低频函数波形发生器(中国矿业大学电子综合设计)
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2）、键盘功能实现
3）、频率的改变
4)、幅值的改变
五、总结
为期7周的电子设计任务终于结束了，期间有汗水有喜悦，更多的是失望懊恼，但是当看到自己千亲万苦做出来的成品时那些痛苦和成功的喜悦比起来就显得那么的微不足道了。回顾这次设计任务，收获颇丰，总结起来有以下几点：
首先通过这次电子综合设计，温故了焊接排版技术，对于Proteus软件的认识也有了进一步的加深，在实验过程中对于书本上的一些理论知识也有了实际上的认识。
方案二：C8051F005单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与8051兼容的微控制器内核，与MCS-51指令集完全兼容。除了具有标准8052的数字外设部件，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件，而且执行速度快。但其价格较贵。
以上两种方案综合考虑，选择方案一。
以上两种方案综合考虑，选择方案二。
2.2工作原理
数字信号可以通过D/A转换器转换成模拟信号，因此可通过产生数字信号再转换成模拟信号的方法来获得所需要的波形。89C51单片机本身就是一个完整的微型计算机，具有组成微型计算机的各部分部件：中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行通讯接口等，只要将89C51再配置键盘及、数模转换及波形输出、放大电路等部分，即可构成所需的波形发生器，其信号发生器构成系统框图如下图所示。
方案一：采用模拟电路搭建函数信号发生器，它可以同时产生方波、三角波、正弦波、锯齿波。但是这种模块产生的不能产生任意的波形（例如梯形波），并且频率调节很不方便。
方案二：采用AT89C51单片机和DAC0832数模转换器生成波形，加上一个低通滤波器，生成的波形比较纯净。它的特点是可产生任意波形，频率容易调节，频率能达到设计的500HZ以上。性能高，在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少。
33pF
2
5
电容
15uF
1
6
晶振
12M
1
7
单片机
AT89S51
1
8
DA转换器
DAC0832
1
9
运放
OP07CP
1
10
按键
SW-PB
4
11
拨码开关
DIPSW-8
1
2、总电路图
3、PCB图
4、实物图
5、程序清单
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0100H
MAIN: JNB P1.0,P10
JNB P1.1,P11
LJMP TC3
N11: MOV R7,#01H
LJMP TC3
N12: MOV R7,#02H
LJMP TC3
SSIN: CJNE R7,#03H,TC3
MOV R0,#00H
K30: MOV A,R0
MOV DPTR,#TAB
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
INC R0
MOV P2,#0FFH
图中独立键盘引出的四根线分别接单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3，另一端接地。各开关的功能如图所示。
3.1.4 波形调幅调频模块的设计
通过调节RV1来调节波形的幅值，往左移时幅值增大，往右移时幅值减小。
通过DSW1来调节波形的频率，往上移动时降低频率，往下时增大频率。
3.2系统软件设计
本系统采用AT89C51单片机，用编程的方法来产生四种波形，并通过编程来切换四种波形。
中断系统是使处理器具有对外界异步事件的处理能力而设置的。当中央处理器CPU正在处理某件事的时候外界发生了紧急事件，要求CPU暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件。
在波形发生器中，用两个开光直接与外部中断0和外部中断1的管脚相连，其中S1开光用来改变波形，S2开光用来改变频率。在程序主函数中，我们写了个死循环一直输出一个默认的波形，当S1或S2按下又抬起时，程序会暂时跳出死循环，进入中断处理程序，从而对波形和频率进行改变。
INC R0
CJNE R0,#255,K10
LJMP SAW
TC1: RET
TRI: JNB P1.0,N7
JNB P1.1,N8
JNB P1.3,N9
LJMP TTRI
N7: MOV R7,#00H
LJMP TC2
N8: MOV R7,#01H
LJMP TC2
N9: MOV R7,#03H
LJMP TC2
LJMP TC1
N5: MOV R7,#02H
LJMP TC1
N6: MOV R7,#03H
LJMP TC1
SSAW: CJNE R7,#01H,TC1
MOV R0,#0FFH
K10:
MOV P0,R0
MOV P2,#0FFH
MOV A,P2
CPL A
MOV R3,A
L10: DEC R3
CJNE R3,#255,L10
DB 0A0H,0A2H,0A4H,0A6H,0A8H,0AAH,0ABH,0ADH,0AFH,0B1H,0B2H,0B4H,0B6H,0B7H,0B9H,0BAH
DB 0BCH,0BDH,0BFH,0C0H,0C1H,0C3H,0C4H,0C5H,0C6H,0C8H,0C9H,0CAH,0CBH,0CCH,0CDH,0CEH
电子技术综合设计
总结报告
姓名：
学号：
专业与班级：
设计题目：低频函数波形发生器
时间：2011～2012学年第（1）学期
指导教师：成 绩：日 期：
摘要：
本系统利用单片机AT89C51采用程序设计方法产生锯齿波、三角波、正弦波、方波四种波形，再通过D/A转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来，能产生0.1Hz—1kHz的波形。通过键盘来控制四种波形的类型选择、拨码开关控制频率的变化，系统大致包括信号发生部分、数/模转换部分两部分，其中尤其对数/模转换部分和波形产生和变化部分进行详细论述。
MOV A,P2
CPL A
MOV R3,A
L01: DEC R3
CJNE R3,#255,L01
INC R0
INC R0
CJNE R0,#254,K01
LJMP SQU
TC0: RET
SAW: JNB P1.0,N4
JNB P1.2,N5
JNB P1.3,N6
LJMP SSAW
N4: MOV R7,#00H
JNB P1.2,P12
JNB P1.3,P13
LJMP MAIN
P10: MOV R7,#00H
LCALL SQU
LJMP MAIN
P11: MOV R7,#01H
LCALL SAW
LJMP MAIN
P12: MOV R7,#02H
LCALL TRI
LJMP MAIN
P13: MOV R7,#03H
MOV A,P2
CPL A
MOV R3,A
L30: DEC R3
CJNE R3,#255,L30
CJNE R0,#255,K30
LJMP SIN
TC3: RET
TAB: DB 80H,82H,84H,86H,88H,8AH,8CH,8EH,90H,92H,94H,96H,98H,9AH,9CH,9EH
系统方框图
89C51是整个波形发生器的核心部分，通过程序的编写和执行，产生各种各样的信号，并从键盘接收数据，进行各种功能的转换和信号幅度的调节。当数字信号电路到达转换电路，将其转换成模拟信号也就是所需要的输出波形。
三、电路设计
3.1.1主控电路
设计中主要采用AT89C51型单片机，它具有如下优点：（1）拥有完善的外部扩展总线，通过这些总线可方便地扩展外围单元、外围接口等。（2）该单片机内部拥有4K字节的FLASH ROM程序存储器空间和256字节的RAM数据存储空间，完全可以满足程序的要求。由于该芯片可电擦写，故可重复使用。如果更改程序内容，可将芯片拿下重新烧写。（3）该单片机与工业标准的MCS－51型机的指令集和输出引脚兼容。
波 形 产 生 电 路
如上图所示，单片机的P0口连接DAC0832的八位数据输入端，DAC0832的输出端接放大器，经过放大后输出所要的波形。DAC0832的为八位数据并行输入的，其结构图如下：
DAC0832的内部结构
3.1.3按键模块的设计
由于本系统所用按键少，所以采用独立键盘，其连接电路图如下：
LCALL SIN
LJMP MAIN
SQU: JNB P1.1,N1
JNB P1.2,N2
JNB P1.3,N3
LJMP SSQU
N1: MOV R7,#01H
LJMP TC0
N2: MOV R7,#02H
LJMP TC0
N3: MOV R7,#03H
LJMP TC0
SSQU: CJNE R7,#00H,TC0
时钟电路。由于频率较大时，三角波、正弦波、方波等波中每一点延时时间为几微秒，故延时时间还要加上指令时间即可得到指定频率的波形，该电路用11.0592MHz晶振。
主控电路图
3.1.2 波形产生模块设计
由单片机采用编程方法产生四种波形、通过D/A转换模块DAC0832在进过滤波放大之后输出。其电路图如下：
TTRI: CJNE R7,#02H,TC2
MOV R0,#00H
K20:
MOV P0,R0
MOV P2,#0FFH
MOቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ A,P2
CPL A
MOV R3,A
L20: DEC R3
CJNE R3,#255,L20
INC R0
INC R0
CJNE R0,#254,K20
K21:
MOV P0,R0
MOV P2,#0FFH
2.1.3 键盘方案论证
方案一：矩阵式键盘。矩阵式键盘的按键触点接于由行、列母线构成的矩阵电路的交叉处。当键盘上没有键闭合时，所有的行和列线都断开，行线都呈高电平。当某一个键闭合时，该键所对应的行线和列线被短路。
方案二：独立式键盘。独立式键盘具有硬件与软件相对简单的特点，其缺点是按键数量较多时，要占用大量口线。
其次通过这次电子综合设计也让我们意识到实验过程中注重细节的重要性。比如引脚的锁定，参数的设置等等。往往我们的失败就因为一个参数的设定出错而导致实验波形的错误。
设计制作过程中，我们分工明确、共同努力，虽然我们之间有过分歧有过争吵，但是目的只有一个——做好此次的电子综合设计。
现在回想起来，过程比什么都重要，纵是这个过程中有过苦涩、失望、无奈，但我们也收获了欢笑、喜悦。毕竟，我们真真切切地走过……
MOV A,P2
CPL A
MOV R3,A
L21: DEC R3
CJNE R3,#255,L21
DEC R0
DEC R0
CJNE R0,#0,K21
LJMP TRI
TC2: RET
SIN: JNB P1.0,N10
JNB P1.1,N11
JNB P1.2,N12
LJMP SSIN
N10: MOV R7,#00H
MOV R0,#00H
K00:
MOV P0,#0FFH
MOV P2,#0FFH
MOV A,P2
CPL A
MOV R3,A
L00: DEC R3
CJNE R3,#255,L00
INC R0
INC R0
CJNE R0,#254,K00
MOV R0,#00H
K01:
MOV P0,#00H
MOV P2,#0FFH
参考文献：
[1]胡汉才编著单片机原理及其接口技术（第3版）清华大学出版社，2010
[2]袁小平主编电子技术综合设计教程机械工业出版社出版社，2008
[3]康华光主编电子技术基础模拟部分（第五版）高的教育出版社，2006
附录：
1、元器件
序号
备注名称
型号
数量
1
电阻
1k
1
2
微调电阻
1K
1
3
阻排
1k
2
4
电容
关键词:低频信号发生器;单片机;D /A转换;
一、课题任务
设计题目：低频函数波形发生器
任务要求：波形：三角波、正弦波、方波、锯齿波，频率：0.1Hz～1KHz，控制方式：能选择不同的波形，并且能显示出当前产生的波形的频率值。输入电压：-5V～+5V。
二、系统概述
2.1方案论证和比较
2.1.1总体方案：
具体功能有：（1）各个波形的切换；（2）各种参数的设定；（3）通过滑动变阻器来改变波形幅值的大小；（4）通过拨码开关来改变波形的频率。
四、系统调试及结果分析
4.1Proteus仿真波形：
（1）方波：
（2）锯齿波：
（3）三角波：
（4）正弦波
4.2仿真结果分析
各项指标均达到要求。
1）、产生正弦波、方波、三角波，锯齿波基本实现
经比较，方案二既可满足课程设计的基本要求又能充分发挥其优势，电路简单，易控制，性价比高，所以采用该方案.
2.1.2单片机的选择论证
方案一：AT89C51单片机是一种高性能8位单片微型计算机。它把构成计算机的中央处理器CPU、存储器、寄存器、I/O接口制作在一块集成电路芯片中，从而构成较为完整的计算机、而且其价格便宜。
DB 0CEH,0CFH,0D0H,0D1H,0D1H,0D2H,0D2H,0D3H,0D3H,0D4H,0D4H,0D4H,0D4H,0D5H,0D5H,0D5H
3）、频率的改变
4)、幅值的改变
五、总结
为期7周的电子设计任务终于结束了，期间有汗水有喜悦，更多的是失望懊恼，但是当看到自己千亲万苦做出来的成品时那些痛苦和成功的喜悦比起来就显得那么的微不足道了。回顾这次设计任务，收获颇丰，总结起来有以下几点：
首先通过这次电子综合设计，温故了焊接排版技术，对于Proteus软件的认识也有了进一步的加深，在实验过程中对于书本上的一些理论知识也有了实际上的认识。
方案二：C8051F005单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与8051兼容的微控制器内核，与MCS-51指令集完全兼容。除了具有标准8052的数字外设部件，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件，而且执行速度快。但其价格较贵。
以上两种方案综合考虑，选择方案一。
以上两种方案综合考虑，选择方案二。
2.2工作原理
数字信号可以通过D/A转换器转换成模拟信号，因此可通过产生数字信号再转换成模拟信号的方法来获得所需要的波形。89C51单片机本身就是一个完整的微型计算机，具有组成微型计算机的各部分部件：中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行通讯接口等，只要将89C51再配置键盘及、数模转换及波形输出、放大电路等部分，即可构成所需的波形发生器，其信号发生器构成系统框图如下图所示。
方案一：采用模拟电路搭建函数信号发生器，它可以同时产生方波、三角波、正弦波、锯齿波。但是这种模块产生的不能产生任意的波形（例如梯形波），并且频率调节很不方便。
方案二：采用AT89C51单片机和DAC0832数模转换器生成波形，加上一个低通滤波器，生成的波形比较纯净。它的特点是可产生任意波形，频率容易调节，频率能达到设计的500HZ以上。性能高，在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少。
33pF
2
5
电容
15uF
1
6
晶振
12M
1
7
单片机
AT89S51
1
8
DA转换器
DAC0832
1
9
运放
OP07CP
1
10
按键
SW-PB
4
11
拨码开关
DIPSW-8
1
2、总电路图
3、PCB图
4、实物图
5、程序清单
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0100H
MAIN: JNB P1.0,P10
JNB P1.1,P11
LJMP TC3
N11: MOV R7,#01H
LJMP TC3
N12: MOV R7,#02H
LJMP TC3
SSIN: CJNE R7,#03H,TC3
MOV R0,#00H
K30: MOV A,R0
MOV DPTR,#TAB
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
INC R0
MOV P2,#0FFH
图中独立键盘引出的四根线分别接单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3，另一端接地。各开关的功能如图所示。
3.1.4 波形调幅调频模块的设计
通过调节RV1来调节波形的幅值，往左移时幅值增大，往右移时幅值减小。
通过DSW1来调节波形的频率，往上移动时降低频率，往下时增大频率。
3.2系统软件设计
本系统采用AT89C51单片机，用编程的方法来产生四种波形，并通过编程来切换四种波形。
中断系统是使处理器具有对外界异步事件的处理能力而设置的。当中央处理器CPU正在处理某件事的时候外界发生了紧急事件，要求CPU暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件。
在波形发生器中，用两个开光直接与外部中断0和外部中断1的管脚相连，其中S1开光用来改变波形，S2开光用来改变频率。在程序主函数中，我们写了个死循环一直输出一个默认的波形，当S1或S2按下又抬起时，程序会暂时跳出死循环，进入中断处理程序，从而对波形和频率进行改变。
INC R0
CJNE R0,#255,K10
LJMP SAW
TC1: RET
TRI: JNB P1.0,N7
JNB P1.1,N8
JNB P1.3,N9
LJMP TTRI
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LJMP TC2
N8: MOV R7,#01H
LJMP TC2
N9: MOV R7,#03H
LJMP TC2
LJMP TC1
N5: MOV R7,#02H
LJMP TC1
N6: MOV R7,#03H
LJMP TC1
SSAW: CJNE R7,#01H,TC1
MOV R0,#0FFH
K10:
MOV P0,R0
MOV P2,#0FFH
MOV A,P2
CPL A
MOV R3,A
L10: DEC R3
CJNE R3,#255,L10
DB 0A0H,0A2H,0A4H,0A6H,0A8H,0AAH,0ABH,0ADH,0AFH,0B1H,0B2H,0B4H,0B6H,0B7H,0B9H,0BAH
DB 0BCH,0BDH,0BFH,0C0H,0C1H,0C3H,0C4H,0C5H,0C6H,0C8H,0C9H,0CAH,0CBH,0CCH,0CDH,0CEH
电子技术综合设计
总结报告
姓名：
学号：
专业与班级：
设计题目：低频函数波形发生器
时间：2011～2012学年第（1）学期
指导教师：成 绩：日 期：
摘要：
本系统利用单片机AT89C51采用程序设计方法产生锯齿波、三角波、正弦波、方波四种波形，再通过D/A转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来，能产生0.1Hz—1kHz的波形。通过键盘来控制四种波形的类型选择、拨码开关控制频率的变化，系统大致包括信号发生部分、数/模转换部分两部分，其中尤其对数/模转换部分和波形产生和变化部分进行详细论述。
MOV A,P2
CPL A
MOV R3,A
L01: DEC R3
CJNE R3,#255,L01
INC R0
INC R0
CJNE R0,#254,K01
LJMP SQU
TC0: RET
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JNB P1.2,N5
JNB P1.3,N6
LJMP SSAW
N4: MOV R7,#00H
JNB P1.2,P12
JNB P1.3,P13
LJMP MAIN
P10: MOV R7,#00H
LCALL SQU
LJMP MAIN
P11: MOV R7,#01H
LCALL SAW
LJMP MAIN
P12: MOV R7,#02H
LCALL TRI
LJMP MAIN
P13: MOV R7,#03H
MOV A,P2
CPL A
MOV R3,A
L30: DEC R3
CJNE R3,#255,L30
CJNE R0,#255,K30
LJMP SIN
TC3: RET
TAB: DB 80H,82H,84H,86H,88H,8AH,8CH,8EH,90H,92H,94H,96H,98H,9AH,9CH,9EH
系统方框图
89C51是整个波形发生器的核心部分，通过程序的编写和执行，产生各种各样的信号，并从键盘接收数据，进行各种功能的转换和信号幅度的调节。当数字信号电路到达转换电路，将其转换成模拟信号也就是所需要的输出波形。
三、电路设计
3.1.1主控电路
设计中主要采用AT89C51型单片机，它具有如下优点：（1）拥有完善的外部扩展总线，通过这些总线可方便地扩展外围单元、外围接口等。（2）该单片机内部拥有4K字节的FLASH ROM程序存储器空间和256字节的RAM数据存储空间，完全可以满足程序的要求。由于该芯片可电擦写，故可重复使用。如果更改程序内容，可将芯片拿下重新烧写。（3）该单片机与工业标准的MCS－51型机的指令集和输出引脚兼容。
波 形 产 生 电 路
如上图所示，单片机的P0口连接DAC0832的八位数据输入端，DAC0832的输出端接放大器，经过放大后输出所要的波形。DAC0832的为八位数据并行输入的，其结构图如下：
DAC0832的内部结构
3.1.3按键模块的设计
由于本系统所用按键少，所以采用独立键盘，其连接电路图如下：
LCALL SIN
LJMP MAIN
SQU: JNB P1.1,N1
JNB P1.2,N2
JNB P1.3,N3
LJMP SSQU
N1: MOV R7,#01H
LJMP TC0
N2: MOV R7,#02H
LJMP TC0
N3: MOV R7,#03H
LJMP TC0
SSQU: CJNE R7,#00H,TC0
时钟电路。由于频率较大时，三角波、正弦波、方波等波中每一点延时时间为几微秒，故延时时间还要加上指令时间即可得到指定频率的波形，该电路用11.0592MHz晶振。
主控电路图
3.1.2 波形产生模块设计
由单片机采用编程方法产生四种波形、通过D/A转换模块DAC0832在进过滤波放大之后输出。其电路图如下：
TTRI: CJNE R7,#02H,TC2
MOV R0,#00H
K20:
MOV P0,R0
MOV P2,#0FFH
MOቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ A,P2
CPL A
MOV R3,A
L20: DEC R3
CJNE R3,#255,L20
INC R0
INC R0
CJNE R0,#254,K20
K21:
MOV P0,R0
MOV P2,#0FFH
2.1.3 键盘方案论证
方案一：矩阵式键盘。矩阵式键盘的按键触点接于由行、列母线构成的矩阵电路的交叉处。当键盘上没有键闭合时，所有的行和列线都断开，行线都呈高电平。当某一个键闭合时，该键所对应的行线和列线被短路。
方案二：独立式键盘。独立式键盘具有硬件与软件相对简单的特点，其缺点是按键数量较多时，要占用大量口线。
其次通过这次电子综合设计也让我们意识到实验过程中注重细节的重要性。比如引脚的锁定，参数的设置等等。往往我们的失败就因为一个参数的设定出错而导致实验波形的错误。
设计制作过程中，我们分工明确、共同努力，虽然我们之间有过分歧有过争吵，但是目的只有一个——做好此次的电子综合设计。
现在回想起来，过程比什么都重要，纵是这个过程中有过苦涩、失望、无奈，但我们也收获了欢笑、喜悦。毕竟，我们真真切切地走过……
MOV A,P2
CPL A
MOV R3,A
L21: DEC R3
CJNE R3,#255,L21
DEC R0
DEC R0
CJNE R0,#0,K21
LJMP TRI
TC2: RET
SIN: JNB P1.0,N10
JNB P1.1,N11
JNB P1.2,N12
LJMP SSIN
N10: MOV R7,#00H
MOV R0,#00H
K00:
MOV P0,#0FFH
MOV P2,#0FFH
MOV A,P2
CPL A
MOV R3,A
L00: DEC R3
CJNE R3,#255,L00
INC R0
INC R0
CJNE R0,#254,K00
MOV R0,#00H
K01:
MOV P0,#00H
MOV P2,#0FFH
参考文献：
[1]胡汉才编著单片机原理及其接口技术（第3版）清华大学出版社，2010
[2]袁小平主编电子技术综合设计教程机械工业出版社出版社，2008
[3]康华光主编电子技术基础模拟部分（第五版）高的教育出版社，2006
附录：
1、元器件
序号
备注名称
型号
数量
1
电阻
1k
1
2
微调电阻
1K
1
3
阻排
1k
2
4
电容
关键词:低频信号发生器;单片机;D /A转换;
一、课题任务
设计题目：低频函数波形发生器
任务要求：波形：三角波、正弦波、方波、锯齿波，频率：0.1Hz～1KHz，控制方式：能选择不同的波形，并且能显示出当前产生的波形的频率值。输入电压：-5V～+5V。
二、系统概述
2.1方案论证和比较
2.1.1总体方案：
具体功能有：（1）各个波形的切换；（2）各种参数的设定；（3）通过滑动变阻器来改变波形幅值的大小；（4）通过拨码开关来改变波形的频率。
四、系统调试及结果分析
4.1Proteus仿真波形：
（1）方波：
（2）锯齿波：
（3）三角波：
（4）正弦波
4.2仿真结果分析
各项指标均达到要求。
1）、产生正弦波、方波、三角波，锯齿波基本实现
经比较，方案二既可满足课程设计的基本要求又能充分发挥其优势，电路简单，易控制，性价比高，所以采用该方案.
2.1.2单片机的选择论证
方案一：AT89C51单片机是一种高性能8位单片微型计算机。它把构成计算机的中央处理器CPU、存储器、寄存器、I/O接口制作在一块集成电路芯片中，从而构成较为完整的计算机、而且其价格便宜。
DB 0CEH,0CFH,0D0H,0D1H,0D1H,0D2H,0D2H,0D3H,0D3H,0D4H,0D4H,0D4H,0D4H,0D5H,0D5H,0D5H