2.4GHz射频收发芯片nRF2401及其应用
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单片2.4GHz无线收发一体芯片nRF2401及其应用-------------------------------------------------------------------------------------------摘要:nRF2401是挪威Nordic公司推出的单片2.4GHz无线收发一体芯片。
它将射频、8051MCU、9通道12位ADC、外围元件、电感和滤波器全部集成到单芯片中,并采用2.4GHz频带和0.18μm工艺,可提供ShockBurst、DuoCeiver、片上CRC以及地址计算编码等功能。
文章详细介绍了nRF2401的结构特点、引脚功能和工作原理,给出了它的典型应用电路。
关键词:无线收发器;ShockBurst;DuoCeiver;nRF24011概述nRF2401无线收发一体芯片和蓝牙一样,都工作在2〃4GHz自由频段,能够在全球无线市场畅通无阻。
nRF2401支持多点间通信,最高传输速率超过1Mbit/S,而且比蓝牙具有更高的传输速度。
它采用SoC方法设计,只需少量外围元件便可组成射频收发电路。
与蓝牙不同的是,nRF2401没有复杂的通信协议,它完全对用户透明,同种产品之间可以自由通信。
更重要的是,nRF2401比蓝牙产品更便宜。
所以nRF2401是业界体积最小、功耗最少、外围元件最少的低成本射频系统级芯片。
2主要特点和引脚功能nRF2401的引脚排列如图1(顶视图)所示。
它采用5mm×5mm的24引脚QFN封装。
nRF2401的主要特点如下:●采用全球开放的2.4GHz频段,有125个频道,可满足多频及跳频需要;●速率(1Mbps)高于蓝牙,且具有高数据吞吐量;●外围元件极少,只需一个晶振和一个电阻即可设计射频电路;●发射功率和工作频率等所有工作参数可全部通过软件设置;●电源电压范围为1.9~3.6V,功耗很低;●电流消耗很小,-5dBm输出功率时的典型峰值电流为10.5mA;●芯片内部设置有专门的稳压电路,因此,使用任何电源(包括DC/DC开关电源)均有很好的通信效果;●每个芯片均可以通过软件设置最多40bit地址,而且只有收到本机地址时才会输出数据(提供一个中断指示),同时编程也很方便;●内置CRC纠检错硬件电路和协议;●采用DuoCeiver技术可同时接收两个nRF2401的数据;●采用ShockBurstTM模式时,能适用极低的功率操作和不严格的MCU执行;●带有集成增强型8051内核、9路10bitADC、UART异步串口、SPI串口和PWM输出;●内置看门狗;●无需外部SAW滤波器;●可100%RF检验;●带有数据时隙和数据时钟恢复功能。
2.4GHz无线数字音频芯片nRF24Z1及其应用1. 引言nRF24Z1是挪威Nordic半导体公司于2005年推出的单片式CD(Compact Disc,光盘)音质无线数字音频芯片,其能以24位48kHz的速度处理数字音频流。
芯片工作于2.4GHz自由频段,工作电压为2.0~3.6伏,片内集成了电压管理器,能够最大限度地抑制噪声。
nRF24Z1有I2S串行接口和S/PDIF接口(索尼/菲利浦数字接口)两种数字音频接口,I2S提供了与各种低成本的A/D(模/数转换)和D/A(数/模转换)的无缝连接,S/PDIF 接口提供了与PC和环绕设备的直接接口。
通过SPI或I2C接口来对芯片进行控制。
同时还提供了控制信息如音量,平衡,显示等双向传输的功能,是一个使用、性能、成本相结合的数字音频芯片。
可应用于CD无线耳机、无线音箱、MP3无线耳机、无线音频下载器等系统中。
2. 无线音频系统nRF24Z1能够以高达1.54Mbit/s的速率处理音频流,音频数据的输入/输出、射频协议和射频连等工作由片内的硬件完成。
图1所示为使用nRF24Z1的无线音频系统的结构框图,在该系统中,只需使用简单的或低速的微控制器或DSP(数字信号处理器)即可完成系统的控制,微控制器通常通过串行口或并行口控制一些简单的任务,如音量调节等。
图1 使用nRF24Z1的无线音频系统框图由图1可见,音频数据的传输是由一对nRF24Z1实现的,音频数据最终提供给接收端的立体声DAC(数模转换器)。
nRF24Z1的初始配置由微控制器通过SPI或I2S接口进行控制。
在接收端,外围电路如DAC的控制可以由发送端的nRF24Z1通过控制信道进行控制[1]。
如果设计中没有使用微控制器,则配置数据可以通过片外的EEPROM/FLASH存储器进行加载。
在无线音频流处理系统中,音频数据的流向总是从声源(如CD播放器)到声宿(如扬声器)。
本系统中,在声源端使用nRF24Z1进行音频数据的发送,在声宿端使用nRF24Z1进行音频数据的接收。
2.4GHz射频收发芯片nRF2401应用电路图器件配置1. 引言nRF2401是单片射频收发芯片,工作于2.4~2.5GHz ISM频段,芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块,输出功率和通信频道可通过程序进行配置。
芯片能耗非常低,以-5dBm的功率发射时,工作电流只有10.5mA,接收时工作电流只有18mA,多种低功率工作模式,节能设计更方便。
其DuoCeiverTM技术使nRF2401可以使用同一天线,同时接收两个不同频道的数据。
nRF2401适用于多种无线通信的场合,如无线数据传输系统、无线鼠标、遥控开锁、遥控玩具等。
2. 芯片结构、引脚说明2.1 芯片结构nRF2401内置地址解码器、先入先出堆栈区、解调处理器、时钟处理器、GFSK滤波器、低噪声放大器、频率合成器,功率放大器等功能模块,需要很少的外围元件,因此使用起来非常方便。
QFN24引脚封装,外形尺寸只有5×5mm。
nRF2401的功能模块如图1所示。
图2nRF2401引脚图2.2 引脚说明表1:nRF2401引脚(附:此处引脚11和12有误。
2006.6.30)3. 工作模式nRF2401有工作模式有四种:收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式。
nRF2401的工作模式由PWR_UP 、CE、TX_EN和CS三个引脚决定,详见表2。
表2:nRF2401工作模式3.1 收发模式nRF2401的收发模式有ShockBurstTM收发模式和直接收发模式两种,收发模式由器件配置字决定,具体配置将在器件配置部分详细介绍。
3.1.1 ShockBurstTM收发模式ShockBurstTM收发模式下,使用片内的先入先出堆栈区,数据低速从微控制器送入,但高速(1Mbps)发射,这样可以尽量节能,因此,使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。
与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行,这种做法有三大好处:尽量节能;低的系统费用(低速微处理器也能进行高速射频发射);数据在空中停留时间短,抗干扰性高。
2.4GHz无线数字音频芯片nRF24Z1及其应用【摘要】nRF24Z1是Nordic半导体公司推出的2.4GHz无线数字音频收发芯片。
本文介绍了用nRF24Z1组成音频系统的基本框架,详细阐述了该芯片的音频发射器、音频接收器、音频输入接口、音频输出接口、芯片控制接口和中断输出等模块的结构,分析了射频协议、射频初始化方法和跳频通信方法,并给出应用电路原理图和讲述PCB制板的经验。
在文章的最后,对全文进行了总结。
【关键词】射频,nRF24Z1,无线通信,音频,应用1. 引言nRF24Z1是挪威Nordic半导体公司于2005年推出的单片式CD(Compact Disc,光盘)音质无线数字音频芯片,其能以24位4 8kHz的速度处理数字音频流。
芯片工作于2.4GHz自由频段,工作电压为2.0~3.6伏,片内集成了电压管理器,能够最大限度地抑制噪声。
nRF24Z1有I2S串行接口和S/PDIF接口(索尼/菲利浦数字接口)两种数字音频接口,I2S提供了与各种低成本的A/ D(模/数转换)和D/A(数/模转换)的无缝连接,S/PDIF 接口提供了与PC和环绕设备的直接接口。
通过SPI或I2C接口来对芯片进行控制。
同时还提供了控制信息如音量,平衡,显示等双向传输的功能,是一个使用、性能、成本相结合的数字音频芯片。
可应用于CD无线耳机、无线音箱、MP3无线耳机、无线音频下载器等系统中。
2. 无线音频系统nRF24Z1能够以高达1.54Mbit/s的速率处理音频流,音频数据的输入/输出、射频协议和射频连接等工作由片内的硬件完成。
图1所示为使用nRF24Z1的无线音频系统的结构框图,在该系统中,只需使用简单的或低速的微控制器或DSP(数字信号处理器)即可完成系统的控制,微控制器通常通过串行口或并行口控制一些简单的任务,如音量调节等。
图1使用nRF24Z1的无线音频系统框图由图1可见,音频数据的传输是由一对nRF24Z1实现的,音频数据最终提供给接收端的立体声DAC(数模转换器)。
2.4GHz射频收发芯片nRF2401及其应用2.4GHz射频收发芯片nRF2401及其应用2.4GHz射频收发芯片nRF2401及其应用2007-01-20电子通信论文2.4GHz射频收发芯片nRF2401及其应用摘要:本文介绍了工作于2.4GHzISM频段的射频收发芯片nRF2401的芯片结构、引脚功能、工作模式、接收与发送的工作流程,详细描述了nRF2401的器件配置,给出了应用电路图,分析了PCB设计时应该注意的问题,最后对全文进行了总结。
关键词:nRF2401;射频;无线通信;收发芯片 1.引言 nRF2401是单片射频收发芯片,工作于2.4~2.5GHzISM频段,芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块,输出功率和通信频道可通过程序进行配置。
芯片能耗非常低,以-5dBm的功率发射时,工作电流只有10.5mA,接收时工作电流只有18mA,多种低功率工作模式,节能设计更方便。
其DuoCeiverTM技术使nRF2401可以使用同一天线,同时接收两个不同频道的数据。
nRF2401适用于多种无线通信的场合,如无线数据传输系统、无线鼠标、遥控开锁、遥控玩具等。
2.芯片结构、引脚说明 2.1芯片结构 nRF2401内置地址解码器、先入先出堆栈区、解调处理器、时钟处理器、GFSK滤波器、低噪声放大器、频率合成器,功率放大器等功能模块,需要很少的外围元件,因此使用起来非常方便。
QFN24引脚封装,外形尺寸只有5×5mm。
nRF2401的功能模块如图1所示。
2.2引脚说明表1:nRF2401引脚3.工作模式 nRF2401有工作模式有四种:收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式。
nRF2401的工作模式由PWR_UP、CE、TX_EN 和CS三个引脚决定,详见表2。
表2:nRF2401工作模式 3.1收发模式nRF2401的收发模式有ShockBurstTM收发模式和直接收发模式两种,收发模式由器件配置字决定,具体配置将在器件配置部分详细介绍。
nRF24L01的工作原理nRF24L01是一款低功耗、高性能的2.4GHz无线收发模块,广泛应用于无线通信领域。
它采用射频(RF)技术,能够在2.4GHz频段进行无线数据传输。
本文将详细介绍nRF24L01的工作原理。
1. 无线通信原理:无线通信是通过无线电波在空间中传播信息的一种通信方式。
nRF24L01利用射频信号进行无线通信,通过调制和解调技术实现数据的传输和接收。
2. nRF24L01的硬件结构:nRF24L01由射频前端、基带处理器和SPI接口组成。
射频前端负责射频信号的发送和接收,基带处理器负责数据的调制和解调,SPI接口用于与主控制器进行通信。
3. 工作模式:nRF24L01有两种工作模式:发送模式和接收模式。
在发送模式下,它将数据通过射频信号发送给接收端。
在接收模式下,它接收来自发送端的射频信号,并解调出原始数据。
4. 发送端工作原理:发送端首先将要发送的数据通过SPI接口发送给nRF24L01的基带处理器。
基带处理器将数据进行调制,将其转换为射频信号。
射频前端将射频信号发射出去,经过空间传播后到达接收端。
5. 接收端工作原理:接收端的射频前端接收到发送端发射的射频信号。
射频前端将射频信号经过放大和滤波处理后送给基带处理器。
基带处理器将接收到的射频信号进行解调,得到原始数据。
6. 通信协议:nRF24L01采用自己的通信协议,包括数据包格式、通信速率、信道选择等。
发送端和接收端需要使用相同的通信协议才干正常通信。
7. 功耗管理:nRF24L01具有低功耗设计,可以通过设置工作模式、发送功率和休眠模式等来控制功耗。
在不需要进行通信时,可以将nRF24L01设置为休眠模式,以节省能源。
8. 技术特点:nRF24L01具有以下技术特点:- 工作频率:2.4GHz- 通信距离:可达100米- 数据传输速率:最高2Mbps- 工作电压:1.9V至3.6V- 工作温度:-40℃至85℃9. 应用领域:nRF24L01广泛应用于无线数据传输领域,例如无线遥控、无线传感器网络、物联网等。
nrf24l01中文资料nRF24.L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz~2.5 GHz ISM频段。
内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术,其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。
nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率发射时,工作电流也只有9 mA;接收时,工作电流只有12.3 mA,多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。
nRF24L01主要特性. GFSK调制:. 硬件集成OSI链路层;. 具有自动应答和自动再发射功能;. 片内自动生成报头和CRC校验码;. 数据传输率为l Mb/s或2Mb/s;. SPI速率为0 Mb/s~10 Mb/s;. 125个频道:. 与其他nRF24系列射频器件相兼容;. QFN20引脚4 mm×4 mm封装;. 供电电压为1.9 V~3.6 V。
nrf24l01引脚功能nRF24L01的封装及引脚排列如图1所示。
各引脚功能如下:CE:使能发射或接收;CSN,SCK,MOSI,MISO:SPI引脚端,微处理器可通过此引脚配置nRF24L01:IRQ:中断标志位;VDD:电源输入端;VSS:电源地:XC2,XC1:晶体振荡器引脚;VDD_PA:为功率放大器供电,输出为1.8 V;ANT1,ANT2:天线接口;IREF:参考电流输入。
nRF24L01工作模式通过配置寄存器可将nRF241L01配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式,如表1所示。
空闲模式1主要用于降低电流损耗,在该模式下晶体振荡器仍然是工作的;空闲模式2则是在当发射堆栈为空且CE=1时发生(用在PTX设备);在空闲模式下,配置字仍然保留。
在掉电模式下电流损耗最小,同时nRF24L01也不工作,但其所有配置寄存器的值仍然保留。
4 工作原理发射数据时,首先将nRF24L01配置为发射模式:接着把地址TX_ADDR和数据TX_PLD按照时序由SPI口写入nRF24L01缓存区,TX_PLD必须在CSN为低时连续写入,而TX_ADDR在发射时写入一次即可,然后CE置为高电平并保持至少10μs,延迟130μs后发射数据;若自动应答开启,那么nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式,接收应答信号。
基于NRF2401和MSP430F149实现无线通信一、实验目的:1、掌握无线通信模块NRF2401的使用方法,学会用此模块实现数据传输;2、进一步了解MSP430F149单片机的编程语言和环境。
二、实验功能:本实验完成无线通信功能,具体是通过NRF2401实现一个发送数据一个接受数据,发送端实现0~99循环发送,接收端接受数据并显示在数码管上。
注意:由于NRF2401价格不菲且易坏,所以将此模块插入到最小系统板上的插槽时应注意师父查反,正确的方向是天线端向外,且插拔时一定要断电。
三、实验原理:NRF2401是单片射频收发一体芯片,工作于2.4—2.5GHz ISM频段,适用于多种无线通信场合,如无线遥控器、无线鼠标等,且传输数据稳定,这种无线通信解决方案适合传输距离较近的无线控制项目,它只需要和处理器配合使用便能实现可靠的数据传递。
下面详细介绍如何运用MSP430单片机控制NRF2401完成无线通信。
1、RT2411模块按照设计流程,应该是根据NRF2401的datasheet搭建硬件电路,但是为了使用方便,我们使用了模块电路RT2411,RT2411是NRF2401的典型应用电路(如图1所示),使用此模块电路的好处是我们只需要将各个引脚连到单片机对应管脚,配合正确的程序就可实现无线通信功能。
相关的两个文档是《NRF2401A..pdf》和《RT2411使用手册》,尤其要注意RT2411模块价格昂贵且容易损坏,使用前一定要认真阅读《RT2411使用手册》第二页的五个注意事项,要尽量避免由于使用不当造成芯片损坏。
图1. RT2411模块实物图(左)和原理图(右)2、实验说明和硬件连接我们将做一个简单实验,由发送机连续循环发送数字1-99,接收机接收数据并将其显示到数码管上,这样可以看到实验效果:接收机数码管上循环显示数值1-99。
发送机和接收机都是由一块MSP430F149最小系统板和一个RT2411模块组成,共需两套MSP430F149最小系统板和两个RT2411模块。
2.4GHz 射频收发芯片 nRF2401 及其应用 摘要本文介绍了工作于 24 频段的射频收发芯片 2401 的芯片结构、引 脚功能、工作模式、接收与发送的工作流程,详细描述了 2401 的器件配 置,给出了应用电路图,分析了设计时应该注意的问题,最后对全文进行 了总结。
关键词 2401;射频;无线通信;收发芯片 1 引言 2401 是单片射频收发芯片,工作于 24~25 频段,芯片内置频率合成 器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块,输出功率和通信频道 可通过程序进行配置。
芯片能耗非常低,以-5 的功率发射时,工作电流只有 105,接收时工 作电流只有 18,多种低功率工作模式,节能设计更方便。
其技术使 2401 可以使用同一天线,同时接收两个不同频道的数据。
2401 适用于多种无线通信的场合,如无线数据传输系统、无线鼠标、 遥控开锁、遥控玩具等。
2 芯片结构、引脚说明 21 芯片结构 2401 内置地址解码器、先入先出堆栈区、解调处理器、时钟处理器、 滤波器、低噪声放大器、频率合成器,功率放大器等功能模块,需要很少
的外围元件,因此使用起来非常方便。
24 引脚封装,外形尺寸只有 5×5。
2401 的功能模块如图 1 所示。
22 引脚说明 表 12401 引脚 3 工作模式 2401 有工作模式有四种收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式。
2401 的工作模式由_、、_和三个引脚决定,详见表 2。
表 22401 工作模式 31 收发模式 2401 的收发模式有收发模式和直接收发模式两种, 收发模式由器件配 置字决定,具体配置将在器件配置部分详细介绍。
311 收发模式 收发模式下, 使用片内的先入先出堆栈区, 数据低速从微控制器送入, 但高速 1 发射,这样可以尽量节能,因此,使用低速的微控制器也能得到 很高的射频数据发射速率。
与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行,这种做法有三大 好处尽量节能;低的系统费用低速微处理器也能进行高速射频发射;数据 在空中停留时间短,抗干扰性高。
2401 的技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。
在收发模式下,2401 自动处理字头和校验码。
在接收数据时,自动把字头和校验码移去。
在发送数据时,自动加上字头和校验码,当发送过程完成后,数据准 备好引脚通知微处理器数据发射完毕。
3111 发射流程 接口引脚为,1, 当微控制器有数据要发送时,其把置高,使 2401 工作; 把接收机的地址和要发送的数据按时序送入 2401; 微控制器把置低,激发 2401 进行发射; 2401 的发射 ²给射频前端供电; ²射频数据打包加字头、校验码; ²高速发射数据包; ²发射完成,2401 进入空闲状态。
3112 接收流程 接口引脚、1、1 和接收通道 1 配置本机地址和要接收的数据包大小; 进入接收状态,把置高; 200 后,2401 进入监视状态,等待数据包的到来; 当接收到正确的数据包正确的地址和校验码,2401 自动把字头、地址 和校验位移去; 2401 通过把 1 这个引脚一般引起微控制器中断置高通知微控制器; 微控制器把数据从 2401 移出; 所有数据移完,2401 把 1 置低
,此时,如果为高,则等待下一个数据包,如果为低,开始其它工作 流程。
312 直接收发模式 在直接收发模式下,2401 如传统的射频收发器一样工作。
3121 直接发送模式 接口引脚为、 当微控制器有数据要发送时,把置高; 2401 射频前端被激活; 所有的射频协议必须在微控制器程序中进行处理包括字头、地址和校 验码。
3122 直接接收模式 接口引脚为、1 和 一旦 2401 被配置为直接接收模式,引脚将根据天线接收到的信号开 始高低变化由于噪声的存在; 1 引脚也开始工作; 一旦接收到有效的字头,1 引脚和引脚将协调工作,把射频数据包以 其被发射时的数据从引脚送给微控制器; 这头必须是 8 位; 引脚 没用上,所有的地址和校验必须在微控制器内部进行。
32 配置模式 在配置模式,15 字节的配置字被送到 2401,这通过、1 和三个引脚完
成,具体的配置方法请参考本文的器件配置部分。
33 空闲模式 2401 的空闲模式是为了减小平均工作电流而设计,其最大的优点是, 实现节能的同时,缩短芯片的起动时间。
在空闲模式下,部分片内晶振仍在工作,此时的工作电流跟外部晶振 的频率有关,如外部晶振为 4 时工作电流为 12,外部晶振为 16 时工作电 流为 32。
在空闲模式下,配置字的内容保持在 2401 片内。
34 关机模式 在关机模式下,为了得到最小的工作电流,一般此时的工作电流小于 1。
关机模式下,配置字的内容也会被保持在 2401 片内,这是该模式与 断电状态最大的区别。
4 器件配置 2401 的所有配置工作都是通过、1 和三个引脚完成,把其配置为收发 模式需要 15 字节的配置字,而如把其配置为直接收发模式只需要 2 字节 的配置字。
由上文对 2401 工作模式的介绍,我们可以知道,2401 一般工作于收 发模式, 这样, 系统的程序编制会更加简单, 并且稳定性也会更高, 因此, 下文着重介绍把 2401 配置为收发模式的器件配置方法。
的配置字使 2401 能够处理射频协议,在配置完成后,在 2401 工作的 过程中,只需改变其最低一个字节中的内容,以实现接收模式和发送模式
之间切换。
的配置字可以分为以下四个部分 数据宽度声明射频数据包中数据占用的位数。
这使得 2401 能够区分接收数据包中的数据和校验码; 地址宽度声明射频数据包中地址占用的位数。
这使得 2401 能够区分地址和数据; 地址接收数据的地址,有通道 1 的地址和通道 2 的地址; 使 2401 能够生成校验码和解码。
当使用 2401 片内的技术时,要确保在配置字中校验被使能,并且发 送和接收使用相同的协议。
2401 配置字的各个位的描述如表 3 所示。
表 32401 配置字描述 在配置模式下,注意保证_引脚为高电平,引脚为低电平。
配置字从最高位开始,依次送入 2401。
在引脚的下降沿,新送入的配置字开始工作。
5 应用电路 图 2 为 2401 的应用电路,由图可知,其只需要 14 个外围元件。
2401 应用电路一般工作于 3,它可用多种低功耗微控制器进行控制。
在设计过程中,设计者可使用单鞭天线或环形天线,上图为 50 欧姆 单鞭天线的应用电路。
在使用不同的天线时,为了得到尽可能大的收发距离,电感电容的参 数应适当调整。
6 设计 设计对 2401 的整体性能影响很大,所以设计在 2401 收发系统的开发 过程中主要的工作之一,在设计时,必须考虑到各种电磁干扰,注意调整 电阻、电容和电感的位置,特别要注意电容的位置。
2401 的一般都是双层板,底层一般不放置元件,为地层,顶层的空余 地方一般都敷上铜,这些敷铜通过过孔与底层的地相连。
直流电源及电源滤波电容尽量靠近引脚。
2401 的供电电源应通过电容隔开,这样有利于给 2401 提供稳定的电 源。
在中,尽量多打一些通孔,使顶层和底层的地能够充分接触。
7 结束语 2401 通过收发模式进行无线数据发送,收发可靠,其外形尺寸小,需 要的外围元器件也少,因此,使用方便,在工业控制、消费电子等各个领 域都具有广阔的应用前景。
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