NOP，2时钟;1个MOV，2时钟；27个DJNZ，108时钟；1个RET，4时钟。

4+2+2+108+4=120。

单片机的时钟周期是：1（S）/12MHz = 1/12（us）

此次延时的时间是：120 × 1/12（us）= 10（us）

总结

其实并没有绝对的准确延时，上面只是理想化的状态，单片机的中断或者其他事件都可能影响到延时的。

另外，同样的STC单片机，同样的延时10us，同样的1T，官方给出的STC12系列和STC15系列的延时函数就不一样，STC12系列在延时函数内部要少两个NOP指令。debug对比，也是少量NOP，其他都一样。按照12系列和15系列的手册描述，他们的指令周期是相同的。

2、c51单片机红外通信接收端编程

2.1 红外遥控器发射

通常红外遥控为了提高抗干扰性能和降低电源消耗，红外遥控器常用载波的方式传送二进制编码，常用的载波频率为38kHz，这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。也有一些遥控系统采用36kHz、40 kHz、56 kHz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。所以，通常的红外遥控器是将遥控信号（二进制脉冲码）调制在38KHz的载波上，经缓冲放大后送至红外发光二极管，转化为红外信号发射出去的。

二进制脉冲码的形式有多种，其中最为常用的是PWM码（脉冲宽度调制码）和PPM码（脉冲位置调制码，脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制）。如果要开发红外接收设备，一定要知道红外遥控器的编码方式和载波频率，我们才可以选取一体化红外接收头和制定解码方案。

2.2位定义

用户码或数据码中的每一个位可以是位 ‘1’ ，也可以是位 ‘0’。区分 ‘0’和 ‘1’是利用脉冲的时间间隔来区分，这种编码方式称为脉冲位置调制方式，英文简写PPM

2.3数据格式

数据格式包括了引导码、用户码、数据码和数据码反码，编码总占32位。数据反码是数据码反相后的编码，编码时可用于对数据的纠错。注意：第二段的用户码也可以在遥控应用电路中被设置成第一段用户码的反码。

2.4程序编写要点

void ReadIr() interrupt 0

{

u8 j,k;

u16 err;

Time=0;

delay(700);//7ms

if(IRIN==0)//确认是否真的接收到正确的信号

{

err=1000; //1000*10us=10ms,超过说明接收到错误的信号，IRIN=0，中断端口没有打开。

/*当两个条件都为真是循环，如果有一个条件为假的时候跳出循环，免得程序出错的时

侯，程序死在这里*/

while((IRIN==0)&&(err>0))//等待前面9ms的低电平过去，这里也是程序没有正常打开

{

delay(1);

err--;

}

if(IRIN==1)//如果正确等到9ms低电平

{

err=500;

while((IRIN==1)&&(err>0)) //等待4.5ms的起始高电平过去

{

delay(1);

err--;

}

for(k=0;k<4;k++)//共有4组数据

{

for(j=0;j<8;j++)//接收一组数据

{

err=60;

while((IRIN==0)&&(err>0))//等待信号前面的560us低电平过去

{

delay(1);

err--;

}

err=500;

while((IRIN==1)&&(err>0)) //计算高电平的时间长度。这里必须是IRIN=1必须一直打开，但

{ //端口中断不会一直打开，必须满足这两个条件才能实现，

delay(10); //0.1ms

Time++;

err--;

if(Time>30) //时间过长，证明是错误输出。

{

return;

}

}

IrValue[k]>>=1; //k表示第几组数据，即因数据传输时二进制码，所以，一个IrValue[k]的

// u8 IrValue[6];u8 Time;值需要转化为二进制码，因此一个值需要八次转换，因为是U8一 //个字节

if(Time>=8)//如果高电平出现大于565us，那么是1

{

IrValue[k]|=0x80; // 右移的时候，高位补0，用或补位，保证高位在移动过程的IrValue[k]的 // 值不变，

}

Time=0;//用完时间要重新赋值

}

}

}

if(IrValue[2]!=~IrValue[3])

{

return;

}

}

}

3、移位总结

IrValue[k]>>=1; //k表示第几组数据 这是把变量整体右移一位，由于是无符号最高位补0 if(Time>=8) //如果高电平出现大于565us，那么是1{IrValue[k]|=0x80; //变量最高位置一 }Time=0; //用完时间要重新赋值

这样如果判断是1了就把最高位置一，0的话不用清零，因为右移的时候已经补0了

4、单片机红外通信（红外编码发射和红外接收解码代码）

一、NEC 协议特征:1. 8 位地址和 8 位命令长度2. 每次传输两遍地址（用户码）和命令（按键值）3. 通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号的调制（PPM）4. 38Khz 载波5. 每位的周期为 1.12ms（低电平）或者 2.25ms（高电平）

二、NEC 协议的典型脉冲链：用户码和数据码中的‘0’和‘1’是利用脉冲的时间间隔来区分，这种编码方式称为脉冲 位置调制方式（PPM）。其中位 0 首先为 0.56ms 的高电平，然后是 0.565ms 的低电平；位 1 首先是 0.56ms的高电平，然后是 1.69ms 的低电平。五、编程注意事项1.红外接收头引脚信号是相反的电平 。 以上电平是从发射头角度来看，红外接收头引脚输出的是相反的电平。 如图，即没有数据传输时，P3.2 引脚保持为高电平 ，当接收到数据时，首先是引导 码，9ms 的低电平和 4.5ms 的高电平，然后是 32 位数据和 1 位停止位。一般来说， P3.2 与单片机的某中断引脚相连，当接收数据时，低电平会触发中断。2.数据从 LSB（低位）开始发送，所以选择右移 方式接收数据。 四个字节的数据都是先发送 D0，最后发送 D7。所以接收到 1 位数据后，给变量的 最高位赋值，右移。或者先右移，再给变量的最高位赋值。3.可以用一个数组保存 32 个数据的持续时间，用于后面判断高低电平。 用定时器对两个数据（中断）之间的时间计时，并保存这个持续时间用于以后判断 是位 1 还是位 0。4.可以用 2 字节，4 字节变量存储 32 个数据，以节省代码空间 。可以用两个 16 位的 int 型变量存储数据，第一个 int 变量存储用户码，第二个存储数 据码和数据反码。也可以用一个 32 位 long 型的变量存储所有数据。5.判断停止位 。 接收到停止位后可以屏蔽红外引脚的中断，防止后面数据的干扰，解码成功后在开 启中断。

4.1发射编码部分核心代码：

#include <stc8.h>

typedef unsigned char uchar;

typedef unsigned int uint;

sbit irsend = P7^5; // 红外发送

sbit K = P0^7; // 按键总开关

sbit key1 = P0^0; // 按键1

sbit key2 = P0^1; // 按键2

uint hwcount, count; // 要进中断的总次数、用于记录进入中断次数

uchar irsys[2]= {0x00,0xff}; // 16位用户码

bit hsflag = 0; // 发送38KHz载波标志位

uchar ircode; // 发送的红外数据

void Timer1Init(void) // 13微秒@12.000MHz

{

AUXR &= 0xBF; // 定时器时钟12T模式

TMOD &= 0x0F; // 设置定时器模式

TMOD |= 0x20; // 设置定时器模式

TL1 = 0xF3; // 设置定时初值

TH1 = 0xF3; // 设置定时重载值

TF1 = 0; // 清除TF1标志

TR1 = 0; // 定时器1关闭计时

ET1 = 1; // 开定时器1中断

EA = 1; // 开总中断

}

void Timer1_isr() interrupt 3

{

count++;

if(hsflag) // 有发射标志，则发射38khz

{

irsend = ~irsend;

}

else // 否则不发射，即相当于发射编码中的低电平

irsend = 1;

}

void ir_SendByte() // 红外发送一字节数据

{

uchar i;

for(i=0;i<8;i++) // 一字节八位，循环八次

{

hwcount = 43; // 0.56ms高电平，需要进43次定时器1中断（560/13=43）

hsflag = 1; // 发射38KHz载波标志

count = 0; // count置0，从这时起记录进入定时器1中断的次数

TR1 = 1; // 定时器1开启计时

while(count < hwcount); // 在此等待，直到进入中断次数达到43次

TR1 = 0; // 定时器1关闭计时

if(ircode&0x01) // 数据是从最低位开始发送的，最低位是1则要进130次中断

{

hwcount = 130; // 1.69ms低电平，进中断总次数130（1690/13=130）

}

else // 最低位是0，则要进43次定时器1中断

{

hwcount = 43; // 0.565ms低电平，进中断总次数43（565/13=43）

}

hsflag = 0; // 低电平，不需要38kHz载波

count = 0;

TR1 = 1;

while(count < hwcount);

TR1 = 0;

ircode = ircode >> 1; // 将数据右移一位，即从低位到高位发送

}

}

void ir_Send(uchar date)

{

hwcount = 692; // (引导码中的)9ms高电平，9000/13=692

hsflag = 1; // 高电平需要38kHz载波

count = 0;

TR1 = 1;

while(count < hwcount);

TR1 = 0;

hwcount = 346; // (引导码中)4.5ms低电平，4500/13=346

hsflag = 0; // 低电平不需要38kHz载波

count = 0;

TR1 = 1;

while(count < hwcount);

TR1 = 0;

ircode = irsys[0]; // 发送用户码的前8位

ir_SendByte();

ircode = irsys[1]; // 发送用户码的后8位

ir_SendByte();

ircode = date; // 发送键值

ir_SendByte();

ircode = ~date; // 发送键值反码

ir_SendByte();

hwcount = 43; // 0.56ms高电平，560/13=43

hsflag = 1; // 高电平需要38kHz载波

count = 0;

TR1 = 1; // 定时器1开启计时

while(count < hwcount);

TR1 = 0; // 定时器1关闭计时

hwcount = 43; // (NEC协议中的停止码)0.56ms低电平

hsflag = 0;

count = 0;

TR1 = 1;

while(count < hwcount);

TR1 = 0;

irsend = 1; // 关闭红外发射

}

void main()

{

K = 0; // 按键总开关拉低

Timer1Init(); // 定时器1初始化

while(1)

{

if(key1 == 0) // 按键1

{

ir_Send(0x8a); // 发送键值8aH

}

if(key2 == 0) // 按键2

{

ir_Send(0xa6); // 发送键值a6H

}

}

}

4.2按键代码

#include "key.h"

#define GPIO_KEY P0

bit flag = 0;

/**********************************************

* 函数名：Check_key

* 描述 ：矩阵按键扫描（缺陷：不能通过按一次按键，给变量只加一）

* 参数 ：无

* 返回值：键值

* 调用 ：外部调用

**********************************************/

//unsigned char Check_key(void)

//{

// unsigned char row,col,temp1,temp2,keyvalue;

// temp1 = 0x01;

// for(row=0;row<4;row++) // 行扫

// {

// P0 = 0xF0; // 先将P0.4~P0.7置高

// P0 = ~temp1; // 使P0.1~P0.3中有一位为0

// temp1 *= 2; // temp1左移一位

// if((P0 & 0xF0) < 0xF0) // 当按键按下时，(P0 & 0xF0) 高四位不在是F,可能为7或B或D或E。

// { // 这时可以确定按下的是（row+1）行

// temp2 = 0x80;

// for(col=0;col<4;col++) // 列扫

// {

// if((P0 & temp2)==0x00) // 当(P0 & temp2)等于0x00时，可以确定按下的位置是(col+1)列

// {

// keyvalue = row*4+col; // 得到所按下按键的键值

// return keyvalue; // 把得到的键值作为返回值

// }

// temp2 /= 2; // temp2右移一位

// }

// }

// }

// return 16; // 因为定义数码管段选表中，16对应的是全灭，故无按键按下时返回16

//}

/*************************************************

* 函数名：delay_ms

* 描述 ：延时函数

* 参数 ：xms , xms是几延时几毫秒

* 返回值：无

* 调用 ：内部调用

*************************************************/

void delay_ms(unsigned int xms)

{

unsigned char i, j;

unsigned int x;

for(x=xms;x>0;x--)

{

i = 16;

j = 147;

do

{

while (--j);

} while (--i);

}

}

/*************************************************

* 函数名：key_scan

* 描述 ：把按下的矩阵按键的键值返回

* 参数 ：无

* 返回值：按下的键值

* 调用 ：外部调用

*************************************************/

unsigned char key_scan()

{

unsigned char keyvalue1,keyvalue2,a=0;

if(flag==0)

{

keyvalue2=16;

flag=1;

}

GPIO_KEY = 0xf0; // 高四位为1，低四位为0

if(GPIO_KEY != 0xf0)

{

delay_ms(10); // 延时消抖

if(GPIO_KEY != 0xf0)

{

GPIO_KEY=0xf0;

switch(GPIO_KEY)

{

case 0xe0: keyvalue1 = 3;break; // 确定矩阵按键被按下的位置是第几列

case 0xd0: keyvalue1 = 2;break; // 0、1、2、3

case 0xb0: keyvalue1 = 1;break;

case 0x70: keyvalue1 = 0;break;

}

GPIO_KEY=0x0f;

// 确定矩阵按键被按下位置的键值：列(或0或1或2或3) + 行（或0或4或8或12）

if((GPIO_KEY != 0x0d)||(GPIO_KEY != 0x0b)||(GPIO_KEY != 0x07))

keyvalue2 = keyvalue1;

if(GPIO_KEY == 0x0d)

keyvalue2 = keyvalue1+4;

if(GPIO_KEY == 0x0b)

keyvalue2 = keyvalue1+8;

if(GPIO_KEY == 0x07)

keyvalue2 = keyvalue1+12;

while((a<50)&&(GPIO_KEY!=0x0f))

{

delay_ms(10);

a++;

}

}

}

if(GPIO_KEY==0xF0)

keyvalue2 = 16;

return keyvalue2;

}

4.3单片机红外解码源程序如下

#include <stc8.h>

#include "hc595.h"

typedef unsigned char uchar;

typedef unsigned int uint;

sbit ir = P3^2; // 红外接收

uchar irtime; // 记录定时器0中断次数

uchar irdata[33]; // 存放接收到的33位红外数据的每位进入中断的次数

uchar bitnum; // 数组下标，用于记录是第几位红外数据

uchar startflag; // 开始接收标志

uchar irok; // 33位数据收集完成标志

uchar ircode[4]; // 用于存放16位用户码+8位键值+8位键值反码

uchar irprosok; // 四个码值转化完成标志

uchar disnum[8]; // 把四个码值分割成8位，用于数码管显示

void Int0Init(void) // 外部中断0初始化

{

IT0 = 1; // 下降沿触发

EX0 = 1; // 开启外部中断0

EA = 1; // 开总中断

ir = 1; // 红外接收置1

}

void Timer0Init(void) // 定时器0初始化，模式：12T，晶振：12MHz

{

TMOD = 0x02; // 定时器0模式2,8位自动重装载

TH0 = 0x00; // 256*(1/12)*12 = 0.256ms

TL0 = 0x00;

ET0 = 1; // 开定时器0中断

EA = 1; // 开总中断

TR0 = 1; // 定时器0开始计时

}

void irpros(void) // 码值转换

{

uchar num, k, i, j;

k = 1;

for(j=0;j<4;j++) // 四个码值,循环四次

{

for(i=0;i<8;i++) // 每个码值八位，循环八次

{

num = num >> 1; // 从最低位开始接收

if(irdata[k]>6) // 判断这位数据是0还是1:(0：1.12/0.256=4.4)(1:2.25/0.256=8.8）

{

num = num | 0x80;

}

k++;

}

ircode[j] = num; // 存放码值

}

irprosok = 1; // 码值转换完成标志

}

void irwork(void) // 码值分割，用于数码管显示

{

disnum[0] = ircode[0]/16;

disnum[1] = ircode[0]%16;

disnum[2] = ircode[1]/16;

disnum[3] = ircode[1]%16;

disnum[4] = ircode[2]/16;

disnum[5] = ircode[2]%16;

disnum[6] = ircode[3]/16;

disnum[7] = ircode[3]%16;

}

void Int0 () interrupt 0

{

if(startflag)

{

if(irtime>32 && irtime<63) // 8~16ms

{

bitnum = 0;

}

irdata[bitnum] = irtime; // 存放每位进中断的次数

irtime = 0; // 清零，为下次计数做准备

bitnum++; // 下标加一

if(bitnum==33) // 判断是否33位数据接收完

{

bitnum = 0;

irok = 1; // 接收完成标志

}

}

else

{

irtime = 0;

startflag = 1;

}

}

void Timer0() interrupt 1

{

irtime++;

}

void main()

{

Int0Init();

Timer0Init();

while(1)

{

if(irok == 1) // 接收完成

{

irpros();

irok = 0;

}

if(irprosok == 1) // 码值转换完成

{

irwork();

irprosok = 0;

}

display(0,disnum[4]); // 显示键值

display(1,disnum[5]);

display(2,20); // 显示"H"

}

}

总结下，下面这一个代码比较清晰，思路，利于理解，明确了中断和定时的时间，而不像前面的是利用单片机的机器周期，指令周期来确认。

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