56-学生简易保险箱密码系统设计【毕业论文+程序】【全套资料】
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1 目 录 摘要 . 引言 2 保险箱 简介 2 保险箱 的发展趋势 2 本设计所要实现的目 标 4 2 设计方案的选择 5 方案一：采用数字电路控制 5 方案二：采用以单片机为核心的控制方案 5 3 系统总体设计和 主要元器件介绍 错误 !未定义书签。 设计原理 6 主要元器件介绍 4 4 系统硬件构成 电路总体构成 12 电源输入部分 12 键盘输入部分 14 复位部分 错误 !未定义书签。 晶振 部位 18 密码储存 部分 错误 !未定义书签。 显示部分 17 报警部分 21 开锁部分 22 5 系统软件设计 21 6 系统抗干扰措施 . 24 7 结 论 25 参考文献： 26 附录一 错误 !未定义书签。 2 附录二 . 录三 38 3 学生 简易保险箱密码系统设计 摘要 ：随着经济的发展电子产品的价格也迅速降低，学生 ， 尤其是在校大学生的电子产品也日益增多，但是物品的保管也是个问题，在我校就经常有学生手机，笔记本，数码相机等电子产品丢失也时有发生， 如何实现 防盗这一问题也变的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单， 安全性能低，无法满足人们的需要。 本设计从经济实用的角度出发，用美国 司的单片机 为主控芯片与数据存储器单元， 结合键盘输入、报警、显示、开锁等电路，用汇编语言编写程序，设计了一款可以更 改密码具有报警功能的密码箱 。 关键词 ： 密码箱 ； 数码产品 ； 学生 ； of in is a in my a a of is of of of s 2as a in an a we 4 1 引言 保险箱简介 保险箱 是一种通过 密码输入来控制电路工作，从而控制机械开关的 合闭 ，完成开锁、闭锁的产品。它的种类很多，有简易的电路 电子 产品，也有基于 单片机控制 的性价比较高的产品。现在应用较广的 保险箱 是以芯片为核心，通过 用户编程来实现的。其安全性已大大超过了机械锁 。其特点如下： 1) 保密性好 ， 远远大于弹子锁。 2) 密码可 随用户 变 动， 用户可以 随时 更改密码，防止密码 泄露 ，同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降。 3) 误码输入保护 ， 当输入密码 发生 多次错误时， 自动启动 报警系统。 4) 操作简单，一学即会。 保险箱的发展趋势 在日常 生活，工作中，单位的文件档案、一些个人资料的保存多以加锁的方法来解决。 目前门锁主要用弹子锁，其钥匙容易丢失；保险箱主要用电子密码锁，其结构较为复杂，精度要求高，成本高，且易出现故障， 使用极不方便，且钥匙丢失后开锁业不便安全性即大打折扣。 针对这些锁具给人们带来的不便 若使用机械式钥匙开锁，为满足人们的使用要求，增加安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。它的出现也为人们的生活带来了方便，有很广阔的前景。由于电子器件所限，以前开发的密码锁，其种类不多，保密不高，最基本的是只依靠简单的模拟电子开关来完成的，但密码简 单，易破解。随着元件的进一步发展，密码锁也出现了很多的种类，功能日益强大，使用更方便，安全保密性更好，从以前的单密码输入发展到现在的密码加感应元件，实现了真正的电子加密，用户只有密码或电子钥匙中的一样，是无法开锁的，随着元件的发展及人们对保密性要求的提高出现了越来越多的电子密码锁。 本设计所要实现的目标 5 本设计采用单片机为芯片，结合外围的电路，组成电子密码系统，用户想要打开锁，必需通过提供的键盘键入正确的密码才能把锁打开，密码输入如果错有误就有提示，为了提高安全性能，当密码输入错误三次将报警。 2 设计方案的选择 方案一：采用数字电路控制 用以 74设了 9个用户输入键，其中只有 4个是有效的密码按键，其它的都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入的密码无效，需要重新输入；如果用户输入密码的时间超过 10秒（一般情况下，用户不会超过 10秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警 20 秒，若电路连续报警三次，电路将锁定键盘 2分钟，防止他人的非法操作。 采用数字电路设计的方案好处就是设计简单但控制的准确性和灵活性差。 故不采用 方案二：采用以单片机为核心的控制方案 由于单片机种类繁多，各种型号都有其一定的应用环境，因此在选用时要多加比较，合理选择，以期获得最佳的性价比。一般来说在选取单片机时从下面几个方面考虑：性能、存储器、运行速度、 I/O 口、定时 /计数器、串行接口、模拟电路功能、工作电压、功耗、封装形式、抗干扰性、保密性，除了以上的一些的还有一些最基本的比如：中断源的数量和优先级、工作温度范围、有没有低电压检测功能、单片机内有无时钟振荡器、有无上电复位功能等。在开发过程中单片机还受到：开发工具、编程器、开发成 本、开发人员的适应性、技术支持和服务等等因素。 基于以上因素本设计选用单片机 用单片机灵活的编程设计和丰富的 I/其控制的准确性，实现基本的密码锁功能 。在单片机的外围电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制，外接 接 用户需要开锁时，先按键盘开锁键之后按键盘的数字键 0 9 输入密码。密码输完后按下确认键，如果密码输入正确则开锁，不正确显示密码错误重新输入密码，当三次密码错误则发出报警；当用户需要 修改密码时，先按下键盘设置键后输入 6 原来的密码，只有当输入的原密码正确后才能设置新密码。新密码输入无误后按确认键使新密码将得到存储，密码修改成功。 可以看出方案二控制灵活准确性好且保密性强还具有扩展功能，根据现实生活的需要此次设计采用此方案。 3 系统总体设计和 主要元器件介绍 设计原理 本系统共有两部分构成，即硬件部分与软件部分。其中硬件部分由电源输入部分、键盘输入部分、密码存储部分、复位部分、晶振部分、显示部分、报警部分、开锁部分组成，软件部分对应的由主程序、初始化程序、 盘 扫描程序、启动程序、关闭程序、建功能程序、密码设置程序、 原理框图如图 3 图 3码系统原理框图 主要元器件介绍 一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（ 盘输入 复位电路 密码存储电路 晶振电路 电源 显示电路 报警电路 开锁电路 7 低电压，高性能 称单片机。该器件采用 工业标准的 令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 闪烁存储器组合在单个芯片中， 一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一 种方便的选择。 1 主要特性： 8031 容 4K 字节可编程 寿命： 1000写 /擦循环 ) 全静态工作： 0 三级程序存储器保密锁定 128*8 位内部 32 条可编程 I/ 两个 16位定时器 /计数器 6个中断源 可编程串行通道 看门狗（ 电路 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 8 图 3片引脚图 2 引脚功能简介 源地端。 芯片系统时钟的反相放大器输入端。 统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一 20小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。 重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间， 得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址 0000 英文 缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作 ，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部 执行程序。因此在 8031 及 8032中， 为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至 8751 内部 以利用此引脚来输入 21 9 英文 缩写，表示地址锁存器启用信号。 位锁存器（如 74将端口 0的地址总线（ 进锁存器中，因为 时在程序执行时 ，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录 8751程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。 为 缩写，其意为程序储存启用，当 8051被设成为读取外部程序代码工作模式时（ ），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到 以利用 别启用存在外部的 得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用 64 端口 0是一个 8位宽的开路汲极（ 向输出入端口，共有 8个位， ， ，依此类推。其他三个 I/不具有此电路组态，而是内部有一提升电路， 。如果当 取用外部程序代码或数据存储器）， 数据总线（ 设计者必须外加一锁存器将端口 0送出的地址栓锁住成为配合端口 2所送出的 6位地址总线，而定址到 64 端口 2是具有内部提升电路的双向 I/O 端口，每一个引脚可以推动 4 个 将端口 2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。 ，若是在 提供地址总线的高字节 个时候 。 端口 1也是具有内部提升电路的双向 I/O 端口，其输出缓冲器可以推动 4个 样地若将端口 1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。如果是使用 8052 或是 8032的话， 当做定时器 2的外部脉冲输入脚，而 2能，可以做外部中断输入的触发脚位。 10 端口 3也具有内部提升电路的双向 I/O 端口，其输出缓冲器可以推动 4个 时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器 内容的读取或写入控制等功能。 其引脚分配如下： 行通信输入。 行通信输出。 部中断 0输入。 部中断 1输入。 时计数器 0输入。 时计数器 1输入。 部数据存储器的写入信号。 部数据存储器的读取信号。 存储 芯片 2 内部含有 256个 8位字节，上减少了器件的功耗。 6字节页写缓冲器。该器件通过 一个专门的写保护功能。 管脚配置如图 3 3管脚描述： 串行时钟：串行时钟输入管脚用于产生器件所有数据发送或接收的时钟这是一个输入管脚。 11 串行数据 /地址：双向串行数据 /地址管脚用于器件所有数据的发送或接收 一个开漏输出管脚可与其它开漏输出 或集电极开路输出进行线或。 器件地址输入端：当使用 24最大可级联 8个器件，如果只有一个 24三个地址输入脚 果 脚连接到 有的内容都被写保护只能读当 管脚连接到 悬空 ,允许器件进行正常的读 /写操作。 、 图 3 电路接线图 图中 1、 2、 3脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址。在 8脚和第 4脚分别为正、负电源。第 5脚输出，数据通过这条双向 6 脚 7脚需要接地。 24写入或读出一个数据字 节后，该地址寄存器自动加 1，以实现对下一个存储单元的读写。所有字节均以单一操作方式读取。为降低总的写入时间，一次操作可写入多达 8个字节的数据。 现在的字符型液晶模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、 12 液晶显示器。发光管和 硬件都比较简单，在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点： 1602 型 示模块具有体积小，功耗低，显示质量高等特点。 1602 型 以显示 2 行 16个字符，有 8位数据总线 7 和 R/W， 个控制端口，工作电压为 5V，并且具有字符对比度调节和背光功能。 1 接口信号说明 1602用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表 3 表 3号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 源地 9 据 2 源正极 10 据 3 晶显示偏压 11 据 4 据 /命令选择 12 据 5 R/W 读 /写选择 13 据 6 E 使能信号 14 据 7 据 15 光源正极 8 据 16 光源负极 2 主要技术参数 1602型 表 31602型 显示容量 16字符 芯片工作电压 作电流 模块最佳工作电压 符尺 寸 XH)13 3 基本操作程序 读状态 输入 ， R/W=H， E=H 输出 态字 写指令 输入 ， R/W=L， 令码， E=高脉冲 输出 无 读数据 输入 ， R/W=H， E=H 输出 据 写数据 输入 ， R/W=L， 据， E=高脉冲 输出 无 晶体振荡器 石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方 位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。只要在晶体振子板极上施加交变电压，就会使晶片产生机械变形振动，此现象即所谓逆压电效应。当外加电压频率等于晶体谐振器的固有频率时，就会发生压电谐振，从而导致机械变形的振幅突然增大。 一种集振动和位移检 测于一身的全方位固态控制器件，是目前做为报警和状态检测的最佳选择，传感部分采用目前最先进的固态加速度检测器件，既对振动和很高的检测灵敏度，有对周围环境的声音信号抑制，具有很强的抗干扰能力，可广泛应用于机动车，保险柜，库房门窗等场合的防盗装置中，器件的内部均含有专用的控制芯片，应用非常方便，可直接带动小功率负载，用一只三极管进行电流放大后，即可驱动继电器或报警器。由于 不存在机械疲劳，灵敏度降低，误触发和受环境湿度温度影响等不良现象，具有很好的一致性，器件根据控制芯片的不同分为以下两种型号： 点：可调灵敏度和输出延时长短。 14 点：超微功耗 1 ，脚距： 脚功能见表 1，内部示意见图 2，在器件检测到振动信号时，能够输出直流电压信号，经外部元件电流放大后，即可驱动报警器或继电器，并受内部定时器控制，具有报警一段时间后自动复位功能。 ，应用 见图 3。 4 系统 硬件 构成 电路总体构成 在确定了选用什么型号的单片机后，就要确定在外围电路，其外围电路包括入部 分，键盘输入部分，复位部分，密码存储部分，晶振部分，显示部分，报警部分，开锁部分组成，根据实际情况键盘输入部分选择 4*4矩阵键盘，显示部分选择字符型液晶显示 码存储部分选用 原理图如图 4附录 2（大图） ： 引脚 功能 1 负极 2 悬空 3 输出 4 延时设定 5 正极 表 1 15 1 2 3 4 5 6i t l eN um be r R e vi s i o nS iz a t e : 31 - M a y - 2 01 0 S h e e t F il e : D : P r og r a m F i le s D e s E x pl or e r 99 S E E xa m p l e s 总电路图 BD r a w n B y: 2 4C 02V C 2 2 34 5 6 78 9 开锁 清空启动 关闭 设置 确认320 H 11 0D B 1D B 2D B 3D B 4D B 5D B 6D B 7B G V C G N D 1 60200714. 7 3P T / V P R X T X I N T 0P I N T 1P T 0P T 1P W R A L 2X T A L 1G E E / P R O / V P c 8 9S 5 - 1图 4路原理图 源输入部分 为了防止停电情况的发生，本电路后备了 包括市电供电电路，停电检测电路，电子开关切换电路，蓄电池充电电路和蓄电池组成。电源电路图如图 4 图 4电供电电路 220V 市电通过变压器降压成 12V 的交流电 ,再经过整流桥整流 ,7805 稳压到5于本电路功耗较少，所以选用 10 16 由 成电压比较器，正常情况下， V+出高电平，由 成的达林顿管 使继电器 J 开启，将其常开触电将蓄电池和电路相连，实现市电和蓄电池供电的切换，保证电子密码锁的正常工作（视电池容量而定持续时间）。其电路图如下图 4 图 4成的蓄电池自动充电电路，它在电池充满后自动停止充电，其中 电池电压低，则 现对其充电；充满后， 止充电，同时路中 作用是滤除干扰信号。其电路图如图 4 17 图 4电池自动充电电路 键盘输入部分 由于设计所用到的按键数量多而不适合用独立键盘。采用的是矩阵按键键盘，它由 行线和列线组成，也称行列式键盘，按键位于行列的交叉点上，与独立式按键键盘相比，要节省很多 I/设计中使用的这个 4乘 4键盘不但能完成密码的输入还能作特别功能键使用，比如清空显示功能等。键盘的每个按键功能在程序设计中设置。其大体功能及与单片机引脚接法如图 4 图 4盘输入原理图 18 位部位 单片机复位是使 从这个状态开始工作，例如复位后 0000H，使单片机从第 个单元取指令。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位 。在复位期间（即 部程序存储器读选通信号 位电路常采用上电自动复位和开关手动复位两种。上电复位，是指单片机只要一上电，便自动地进入复位状态。手动复位，是直通过接通一按钮开关，使单片机进入复位状态。通常的设计都是 手动复位和上电复位组合在一起。关于参数的选定，应保证复位高电平持续时间 (即正脉冲宽度 )大于 2个机器周期。本设计采用的晶体频率为 12取 C=10=理图如 4 图 4晶振部分 2、 连接。晶振、电容 为反馈、放大元件）构成了电容三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频率及电容 接石英晶体时，电容值常选为 30主要由晶振频率决定，范围在 0 33容 19 30据实际情况，本设计中采用 12容取值为 30原理图如 4 图 4码存储部分 图 4、 2、 3脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址。在 5脚和第 8脚分别为正、负电源。第 8脚 输出，数据通过这条双向 I 6脚 6脚接 写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加 1，以实现对下一个存储单元的读写。所有字节均以单一操作方式读取。为降低总的写入时间，一次操作可写入多达 8个字节的数据。 原理图如 4 20 图 4显示部分 由液晶显示器 。开锁时，按下键盘上的开锁按键后，利用键盘上的数字键 0到 9输入密码，按下一个键后在显示器上显示一个*。当密码输入完成时，按下确认键，如果输入的密码正确的话， 单片机其中 三极管 磁铁吸合，继电器开关跳转，保险箱被打开，如果密码不正确， 险箱不能打开。通过 以清楚地判断出密码锁所处的状态。其显示部分引脚接口如图 4 21 图 4示电路原理图 警部分 报警部分由密码错误报警部分和外部震动报警部分组成。密码错误报警部分由陶瓷压电发声装置及外围电路组成，加电后不发声，当有键按下时，“叮”声，每按一下，发声一次，密码正确时，不发声直接开锁，当密码输入错误时，单片机的 极管 虑到安全因素，本设计还添加了外围震动报警电路，当箱体受 到外围的敲打或其他外力过大时能自动报警。如图 4 22 图 4警电路原理图 开锁部分 开锁控制电路的功能是当输入正确的密码后将锁打开。系统使用单片机其中一引脚线发出信号，经三极管放大后，由继电器驱动电磁阀动作将锁打开。用户通过键盘任意设置密码，并储存在 只有用户操作键盘时，单片机的电源端才能得到 3则单片机处于节电工作方式。开锁步骤如下：首先按下键盘上的开锁按键，然后利用键盘上的数字键 0 9输入密码，最后按下确认键。当用户输入一密码后，单片机自动识码，如果识码不符，则报警。只有当识码正确，单片机才能控制电子锁内的微型继电器吸台。当继电器吸台以后带动锁杆伸缩，这时，锁勾在弹簧的作用下弹起，完成本次开锁。开锁以后，单片机自动清除掉由用户输人的这个密码。如图 4 23 图 4锁电路原理图 24 5 系统软件设计 本系统软件设计由主程序、初始化程序、键功能程序、密码设置程序、延时程序等组成。主要程序设计流程图如下所示： 图 5主程序流程图 开始 初始化 键盘扫描 启动程序 键盘扫描 键功能程序 结束 关闭程序 25 图 5码设置流程 图 设置程序 初始化 按下设置键 输旧密码 确认程序 所输入旧密码正确？ 输新密码 确认程序 设置成功 输入次数加 1 次数 3? 报警程序 N Y N Y 返回 确认程序 再次输新密码 两次新密码输入相同？ N Y 26 图 5开锁流程图 初始化 按开锁键 输入密码 确认程序 所输入密码正确？ Y 开锁成功 开锁程序 输入次数加 1 次数 3? 报警程序 返回 N Y N 27 6 系统抗干扰措施 硬件方面的抗干扰措施主要包括： (1)在系统弱电部分电源人口处对地跨接一个 220 1系统内部各芯片的电源端对地跨接一个 0 01去电源中高低次谐波成份。 (2)采用屏蔽和接地技术。使干扰源产生的电磁干扰降至最小。 (3)合理设计 路，精心选择、安装元器件，充分利用看门狗定时器功能，提高硬件系统的抗干扰能力。 软件方面的抗干扰措施有： (1)采取“指令冗余”措施在一些对程序流向起关键作用的指令 (如 或某些对系统工作状态起至关重要的指令 (如前插入两条“ 令，保证程序正确流向，防止程序“跑飞”。(2)采用“软件陷阱”技术在未使用的中断向量区安排“软件陷阱”，以及合理地分区存放各程序模块，在相邻两个程序模块的存储空间中空出适当的存储单元，并在这些单元中填充 0在各种数据表格、散转表格的 最后。安排“软件陷阱”。通过这些“软件陷阱”实时捕捉程序，防止程序“跑飞”。 28 7 结论 在着手本次毕业设计时，通过查阅 网络与图书馆搜集到的资料，再加上指导老师指点，结合生活中对保险箱 的功能特性要求，设计出了这一套 保险箱密码 系统的主要硬件结构和软件结构，基本完成了课题的要求。不过由于了解的专业知识尚浅，对课题的研究经验的不足，使得在技术的解决与运用上显得粗糙了一些，特别是功能按键的设定 及程序的编写 。所幸该系统能基本上完成一个电子密码锁应有的功能特性：开锁提示 ，输错报警，密码修改 ,掉电存储。本系统用的是 6位密码输入，有 106种密码输入方案，相较于机械锁具，防盗能力已经相当不俗。这个系统软硬件设计简单，易于开发，成本较低，安全可靠，操作方便。 本次设计的保险箱 是以手动键盘输入密码的，通过段时间对电子密码锁的研究学习，发觉这种密码输入 方式可以进行改革。在越来越高科技化的今天， 今后的电子密码锁应该具有以红外技术或无线电技术为辅助的密码按键输入远程交互技术，这样就能远程输入密码完成操作。也可以放弃传统的按键输入密码模式，借助传感器技术运用声控来实现密码输入，又或者人脸识 别技术，还有一种就是用户指纹输入方式，这些都可以使开锁的时间更短更方便。电子密码锁产业将向静态功耗更低 ,外围电路更简化，可提供的功能或控制口更多，更人性化高科技化的方向发展。 在这大学的最后一页里，我要感谢的人很多，首先要感谢我的指导李玉生老师，在整个毕业设计过程中，李 老师多次询问研究 进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。李 老师一丝不苟的作风，严谨求实的 态度，踏踏实实的精神，深深地感动了我，当我遇到难题无从下手时，李 老师总能给予我中肯的意见，我从心底 里感谢他 。还要感谢的是我们各课任 课老师，没有你们的谆谆教诲，就没有我们学有所长的今天。当然，还要感谢寝室的兄 弟们在我完成论文的过程中给予我的帮助和鼓励，也是他们陪我度过这四 年的生活。最后要感谢的就是我的父母，谢谢你们对我的支持。 现在即将挥别我的学校、老师、同学，还有我的大学生活，虽然依依不舍，但是对未来的路，我充满了信心。最后，感谢在大学期间认识我和我认识的所有人，有你们伴随，才有我大学生活的丰富多彩，绚丽多姿。 29 参考文献： 1 周志敏，周继海， 用技术 应用与维护 M. 人民邮电出版社， 2003. 2 王千、实用电 子电路大全 M2001， 3 胡乾斌，李光斌，李玲，喻红，单片微型计算机原理与应用 M中科技大学出版社， 1996. 4 李华、 M1993. 5 彭为、单片机典型系统设计实例精讲 M子工业出版社， 2006. 6 潘永雄、新编单片机原理与应用 M安电子科技大学出版社，
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