微型计算机控制简答题.docx
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微型计算机控制简答题
第1章微型计算机控制系统概述
1、微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？
各部分的作用是什么？
答：
①主机：
这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。
②输入输出接口：
这是微机和被控对象之间进行信息交换的纽带。
③通用外部设备：
为了扩大主机的功能而设置的，用来显示打印存储传送数据。
④检测元件与执行机构：
a.在微机控制系统中，为了收集和测量各种数据，采用了各种检测元件，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量，b.执行机构：
控制各参数的流入量。
⑤操作台：
人机对话的纽带，通过它人们可以向计算机输入程序，修改内存数据，显示被测参数及发出各种操作命令。
2、微型计算机控制的系统的软件有什么作用？
请说出各部分软件的作用。
答：
软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总和。
整个计算机系统的动作，都是在软件的指挥下协调进行的，因此说软件是微机系统的中枢神经。
就功能来分，软件可分为系统软件、应用软件。
系统软件：
它是由计算机设计者提供的专门用来使用和管理计算机的程序。
对用户来说，系统软件只是作为开发应用软件的工具，是不需要自己设计的。
应用软件:
它是面向用户本身的程序，即指由用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序。
3、常用工业控制机有几种?
它们各有什么用途？
答：
①单片微型计算机:
是工业控制和智能化系统中应用最多的一种模式。
一般用于扩展接口，如A/D,D/A转换接口,LED、LCD显示接口扩展，再开发一些应用软件，便可以用于工业控制。
②可编程逻辑控制器：
目前从单机自动化到工厂自动化，从柔性制造系统、机器人，到工业局域网都有用到。
③现场可编程门阵列：
可以实现动态配置，在线系统重构及硬件软化、软件硬化等功能。
④工业PC机：
完成STD总线工业控制机的检测、控制，使程序设计变得更加简单，各种报表程序打印、数据处理曲线、工业控制流程图、PID柱形图像处理程序等。
4、操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何？
它们之间有何区别和联系？
答：
①操作指导控制系统：
原理：
每隔一段时间计算机会进行一次采样，经A/D转换后，送入计算机加工处理，然后再进行报警、打印或显示，操作人员根据此结果进行设定值改变或必要操作。
计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。
计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，供操作员参考。
②直接数字控制系统DDC系统：
是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。
③计算机监督控制系统SCC系统：
原理：
由计算机按照过程数学模型计算出最佳给定值送给DDC计算机，最后由DDC计算机控制生产过程，从而使生产过程处于最优工作状态。
区别与联系：
SCC系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况，因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制，系统不能运行在最佳状态，而SCC系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等。
SCC是操作指导控制系统和DDC系统的综合与发展。
5.分布式控制系统（DCS）的特点是什么？
分布式计算机控制系统的特点是“控制分散，管理集中”
6.CIMS系统与DCS系统相比有哪些特点？
7、微机控制系统与模拟控制系统相比有什么特点？
答：
①结构上，模拟和数字部件的混合系统。
②含有模拟信号离散模拟、离散数字等多种信号。
③需采用专门的理论来分析和设计。
即模拟调节规律离散化设计法和直接设计法。
④便于实现复杂的控制具有很大的灵活性和适应性。
⑤可实现多回路分时控制。
⑥控制的多功能性提高企业的自动化程度分级控制、集散控制、生产管理等。
8、什么叫现场总线系统？
它有什么特点？
答：
现场总线控制系统FCS的核心是现场总线。
特点：
①是一种数字通信协议，是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、全分散、双向传输、多分支结构的通信网络。
②是控制技术、仪表工业技术和计算机网络技术三者的结合。
③具有现场通信网络、现场设备互连、互操作性、分散的功能模块、通信线供电、开放式互连网络等技术特点。
④保证控制系统可以适应目前工业界对数字通信和自动控制的需求，且使其与Internet网互连构成不同层次的复杂网络成为可能。
代表了工业控制体系结构发展的一种方向。
9、未来控制系统发展趋势是什么？
答：
①大力推广应用成熟的先进技术；②大力研究和发展智能控制系；③嵌入式系统的应用将更加深入。
10、为什么说嵌入式微控制器是智能化仪器和中、小型控制系统中应用最多的一种微型计算机？
嵌入式微控制器又称单片机。
①为适应不同的应用需求，一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。
②和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积小，功耗和成本低、可靠性高。
③微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。
6.A/D转换器的结束信号EOC有什么作用？
根据该信号在I/O控制中的连接方式，A/D转换有几种控制方式？
它们在接口电路和程序设计上有什么特点？
A/D转换器的结束信号的作用是用以判断本次AD转换是否完成。
常见的A/D转换有以下几种控制方式，各自特点如下：
•延时等待法:
EOC可不和I/O口连接，程序设计时，延时大于ADC转换时间后，取数据。
•查询法:
EOC可以和任意I/O口连接，程序设计时，反复判断EOC是否有效，直至EOC有效时，取数据。
•中断响应法:
EOC与外部中断相连，AD转换结束后,发中断申请,在中断服务程序中取数据。
1.PLC控制系统有什么特点？
答:
1可靠性高。
2编程容易。
3组合灵活。
4输入/输出功能模块齐全.5安装方便。
6运行速度快。
2.FPGA是什么意思？
它有什么特点？
在微机控制系统和智能化仪器中有着怎样的影响？
P14
答：
FPGA是指现场可编程门阵列特点．FPGA的特点
（1）采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。
（2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。
（3）FPGA内部有丰富的触发器和I／O引脚。
（4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。
（5）FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。
可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。
第2章模拟量输入/输出通道的接口技术
1、采样有几种方法，试说明它们之间的区别？
答：
①简单随机抽样法，就是指总体中的每个个体被抽到的机会是相同的；②系统抽样法，也叫等距抽样法；③分层抽样法，也叫类型抽样法，它是从一个分成不同子总体（或称为层）的总体中，按规定的比例从不同层中随机抽取样品（个体）的方法；④整群抽样法，是将总体分成许多群，每个群由个体按一定方式结合而成，然后随机抽取若干群。
时域采样，频域采样…
2、采样周期越小越好吗？
为什么?
答：
不是。
若采样间隔太小（采样频率太高），对系统硬件要求较高，且数据量较大。
根据奈奎斯特采样定律，在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs大于信号中最高频率fmax的2倍时（fs>=2fmax），采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5～10倍。
3、多路开关的工作原理。
多路开关主要用于把多个模拟量参数分时地接通，常用于多路参数共用一台A/D转换器的系统中，完成多对一的转换。
多路开关的特点。
答：
①采用标准的双列直插式结构，尺寸小，便于安排；②直接与TTL（或CMOS）电平相兼容；③内部带有通道选择译码器，使用方便；④可采用正或负双极性输入；⑤转换速度快，通常其导通或关断时间在1ms左右，有些产品已达到几十到几百纳秒（ns）。
4、多路开关如何扩展？
试用两个CD4097扩展成一个双16路输入和双2路输入系统，并说明其工作原理。
答：
扩展时，将多路开关芯片交替使能（反相器）即可，两路开关扩展仍不能达到系统要求是，可采用译码器控制芯片使能端。
5、试用CD4051设计一个32路模拟多路开关，要求画出电路图并说明其工作原理。
思路：
因为CD4051只有八个输入接口，所以要构建32路的多路开关需要用到4个CD4051。
32路的多路开关应有5个控制口，其中前三个是CD4051的输入口，后两个是控制口。
（因为CD4051就有三个输入口）
分别标为D1、D2、D3、D4、D5（00000—11111，00000第0通道、11111第31通道）。
通过对4个CD4051的选择来实现32个通道口的选择（0—7、8—15、16—23、24—31）。
如选择第三个CD4051时，可以选择16-23（10000—10111）通道口。
然而CD4051的选择是通过控制各个CD4051的INH高低电平来实现。
比如想让第三个CD4051接通，就令它的INH通高电平（此时D5=1、D4=0,INH3=!
（D5&!
D4））。
故INH的选择是控制D5和D4的逻辑关系来达到的。
其中INH1=!
（!
D5&!
D4）;INH2=!
（!
D5&D4）;INH3=!
（D5&!
D4）;INH4=!
（D5&D4）。
P26扩展16通道
6、采样-保持器有什么作用？
试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响。
答：
采样保持器的作用：
A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间。
在进行A/D转换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。
这样，就需要在A/D转换器之前加入采样保持器。
保持电容对数据采集系统采样保持的精度有很大影响：
保持电容值小，则采样状态时充电时间常数小，即保持电容充电快，输出对输入信号的跟随特性好，但在保持状态时放电时间常数也小，即保持电容放电快，故保持性能差；反之，保持电容值大，保持性能好，但跟随特性差。
7、在数据采集系统中，是不是所有的输入通道都需要加采样-保持器，为什么？
答：
不是，对于输入信号变化很慢，如温度信号；或者A/D转换时间较快，使得在A/D转换期间输入信号变化很小，在允许的A/D转换精度内，就不必再选用采样保持器。
8、香农定理的基本内容是什么？
采样频率的高低对数字控制系统有什么影响？
试举工业控制实例加以说明。
答：
采样频率高低对数字控制系统有些影响。
采样频率高，则对数据采集的准确性增加，但采样频率高，会过多的占用CPU的时间和内存资源，采样频率高，对采集的数据要进行实时分析和处理，CPU大部分时间用在数据采集分析处理上，影响了作其它事的时间。
采样频率要低，就有可能漏掉该采集的数据没采到，数据实时分析就有可能不正确。
9、A/D和D/A转换器在微型计算机控制系统中有什么作用？
答：
A/D转换器是在数据进入微型计算机之前，把模拟量转换成数字量；
D/A转换器是把经过微型计算机处理后的数据由数字量转换成模拟量。
12、为什么高于8位的D/A转换器与8位的微型计算机的接口必须采用双缓冲方式？
这种双缓冲工作与DAC0832的双缓冲工作在接口上有什么不同？
答：
原因：
数据要分两次或三次输入，双缓冲结构避免了产生虚假的模拟量输出值。
主要区别：
AD667的第一级由3个4位寄存器组成。
。
第三章人机交互接口技术
1、键盘为什么要防止抖动？
在计算机控制系统中如何实现防抖？
答：
由于机械触点的弹性振动，按键在按下时不会马上稳定地接通而在弹起时也不能一下子完全地断开，因而在按键闭合和断开的瞬间均会出现一连串的抖动，这称为按键的抖动干扰。
按键的抖动会造成按一次键产生的开关状态被CPU误读几次。
为了使CPU能正确地读取按键状态，必须在按键闭合或断开时，消除产生的前沿或后沿抖动。
去抖动的方法有硬件方法和软件方法两种。
硬件方法是设计一个滤波延时电路或单稳态电路等硬件电路来避开按键的抖动时间。
软件方法是指编制一段时间大于100ms的延时程序，在第一次检测到有键按下时，执行这段延时子程序使键的前沿抖动消失后再检测该键状态，如果该键仍保持闭合状态电平，则确认为该键已稳定按下，否则无键按下，从而消除了抖动的影响。
2、在工业过程控制中，键盘有几种？
它们各有什么特点和用途？
答：
①从功能上分：
数字键和功能键。
数字键用于数字的输入；功能键用于功能转换。
②从结构上分：
非编码键盘和编码键盘。
非编码键盘通过软件识别按键；编码键盘通过硬件识别按键。
3、试说明非编码键盘扫描原理及键值计算方法。
答：
扫描原理：
通常采用软件的方法，逐行逐列检查键盘状态，当发现有键按下时，用计算
或查表的方式得到该键的键值。
扫描方法又分为程控扫描法、中断扫描法和定时扫描法。
键值计算方法：
判断有无键按下，去除键抖动，判断是哪一个键按下，以求出闭合键的键值，
确定键值。
4、编码键盘和非编码键盘有什么区别？
在接口电路和软件设计上有什么区别？
答：
编码键盘能自动识别按下的键并产生相应的代码，以并行或串行方式发送给CPU。
它使用方便，接口简单，响应速度快，但需要专门的硬件电路。
非编码键盘只简单的提供按键开关的行列矩阵，有关键的识别，键码的输入与确定，以及去抖动等功能均由软件完成。
5、在计算机控制系统中，为什么有时采用复用键？
复用键如何实现？
答：
为了节省按键的数量，所以采用复用键。
可以采用设置上下档开关的措施来构成复用键。
6、什么叫重键？
计算机如何处理重键？
答：
一次按键产生多次击键的效果，这叫做重键。
为排除重键的影响，编制程序时，可以将键的释放作为按键的结束，等键释放电平后再转去执行相应的功能。
7、LED发光二极管组成的段数码管显示器，就其结构来讲有哪种两种接法？
不同接法对字符显示有什么影响？
答：
就其结构来讲有共阴极与共阳极两种接法。
共阳极数码管的8个发光二极管的阳极二极管正端连接在一起。
通常共阳极接高电平一般接电源其它管脚接段驱动电路输出端。
当某段驱动电路的输出端为低电平时则该端所连接的字段导通并点亮。
反之对应的LED段码不亮。
对于共阴极数码管则是高电平有效低电平无效。
LED数码管显示器共阴极的接法是发光二极管的阴极接地当数码管的笔划发光二极管的阳极为高电平时该笔划被点亮。
共阳极的接法是发光二极管的阳极接高电平当数码管的笔划发光二极管的阴极为低电平时该笔划被点亮。
8、多位LED显示器显示方法有几种？
各有什么特点？
答：
常用的显示方法有两种：
一种为动态显示，一种为静态显示。
动态显示利用人的视觉暂留产生，优点是使用硬件少，因而价格低，线路简单。
但占用的机时长。
静态显示占用机时少，显示可靠，但是使用元件多，线路复杂。
9、硬件译码和软件译码两种译码方法各有什么优缺点？
答：
软件译码优点是电路简单，但显示速度有所下降。
硬件译码既能节省计算机的时间，而且程序设计简单。
10、LCD显示与LED显示原理有什么不同？
这两种显示方法各有什么优缺点？
答：
LCD与LED是两种不同的显示技术，LCD是由液态晶体组成的显示屏，而LED则是由发光二极管组成的显示屏。
LED显示器与LCD显示器相比，LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势。
LED的分辨率一般较低，价格也比较昂贵，因为集成度更高。
11、在LED显示中，硬件译码和软件译码的根本区别是什么？
如何实现？
答：
硬件译码，就是用硬件译码器代替软件求得显示代码，节省计算机的时间，且程序设计简单。
译码显示芯片将BCD码（或十六进制码）从相应端口输出即可完成显示。
第四章常用控制程序的设计
1、工业控制系统中常用的报警方式有几种？
试举例说明各自的应用场合。
答：
①声音：
如电铃、电笛发出，蜂鸣器，集成电子音乐芯片；②光：
发光二极管或闪烁的白炽灯等；语音报警，语音芯片；③图形与声音混合报警，显示报警画面（如报警发生的顺序、报警发生的时间、报警回路编号、报警内容及次数等）。
3、光电隔离器有什么作用？
答：
将被控系统与微型计算机控制系统通过光电效应连成系统，实现控制；并且可以屏蔽电磁干扰等一些不利因素，提高控制精度。
总之，有耦合、隔离和开关的作用。
4、试说明固态继电器与继电器控制有什么区别？
答：
在继电器控制中，采用电磁吸合的方式，是有触点的，会有火花或电弧产生，由电磁铁驱动，电流控制范围小，动作时间有延迟。
而固态继电器是带光电隔离的无触点开关，动作快，无火花或电弧，控制电流范围大，几十到上百安培，但存在压降会发热，电流越大越严重，安装要加散热板。
5、试说明固态继电器、大功率场效应管开关及控制开关有什么区别？
它们分别用在什么场合？
答：
固态继电器：
带光电隔离的无触点开关；大功率场效应管开关：
无隔离作用，高输入阻抗，低关断电流，相应速度快，价格便宜，体积小；控制开关：
用于电气控制和热工仪表的过程控制时的一种特殊开关。
6、说明PWM调速系统的工作原理。
答：
通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值（即占空比）来控制电机速度。
这种方法成为PWM。
在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度降低。
只要按一定规律改变通断电时间，电机转速即可得到控制。
7、什么是远程报警？
远程报警的关键技术是什么？
答：
在某些场合，或是由于距离太远，或者因无人值守，但是一旦发生报警，需立刻通知相关人员，则称为远程自动无线报警系统。
关键技术在于：
调制解调器，借助电话交换器网络、移动通信网络等现有通信系统进行通信，且成本低，不受地域和时域限制，做到安全、迅速和可靠。
第六章总线接口技术
1、什么叫总线？
总线分哪两大类？
分别说出它们的特点和用途？
答：
多个功能部件共享的信息传输线称为总线。
总线分为串行和并行两类。
①并行总线：
如果用若干根信号线同时传递信号，就构成了并行总线。
并行总线的特点是能以简单的硬件来运行高速的数据传输和处理。
②串行总线：
串行总线是按照信息逐位的顺序传送信号。
其特点是可以用几根信号线在远距离范围内传递数据或信息，主要用于数据通信。
2、串行通信传送方式有几种？
它们各有什么特点？
答：
串行通信传送方式有同步通信和异步通信。
异步通信以一个字符为传输单位，通信中两个字符间的时间间隔是不固定的，然而在同一个字符中的两个相邻位代码间的时间间隔是固定的。
同步通信以一个帧为传输单位，每个帧中包含有多个字符。
在通信过程中，每个字符间的时间间隔是相等的，而且每个字符中各相邻位代码间的时间间隔也是固定的。
3、波特率是什么单位？
它的意义如何？
答：
符号/秒（symbol/s）在电子通信领域，波特率（Baudrate）即调制速率，指的是信号被调制以后在单位时间内的变化，即单位时间内载波参数变化的次数。
它是对符号传输速率的一种度量，1波特即指每秒传输1个符号。
4、收/发时钟在通信中有什么意义？
答：
建立准确的未定时信号。
5、异步通信与同步通信的区别是什么？
它们各有什么用途？
答：
所谓同步通信是指在约定的通信速率下，发送端和接收端的时钟信号频率和相信始终保持一致（同步），这就保证了通信双方在发送和接收数据时具有完全一致的定时关系。
异步通信是指通信中两个字符之间的时间间隔是不固定的，而在一个字符内各位的时间间隔是固定的。
同步通信要求接收端时钟频率和发送端时钟频率一致，发送端发送连续的比特流。
异步通信时不要求接收端时钟和发送端时钟同步。
发送端发送完一个字节后，可经过任意长的时间间隔再发送下一个字节。
异步通信有起始位部分和终止部分，传输过程中多两个部分，降低了有效传输效率，所以异步通信的通信开销较大，但接收端可使用廉价的、具有一般精度的时钟来进行数据通信。
6、串行通信有几种传送方式？
各有什么特点？
答：
①异步通信：
异步通信以一个字符为传输单位，通信中两个字符间的时间间隔是不固定的，然而在同一个字符中的两个相邻位代码间的时间间隔是固定的。
②同步通信：
同步通信以一个帧为传输单位，每个帧中包含有多个字符。
在通信过程中，每个字符间的时间间隔是相等的，而且每个字符中各相邻位代码间的时间间隔也是固定的。
同步通信用于计算机到计算机之间的通信，以及计算机到CRT或外设之间的通信。
详见P202-204
7.串行通信中为什么要用MODEM？
MODEM在接收和发送中的作用是什么？
8.8.RS-232总线在实际应用中有几种接线方式？
它们都应用在哪些场合？
8、RS-232总线最重要的接线有哪些？
其功能是什么？
答：
TXD（第2脚）：
发送数据线，输出。
发送数据到MODEM。
RXD（第3脚）：
接收数据线，输入。
接收数据到计算机或终端。
RTS（第4脚）：
请求发送，输出。
计算机通过此引脚通知MODEM，要求发送数据。
CTS（第5脚）：
允许发送，输入。
发出CTS作为对RTS的回答，计算机才可以进行发送数据。
DSR（第6脚）：
数据装置就绪（即MODEM准备好），输入。
表示调制解调器可以使用，该信号有时直接接到电源上，这样当设备连通时即有效。
CD（第8脚）：
载波检测（接收线信号测定器），输入。
表示MODEM已与电话线路连接好。
RI（第22脚）：
振铃指示，输入。
MODEM若接到交换台送来的振铃呼叫信号，就发出该信号来通知计算机或终端。
DTR（第20脚）：
数据终端就绪，输出。
计算机收到RI信号以后，就发出DTR信号到MODEM作为回答，以控制它的转换设备，建立通信链路。
GND（第7脚）：
地。
9、RS-422和RS-485总线为什么比RS-232-C传送距离长？
答：
RS-422采用两对平衡差分信号线，RS-485采用一对。
平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。
加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。
10、说明SPI总线、I2C总线各自的特点。
答：
SPI总线特点：
①全双工；②主从方式；③有4种可编程主方式频率（最大为10.5MHz）；④最大从方式频率为2.1MHz；⑤具有可编程极性和相应的串行时钟；⑥有传送结束中断标志；⑦有写冲突出错标志；⑧有总线冲突出错标志。
I2C总线特点：
①只要求两条总线线路：
一条串行数据线SDA，一条串行时钟线SCL；②每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和一直存在的简单的主机/从机关系软件设定地址，主机可以作为主机发送器或主机接收器；③它是一个真正的多主机总线，如果两个或更多主机同时初始化，数据传输可以通过冲突检测和仲裁防止数据被破坏；④串行的8位双向数据传输位速率在标准模式下可达100kbit/s，快速模式下可达400kbit/s，高速模式下可达3.4Mbit/s；
11.设某一循环码，其生成多项式为G（x）=x4+x+1，试求出信息序列11101010001的循环校验码CRC（要求写出计算步骤）。
12.设某一信息码，其生成多项式为G（x）=x4+x2+x+1，R（x）=x3+x2试求出信息序列多项式B（x）=x6+x5的循环校验码CRC（要求写出计算步骤）。
16.LonWorks总线的核心部件是什么？
它有几个微处理器？
各有什么功能？
17.MC143150与MC143120两种芯片在结构上有什么异同？
12.
11、现场总线有什么特点？
常用的现场总线有几种类型？
它们各有什么特点？
答：
特点：
①数字信号完全取代4~20mA模拟信号；②使基本过程控制、报警和计算功能等
完全分布在现场完成；③使设备增加非控制信息，如自诊断信息、组态信息及补偿信息等；
④实现现场管理和控制的统一；⑤真正实现系统的开放性、互操作性。
5大类型：
CAN、LonWorks、PROFIBUS、HART和FF
第7章过程控制数据处理的方法
1.工业控制程序结构有什么特点？
答：
（1）可用程序
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