带LCD1602液晶菜单显示的多功能数字时钟-FPGA VHDL版本程序
**************************************************************************************************************带LCD1602液晶显示的多功能数字时钟
设计者：bluemanzyp（巨蟹座风云）
硬件载体：EP2C8Q208 Amy电子FPGA学习板
设计时间：2009年4月1日，V1.0版
最后修改时间： 2009年8月23日，V3.0版
说明：
1. 本设计全部采用数字电路和状态机的设计方法，没有采用任何CPU的IP核。
2. 本设计的目的是为了练习状态机的设计技巧，以及方便生活^_^
3. 有些EP2C8Q208 Amy电子FPGA学习板上的蜂鸣器是电平型的，给高电平就响，给低电平就不响，这样可能造成振铃的音质很差并且声音太小。
建议将蜂鸣器换成脉冲型的，给什么频率的信号，响什么频率的声音。另外，最好测试一下蜂鸣器在哪些频率下声音最大，选择这些音量大的频率工作。
4. 如果要在其他型号的板子上用，请自己进行引脚锁定。
5.系统需要的最小资源：占用1100个逻辑单元LC，8个按键，LCD1602液晶，3个拨码开关，3个发光二极管。另外可以选配4×4小键盘，方便设置时钟。
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多功能数字时钟的功能和特点：
1. 上电1s复位功能，手动复位功能，复位会给出1s振铃信号；
2. 基本时钟计时功能；
3. 闹钟功能；
4. 计数器倒计时功能；
5. 整点报时功能；
6. 闹钟具有懒人模式功能，如果启动懒人模式，闹钟振铃每隔一分钟就响一次，如果不启动懒人模式，闹钟振铃响一分钟就停止；
7. 任意键关闭闹钟振铃功能（与懒人模式有关）；
8. 计数器自动装载功能，可实现00h:00m:15s---99h:59m:59s的循环定时振铃；
9. 计数器手动启动功能；
10. 一键启动或关闭闹钟或者计数器功能；
11. 自动检验时钟、闹钟、和计数器设置数字的正确性，不正确的数字不能被输入系统；
12. 液晶LCD1602显示，可同时查看时间和闹钟设置时间或者计数器时间；
13. 菜单设置功能，人机界面友好；
14. 30秒不操作，自动退出菜单功能；
15. 8个基本按键：“↑”、“↓”、“←”、“→”、“确定”、“取消”、“闹钟开关alarm_sw”和“计数器开关cntalm_sw”完成全部操作；
16. 可以插上4×4小键盘进行快速操作；
17. 键盘自动消抖；
18. 4×4小键盘快捷键；
19. 用4×4小键盘设置时间或闹钟或计数器数字时，正确设置一位数字后，自动移到下一位数字进行设置；
20. “↑”、“↓”键连击功能实现快速数字设定；
21. 时钟后台计时功能，查看菜单不会影响时钟计时。
22. 各种振铃声音不同，容易分辨，声音洪亮（要换成脉冲型的蜂鸣器）。
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多功能数字时钟的使用方法：
一、时钟的设定和显示：
1. 正常显示时间的界面下，液晶上第一行显示当前时钟的时间，格式为：“Time: h1h0:m1m0:s1s0”，其中“:”会0.5s亮0.5s灭。
第二行可以显示设定的闹钟时间、或当前的计数器计数值、或计数器的设定时间，可以通过接口板或者4×4小键盘上的“↑”、“↓”、“←”、“→”键来选择某一个来显示。
例如：选择显示设定的闹钟时间，格式为：“Alarm : h1h0:m1m0:s1s0”，其中“:”一直亮。
例如：选择显示当前的计数器计数值， 格式为：“CntTim: h1h0:m1m0:s1s0”，其中“:”一直亮。
例如：选择显示计数器的设定时间， 格式为：“CntBuf: h1h0:m1m0:s1s0”，其中“:”一直亮。
2. 首先，在正常显示时间的界面下按“确定”键（接口板s6键或者4×4小键盘上的“确定”键）进入功能菜单，一共有三种功能菜单：“Set Clock”、“Set Alarm”、“Set Counter”，分别表示设置时钟、设置闹钟、设置计数器。通过按接口板或者4×4小键盘上的“↑”、“↓”、“←”、“→”键来选择菜单，因为LCD1602只有两行，所以同时只能有2个功能菜单显示出来，其中最左边有一个“→”符号的表示本菜单是选中的功能菜单。然后再次按“确定”键进入这一选中的功能进行设置。另外，4×4小键盘上的“1”、“2”、“3”键分别是“Set Clock”功能、“Set Alarm”功能、“Set Counter”功能的快捷键。在正常显示时间的界面下，也可以通过4×4小键盘上的“1”选择“Set Clock”功能，“2”选择“Set Alarm”功能，“3”选择“Set Counter”功能，再次按“确定”键或者4×4小键盘上的“1”、“2”、“3”键就可以进入对应功能。
3. 如果选择了“Set Clock”菜单，按“确定”键进入设置时钟的功能进行设置，这时液晶上第一行显示“Set Clock Time:”，第二行显示“h1h0:m1m0:s1s0”，系统会自动装载当前显示的时间作为设置时间的基础。其中需要设置的某一位数字处于闪烁状态，可以通过接口板或者4×4小键盘上的“↑”、“↓”键或者是4×4小键盘上的0-9的数字键来设置某一位数字的数值，通过接口板或者4×4小键盘上的“←”、“→”键来选择设置哪一位数字。其中h1只能是0、1、2三个数字，根据h1的取值h0只能是0-9或者0-3，m1只能是0-5，m0只能是0-9，s1只能是0-5，s0只能是0-9。数值的限定范围是自动进行的，比如设置h1时，当按下“↑”、“↓”键，就自动在0、1、2三个数字中循环，设置好以后，“←”、“→”键来选择下一位数字h0或者s0来设置。按当按下4×4小键盘上的0-9的数字键，如果按的建不是0、1、2三个数字，按其他键是无效的。当按下4×4小键盘上的有效数字键后，会自动进入设置h0的位置，同时h0开始闪烁。
4. 当设置完毕时钟的时间后，可以按“确定”键保存当前时钟的设置，再按“取消”（接口板s5键或者4×4小键盘上的“取消”键）退出菜单，回到正常显示时间的界面。
二、闹钟的操作：
1. 首先，通过菜单设置好闹钟的时间，按“确定”保存当前闹钟的设置，再按“取消”退出菜单，回到正常显示时间的界面。此时alarm_on(发光二极管D1)自动点亮，说明闹钟功能启动。你也可以通过按alarm_sw键，关闭闹钟功能，此时alarm_on灭。关闭后，如果不需要改动原来设置的闹钟时间，可以通过再次按alarm_sw键，开启闹钟功能，此时alarm_on亮。
2. 如果关闭了懒人模式（SW7键，lazy_mode，拨在上边），当时钟到达设定的闹钟时间，就会开始振铃1分钟然后停止，到明天同一时间会再次响起。闹铃过程中按下接口板上的s3-s8键或者4×4小键盘上的的任意键，就会关闭闹铃振铃，但不会关闭闹钟功能，alarm_on(发光二极管D1)不会受到影响，仍然亮。
3. 如果启动了懒人模式（SW7键，lazy_mode，拨在下边），当时钟到达设定的闹钟时间，就会响1分钟，然后停1分钟，这样一直循环响下去。直到按下alarm_sw键（s1键）关闭闹钟（注意：关闭闹钟不会立刻关闭闹铃振铃，只不过明天、后天……闹钟就不会响了），或者关闭懒人模式为止（注意：关闭懒人模式也不会立刻关闭闹铃振铃，闹铃振铃要响完这一分钟才会停）。在懒人模式下，闹铃过程中按下接口板上的s3-s8键或者4×4小键盘上的的任意键，只能暂时关闭闹钟，一分钟后闹钟仍然会振铃。
4. 闹钟设置过程中，液晶上第一行显示“Set Alarm Time:”，第二行显示“h1h0:m1m0:s1s0”，系统会自动装载上次设置的闹钟时间作为设置闹钟的基础。其中需要设置的某一位数字处于闪烁状态，可以通过接口板或者4×4小键盘上的“↑”、“↓”键或者是4×4小键盘上的0-9的数字键来设置某一位数字的数值，通过接口板或者4×4小键盘上的“←”、“→”键来选择设置哪一位数字。其中h1只能是0、1、2三个数字，根据h1的取值h0只能是0-9或者0-3，m1只能是0-5，m0只能是0-9，s1只能是0-5，s0只能是0-9。数值的限定范围也是自动进行的，作用跟时钟设置时的一样，不再举例。
三、计数器的操作：
1. 首先，通过菜单设置好需要计数器的计数时间，按“确定”保存当前计数器的设置，再按“取消”退出菜单，回到正常显示时间的界面。此时cntalm_on(发光二极管D2)自动点亮，说明计数器功能启动，同时计数器开始倒计数。你也可以通过按cntalm_sw键，关闭计数器功能，此时cntalm_on灭。关闭后，如果不需要改动原来设置的计数器时间，可以通过再次按cntalm_sw键，开启计数器功能，此时cntalm_on亮，同时计数器开始倒计数。注意：如果给计数器设置的计数值是0，则计数器自动关闭，cntalm_on熄灭，停止计数。
2. 如果打开了自动装载计数器功能（SW6键，is_manual_auto_start，拨在下边），此时若cntalm_on(发光二极管D2)亮，则计数器会每过设定的计数时间就会启动计 数闹钟响15秒，如果设定的计数时间小于15秒，则计数闹钟会一直响。直到按下cntalm_sw（s2键）关闭计数器闹钟，此时cntalm_on灭，计数器闹钟振铃也停止。每当振铃结束时，cntalm_on(发光二极管D2)保持点亮，自动保持计数器的开启。
3. 如果关闭了自动装载计数器（SW6键，is_manual_auto_start，拨在上边），必须按下cntalm_sw（s2键），cntalm_on(发光二极管D2)亮，打开计数器才会倒计时，直到计数到1时，计数闹钟开始响，同时计数器停止计数，当振铃结束时，cntalm_on(发光二极管D2)灭，自动关闭计数器。振铃的过程中可以通过按下cntalm_sw（s2键），来关闭计数器振铃，同时cntalm_on(发光二极管D2)灭。当通过菜单设置了计数器的计数时间后，cntalm_on(发光二极管D2)也亮，计数器也会自动开始倒计数，计数到1时，开始振铃，当振铃结束时，cntalm_on(发光二极管D2)灭，自动关闭计数器。
4. 计数器设置过程中，液晶上第一行显示“Set Count Time:”，第二行显示“h1h0:m1m0:s1s0”，系统会自动装载上次设置的计数器时间作为设置计数器的基础。其中需要设置的某一位数字处于闪烁状态，可以通过接口板或者4×4小键盘上的“↑”、“↓”键或者是4×4小键盘上的0-9的数字键来设置某一位数字的数值，通过接口板或者4×4小键盘上的“←”、“→”键来选择设置哪一位数字。其中h1可以是0-9，h0也可以是0-9，m1只能是0-5，m0只能是0-9，s1只能是0-5，s0只能是0-9。数值的限定范围也是自动进行的，作用跟时钟设置时的一样，不再举例。
四、整点报时功能：
将接口板上的SW8键，is_need_alarm，拨在下边（H）表示需要需要整点报时，拨在上边（L）表示不需要整点报时。整点报时功能启用时，当时钟每到59分56秒、57秒、58秒、59秒、和00分的00秒就会连响5下，其中前四声频率低，最后一声频率高，表示整点。
五、其他注意事项：
1. 进入任何一级菜单后，如果30s内不按键（接口板上的s3-s8键或者4×4小键盘上的任意按键），则自动退出菜单，进入正常显示时间的模式。
2. 进入任何一级菜单后，时钟会在后台继续计时，如果没有重新设置时间，则时钟就不会受到任何影响，当前时间不会因为进入菜单而停止计时。
3. 计数器闹铃优先级最高，普通闹铃优先级次之，整点报时闹铃优先级最低。当计数器闹铃时，普通闹铃和整点报时闹铃被屏蔽，普通闹铃正在进行时，整点报时闹铃被屏蔽。
4. 注意：当s4键和s8键同时按下时，整个系统总清零，reset，所有的计数器和时间回到0。当产生系统总清零时，会发出1s“嘀”的声音。另外上电后，也会自动产生系统总清零信号，并会发出1s“嘀”的声音。
一、按键和发光二极管的编码：
1. 接口板上左右两列共8个按键开关的编号如下：从上到下，从左到右分别为：s1-s8
2. 接口板上从左到右共8个发光二极管的编号如下：从左到右分别为：D1-D8
3. 接口板上从左到右共8个拨码开关的编号如下：从左到右分别为：SW1-SW8
4. 发光二极管D1（又称为“alarm_on”）的亮灭表示有没有开启闹钟的功能，亮表示开启，灭表示关闭。
5. 发光二极管D2（又称为“cntalm_on”）的亮灭表示有没有开启计数器闹钟的功能，亮表示开启，灭表示关闭。
6. 发光二极管D8的亮灭表示有没有按下按键，按下接口板上的s3-s8键或者4×4小键盘的任意键，发光二极管D8点亮，松开按键，D8熄灭。
二、开发板红色拨码开关的作用（从左到右:SW1-SW8）：
1. SW8键，is_need_alarm， 是否需要整点闹铃， H（拨在下边）需要， L（拨在上边）不需要
2. SW7键，lazy_mode， 是否启动懒人模式， H（拨在下边）启动， L（拨在上边）不启动
3. SW6键，is_manual_auto_start，是否自动装载计数器的设置值，H（拨在下边）自动装载， L（拨在上边）不自动装载\
三、接口板左右两侧8个按键功能（从上到下、从左到右分别是s1键到s8键，s3、s4、s7、s8键有双功能）：
(1) 当正常显示时间时：
1. s1键，alarm_sw，控制着闹钟的开启和关闭，每按一次键，闹钟就打开或关闭，当打开闹钟时，alarm_on(发光二极管D1)亮，关闭闹钟时，alarm_on灭。
2. s2键，cntalm_sw，控制着计数器闹铃的开启和关闭，每按一次键，计数器闹钟就打开或关闭，当打开计数器闹钟时，cntalm_on(发光二极管D2)亮，关闭闹钟 时，cntalm_on灭。
3. s5键，“取消”键，进入菜单后，如果不想保存当前的设置值，可以按“取消”，不保存当前设置，并推出本级菜单进入上一级菜单。
4. s6键，“确定”键，正常显示时间时，按下此键，则进入菜单。可以通过“↑”、“↓”、“←”、“→”键来选择菜单，进入某一个菜单后，可以通过“↑”、“↓”键来增加或者减少某一位数字的数值，通过“←”、“→”键来选择设置哪一位数字。如果想保存当前的设置值，可以按“确定”，保存当前设置后，退出本级菜单进入下一级菜单。
(2) 当进入设置菜单时：
1. s7键，相当于“↑”键，在设置时间或闹铃或计数器时，用来加计数值，按键时间不超过0.5s时，按一下键，计数值就加一，当键时间超过0.5s时，计数值自动以每0.1秒加一。
2. s8键，相当于“↓”键，在设置时间或闹铃或计数器时，用来减计数值，按键时间不超过0.5s时，按一下键，计数值就减一，当键时间超过0.5s时，计数值自动以每0.1秒减一。
3. s3键，相当于“←”键，用来选择前一个菜单，或者用来选择设置左侧时分秒的数据。
4. s4键，相当于“→”键，用来选择后一个菜单，或者用来选择设置右侧的时分秒的数据。
(3) 当时钟正常显示时间时：
1. s7键和s4键，相当于“↑”键和“→”键， 在液晶第二行循环切换显示“闹钟设定时间almbufin” → “计数器当前计数值cnttimein” → “计数器设定值cntbufin”。
2. s8键和s3键，相当于“↓”键和“←”键， 在液晶第二行循环切换显示“闹钟设定时间almbufin” → “计数器设定值cntbufin” → “计数器当前计数值cnttimein”。
注意：当s4键和s8键同时按下时，整个系统总清零，reset，所有的计数器和时间回到0。当产生系统总清零时，会发出1s“嘀”的声音。
四、4×4小键盘的作用：
当插上4×4小键盘时，可以方便地快速设置时间、闹钟和计数器。
4×4小键盘的行扫描row(3..0)从高位到分别接到接口板的P5双排插针的左下角4根线上，分别锁定引脚为40、43、45、47，列扫描col(3..0)接到接口板的P5双排插针的右下角4根线上，分别锁定引脚为41、44、46、48。
编码：
|----------------|
| 1 2 3取消|
| 4 5 6确定|
| 7 8 9 ↑|
| 0 ← → ↓|
|----------------|
1. 键盘编码0~9，用来快速设置时间或者闹钟或者计数器，每设置一个数字，自动向右动跳到一个数字进行设置。
2. “←”和“→”用来选择前一个或者后一个菜单，或者用来选择某一个时分秒的数据来设置。
3. “↑”和“↓”在设置时间或闹铃或计数器时，用来加减计数值，按键时间不超过0.5s时，按一下键，计数值就加一或减一，当按键时间超过0.5s时，计数值自动以每0.2秒的速度加1。
4. “取消”，进入菜单后，如果不想保存当前的设置值，可以按“取消”，不保存当前设置，并推出本级菜单进入上一级菜单。
5. “确定”，正常显示时间时，按下此键，则进入菜单。设置时间或闹钟或计数器后，如果想保存当前的设置值，可以按“确定”保存当前设置，同时退出本级菜单进入下一级功能选择菜单。
五、需要锁定的引脚：
1. 4×4小键盘的行引脚row和列引脚col，从行引脚输出键盘扫描的信号，从列引脚读入键盘扫描的信号。
set_location_assignment PIN_48 -to col
set_location_assignment PIN_46 -to col
set_location_assignment PIN_44 -to col
set_location_assignment PIN_41 -to col
set_location_assignment PIN_47 -to row
set_location_assignment PIN_45 -to row
set_location_assignment PIN_43 -to row
set_location_assignment PIN_40 -to row
列引脚col要设置弱的上拉电阻：
set_instance_assignment -name WEAK_PULL_UP_RESISTOR ON -to col
set_instance_assignment -name WEAK_PULL_UP_RESISTOR ON -to col
set_instance_assignment -name WEAK_PULL_UP_RESISTOR ON -to col
set_instance_assignment -name WEAK_PULL_UP_RESISTOR ON -to col
2. 接口板上s3-s8，分别对应“←”键、“→”键、“取消”键、“确定”键、“↑”键、“↓”键
set_location_assignment PIN_84 -to key6 # “→”键
set_location_assignment PIN_87 -to key6 # “←”键
set_location_assignment PIN_145 -to key6 # “↓”键
set_location_assignment PIN_143 -to key6 # “↑”键
set_location_assignment PIN_146 -to key6 # “确定”键
set_location_assignment PIN_144 -to key6 # “取消”键
3. 液晶LCD1602的控制信号和数据信号
set_location_assignment PIN_67 -to dout
set_location_assignment PIN_63 -to dout
set_location_assignment PIN_60 -to dout
set_location_assignment PIN_58 -to dout
set_location_assignment PIN_56 -to dout
set_location_assignment PIN_57 -to dout
set_location_assignment PIN_59 -to dout
set_location_assignment PIN_61 -to dout
set_location_assignment PIN_69 -to en
set_location_assignment PIN_75 -to rs
set_location_assignment PIN_72 -to rw
4. 其他引脚
set_location_assignment PIN_23 -to clk_50M # 50MHz时钟。
set_location_assignment PIN_74 -to alarm_sw # 开关闹钟的控制键。
set_location_assignment PIN_86 -to cntalm_sw # 开关计数器的控制键。
set_location_assignment PIN_137 -to is_manual_auto_start # 否需要整点闹铃。
set_location_assignment PIN_139 -to lazy_mode # 否需要懒人模式。
set_location_assignment PIN_142 -to is_need_alarm # 否需要整点报时。
set_location_assignment PIN_88 -to alarm_on # 发光二极管D1，亮表示开启闹钟，灭表示关闭闹钟。
set_location_assignment PIN_90 -to cntalm_on # 发光二极管D2，亮表示开启计数器闹钟，灭表示关闭计数器闹钟。
set_location_assignment PIN_112 -to key_pressed # 发光二极管D8的亮灭表示有没有按下按键，亮表示按下按键，灭表示松开按键。
set_location_assignment PIN_82 -to alarm_out # 送给蜂鸣器的信号。
set_location_assignment PIN_80 -to MAX232_R # 关闭MAX232_R的发光二极管，也可以不锁定这个引脚。
set_location_assignment PIN_76 -to MAX232_T # 关闭MAX232_T的发光二极管，也可以不锁定这个引脚。
以上是EP2C8Q208型号的FPGA学习板引脚锁定，如果板子型号也是EP2C8Q208，可以直接使用压缩包内的“clock.sof”或者“clock.jic”文件直接下载。
如果使用别的型号的板子，需要按照自己板子的情况进行引脚锁定，下载后即可使用。
最好测试一下蜂鸣器在哪些频率下声音最大，通过“tone_gen”模块分频产生2个音量最大的频率信号提供给“clock_no_PLL.bsf”模块的“ToneH”（高频率）和“ToneL”（低频率）端口。
开学一直很忙，借国庆假期，将这个数字钟的源程序整理出来跟大家分享，里边有使用状态机设计菜单的方法、4×4键盘消抖和识别、键盘连击功能、LCD1602驱动设计、以及一些其他设计技术，我想程序中肯定有很多不足的地方，本来不想拿出来献丑，但是本着相互学习的态度，还是拿出来供大家一起学习一起提高吧，希望大家指正。
还有一些功能本来也想加进去，比如说显示和设置日期和星期的功能，但是实在是太忙，一直没有把设想变成现实，希望有兴趣的同志们继续改进。^_^
因为很多功能是动态显示的，所以照片也没有照，大家可以自己编译后下载到EP2C8Q208 Amy电子FPGA学习板中体验一下，有用过的同志也可以帮忙拍几张照片传上来看看。
另外，不管这个程序被传播到哪里，请保持项目的设计者为：bluemanzyp（巨蟹座风云），这是对作者的最起码的尊重。谢谢！
带LCD1602液晶菜单显示的多功能数字时钟的功能和特点：
1. 上电1s复位功能，手动复位功能，复位会给出1s振铃信号；
2. 基本时钟计时功能；
3. 闹钟功能；
4. 计数器倒计时功能；
5. 整点报时功能；
6. 闹钟具有懒人模式功能，如果启动懒人模式，闹钟振铃每隔一分钟就响一次，如果不启动懒人模式，闹钟振铃响一分钟就停止；
7. 任意键关闭闹钟振铃功能（与懒人模式有关）；
8. 计数器自动装载功能，可实现00h:00m:15s---99h:59m:59s的循环定时振铃；
9. 计数器手动启动功能；
10. 一键启动或关闭闹钟或者计数器功能；
11. 自动检验时钟、闹钟、和计数器设置数字的正确性，不正确的数字不能被输入系统；
12. 液晶LCD1602显示，可同时查看时间和闹钟设置时间或者计数器时间；
13. 菜单设置功能，人机界面友好；
14. 30秒不操作，自动退出菜单功能；
15. 8个基本按键：“↑”、“↓”、“←”、“→”、“确定”、“取消”、“闹钟开关alarm_sw”和“计数器开关cntalm_sw”完成全部操作；
16. 可以插上4×4小键盘进行快速操作；
17. 键盘自动消抖；
18. 4×4小键盘快捷键；
19. 用4×4小键盘设置时间或闹钟或计数器数字时，正确设置一位数字后，自动移到下一位数字进行设置；
20. “↑”、“↓”键连击功能实现快速数字设定；
21. 时钟后台计时功能，查看菜单不会影响时钟计时。
22. 各种振铃声音不同，容易分辨，声音洪亮（要换成脉冲型的蜂鸣器）。
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_19/ourdev_489913.JPG
(原文件名:1.JPG)
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_19/ourdev_489914.JPG
(原文件名:2.JPG)
点击此处下载 ourdev_489915.rar(文件大小:61K) (原文件名:LCD1602多功能时钟.rar) 沙发啊 顶起来 顶 好东西，支持一下！ MARK 留个记号 mark mark mark!~ 这个是什么格式的？ 先顶在看 学习中。。。。。。。。 学习一下 {:handshake:} 没有原理图啊 lz，这么庞大的工程没用核啊，顶了 好东西，支持一下！ 不错哦，好东西 支持一下 好东西，顶一下 以前怎么没看到呢！好东西，学习了！ 强大，大神级的！ 不错！~~~~~ 有没有用数码管显示的啊》？
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