“計(jì)算機(jī)組成原理”是計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門核心課程。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)是在指令格式、尋址方式、運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器等都相對固定的情況下進(jìn)行，學(xué)生主要進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證，缺少自主設(shè)計(jì)和創(chuàng)新過程。 為改變這種狀況，須更新現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。采用FPGA芯片作為載體，使用EDA開發(fā)工具，用硬件描述語言實(shí)現(xiàn)不同的硬件邏輯，再與硬件的輸入輸出接口線路相連，最終組成一臺(tái)可用于組成實(shí)驗(yàn)教學(xué)的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這期間學(xué)生將掌握組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的各個(gè)部件的功能及其相互之間如何協(xié)作。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠讓學(xué)生完成有關(guān)計(jì)算機(jī)組成原理的部件實(shí)驗(yàn)和整機(jī)實(shí)驗(yàn)：部件實(shí)驗(yàn)包括加法器、乘法器、除法器、算術(shù)邏輯運(yùn)算單元、控制器、存儲(chǔ)器等；整機(jī)實(shí)驗(yàn)可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)各部件的功能描述。該系統(tǒng)能夠幫助學(xué)生鞏固課堂知識(shí)并增強(qiáng)設(shè)計(jì)能力。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，依據(jù)EDA技術(shù)的開發(fā)流程和方法，建立了一個(gè)完整的體系，其中包括控制模塊、內(nèi)存模塊、運(yùn)算器模塊、通用寄存器組及其控制部件、程序計(jì)數(shù)器、地址寄存器、指令寄存器、時(shí)序部件、數(shù)據(jù)控制部件、狀態(tài)值控制部件，以及為幫學(xué)生調(diào)試而專門設(shè)計(jì)的輸出觀察部件。在Quartus Ⅱ開發(fā)環(huán)境下，使用Altera公司FPGA芯片，采用VHDL，語言設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了上述模塊。經(jīng)過仿真測試，所實(shí)現(xiàn)的各功能模塊作為獨(dú)立部件時(shí)能完成各自功能：而將這些部件組合起來的整機(jī)系統(tǒng)，可以執(zhí)行程序段和進(jìn)行各種運(yùn)算處理，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
標(biāo)簽： FPGA 計(jì)算機(jī)組成原理 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-06-01
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隨著以太網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度已經(jīng)由最初的10M發(fā)展到現(xiàn)在的10,000M。用可編程邏輯器件(FPGA)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)控制器與其它SOC系統(tǒng)的互連成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。本文闡述了MAC層的FPGA設(shè)計(jì)、仿真及測試；介紹了整個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、模塊劃分，并對各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了詳細(xì)闡述，接著介紹了開發(fā)環(huán)境和驗(yàn)證工具，同時(shí)給出測試方案、驗(yàn)證數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)結(jié)果及時(shí)序仿真波形圖。 對MAC層的主要功能模塊如:發(fā)送模塊、接收模塊、MAC流程控制模塊、寄存器模塊、MⅡ接口模塊和主機(jī)接口模塊以及CRC，CSMA/CD，HASH表等算法給出了基于FPGA及硬件描述語言的解決方法。 本課題針對以下三個(gè)方面進(jìn)行了研究并取得一定的成果: 1)FPGA開發(fā)平臺(tái)的硬件實(shí)現(xiàn)。選用Xilinx公司的XC3S1000-FT256-4-C和ATMEL公司的ARM9200作為測試的核心器件，采用LXT971芯片作為物理層芯片，AT91RM9200作為數(shù)據(jù)輸入源和雙blockram作為幀緩存搭建FPGA硬件驗(yàn)證開發(fā)平臺(tái)。 2)基于FPGA實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)控制器。用VerilogHDL語言構(gòu)建以太網(wǎng)控制器，實(shí)現(xiàn)CSMA/CD協(xié)議、10M/100M自適應(yīng)以及與物理層MⅡ接口等。 3)采用片上系統(tǒng)通用的WS接口。目的是便于與具有通用接口的片上系統(tǒng)互連，也為構(gòu)建SOC上處理器提供條件。 本論文實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于WS總線接口可裁減的以太網(wǎng)MAC控制器IP軟核，為設(shè)計(jì)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的以太網(wǎng)MAC控制器積累了經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，為與其它WS接口的控制器實(shí)現(xiàn)直接互連創(chuàng)造了條件，對高層次設(shè)計(jì)這一先進(jìn)ASIC設(shè)計(jì)方法也有了較為深入的認(rèn)識(shí)。
標(biāo)簽： 10M100M FPGA 以太網(wǎng)控制器
上傳時(shí)間： 2013-07-17
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目前對數(shù)字化音頻處理的具體實(shí)現(xiàn)主要集中在以DSP或?qū)Ｓ肁SIC芯片為核心的處理平臺(tái)的開發(fā)方面，存在著并行處理性能差，系統(tǒng)升級和在線配置不靈活等缺點(diǎn)。另一方面現(xiàn)有解決方案的設(shè)計(jì)主要集中于處理器芯片，而對于音頻編解碼芯片的關(guān)注度較低，而且沒有提出過從芯片層到PCB板層的完整設(shè)計(jì)思路。本文針對上述問題對數(shù)字化音頻處理平臺(tái)進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容包括： 1、提出了基于FPGA的通用音頻處理平臺(tái)，該方案有別于現(xiàn)有的基于MCU、DSP和其它專用ASIC芯片的方案，論證了基于FPGA的音頻處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)工作流程，并對嵌入式音頻處理系統(tǒng)專門進(jìn)行了研究。 2、提出了從芯片層到PCB板層的完整設(shè)計(jì)思路，并將設(shè)計(jì)思路得以實(shí)現(xiàn)。完成了FPGA的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過程，包括：系統(tǒng)整體分析，設(shè)計(jì)流程分析，配置模塊和數(shù)據(jù)通信模塊的RTL實(shí)現(xiàn)等；解決了FPGA與音頻編解碼芯片TLV320AIC23B之間接口不匹配問題；給出配置和數(shù)據(jù)通信模塊的功能方框圖；從多個(gè)角度完善PCB板設(shè)計(jì)，給出了各個(gè)系統(tǒng)組成部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案和硬件電路原理圖，并附有PCB圖。 3、建立了實(shí)驗(yàn)和分析環(huán)境，完成了各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)和分析工作，主要包括：PCB板信號完整性分析和優(yōu)化，F(xiàn)PGA系統(tǒng)中各個(gè)功能模塊的實(shí)驗(yàn)與分析等。實(shí)驗(yàn)和分析結(jié)果論證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和實(shí)用性。 本文的研究與實(shí)現(xiàn)工作通過實(shí)驗(yàn)和分析得到了驗(yàn)證。結(jié)果表明，本文提出的由FPGA和音頻編解碼芯片TLV320AIC23B組成的數(shù)字化音頻處理系統(tǒng)完全可以實(shí)現(xiàn)音頻信號的數(shù)字化處理，從而可以將FPGA在數(shù)字信號處理領(lǐng)域的優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮于音頻信號處理領(lǐng)域。
標(biāo)簽： FPGA 通用數(shù)字 處理平臺(tái)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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視頻監(jiān)控一直是人們關(guān)注的應(yīng)用技術(shù)熱點(diǎn)之一，它以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富而被廣泛用于在電視臺(tái)、銀行、商場等場合。在視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)中，經(jīng)常需要對多路視頻信號進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如果每一路視頻信號都占用一個(gè)監(jiān)視器屏幕，則會(huì)大大增加系統(tǒng)成本。視頻圖像畫面分割器主要功能是完成多路視頻信號合成一路在監(jiān)視器顯示，是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分。 傳統(tǒng)的基于分立數(shù)字邏輯電路甚至DSP芯片設(shè)計(jì)的畫面分割器的體積較大且成本較高。為此，本文介紹了一種基于FPGA技術(shù)的視頻圖像畫面分割器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 本文對視頻圖像畫面分割技術(shù)進(jìn)行了分析，完成了基于ITU-RBT.656視頻數(shù)據(jù)格式的畫面分割方法設(shè)計(jì)；系統(tǒng)采用Xilinx公司的FPGA作為核心控制器，設(shè)計(jì)了視頻圖像畫面分割器的硬件電路，該電路在FPGA中，將數(shù)字電路集成在一起，電路結(jié)構(gòu)簡潔，具有較好的穩(wěn)定性和靈活性；在硬件電路平臺(tái)基礎(chǔ)上，以四路視頻圖像分割為例，完成了I2C總線接口模塊，異步FIFO模塊，有效視頻圖像數(shù)據(jù)提取模塊，圖像存儲(chǔ)控制模塊和圖像合成模塊的設(shè)計(jì)，首先，由攝像頭采集四路模擬視頻信號，經(jīng)視頻解碼芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻圖像信號后送入異步FIFO緩沖。然后，根據(jù)畫面分割需要進(jìn)行視頻圖像數(shù)據(jù)抽取，并將抽取的視頻圖像數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則存儲(chǔ)到圖像存儲(chǔ)器。最后，按照數(shù)字視頻圖像的數(shù)據(jù)格式，將四路視頻圖像合成一路編碼輸出，實(shí)現(xiàn)了四路視頻圖像分割的功能。從而驗(yàn)證了電路設(shè)計(jì)和分割方法的正確性。 本文通過由FPGA實(shí)現(xiàn)多路視頻圖像的采集、存儲(chǔ)和合成等邏輯控制功能，I2C總線對兩片視頻解碼器進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置等方法，實(shí)現(xiàn)四路視頻圖像的輪流采集、存儲(chǔ)和圖像的合成，提高了系統(tǒng)集成度，并可根據(jù)系統(tǒng)需要修改設(shè)計(jì)和進(jìn)一步擴(kuò)展功能，同時(shí)提高了系統(tǒng)的靈活性。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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本文將高效數(shù)字調(diào)制方式QAM和軟件無線電技術(shù)相結(jié)合，在大規(guī)模可編程邏輯器件FPGA上對16QAM算法實(shí)現(xiàn)。在當(dāng)今頻譜資源日趨緊缺的情況下有很大現(xiàn)實(shí)意義。 論文對16QAM軟件實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)理論，帶通采樣理論、變速率數(shù)字信號處理相關(guān)抽取內(nèi)插技術(shù)做了推導(dǎo)和分析；深入研究了軟件無線電核心技術(shù)數(shù)字下變頻原理和其實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)；對CIC、半帶等高效數(shù)字濾波器原理結(jié)構(gòu)和性能作了研究；16QAM調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用自項(xiàng)向下設(shè)計(jì)思想；采用硬件描述語言VerilogHDL在EDA工具QuartusII環(huán)境下實(shí)現(xiàn)代碼輸入；對系統(tǒng)調(diào)試采用了算法仿真和在系統(tǒng)實(shí)測調(diào)試相結(jié)合方法。 論文首先對16QAM調(diào)制解調(diào)算法進(jìn)行系統(tǒng)級仿真，并對實(shí)現(xiàn)的各模塊的可行性仿真驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上，完成了調(diào)制端16QAM信號的時(shí)鐘分頻模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊、星座映射、8倍零值內(nèi)插、低通濾波以及FPGA和AD9857接口等模塊；解調(diào)器主要完成帶通采樣、16倍CIC抽取濾波，升余弦滾降濾波，以及16QAM解碼等模塊，實(shí)現(xiàn)了16QAM調(diào)制器；給出了中頻信號時(shí)域測試波形和頻譜圖。本系統(tǒng)在200KHz帶寬下實(shí)現(xiàn)了512Kbps的高速數(shù)據(jù)數(shù)率傳輸。論文還對增強(qiáng)型數(shù)字鎖相環(huán)EPLL的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究和性能分析。
上傳時(shí)間： 2013-07-10
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本文研究了基于Nios Ⅱ的FPGA-CPU調(diào)試技術(shù)。論文研究了NiosⅡ嵌入式軟核處理器的特性；實(shí)現(xiàn)了以Nios Ⅱ嵌入式處理器為核心的FPGA-CPU調(diào)試系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)；對兩種不同類型的FPGA-CPU進(jìn)行了實(shí)際調(diào)試，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。 在硬件方面，為了控制和檢測FPGA-CPU，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了FPGA-CPU的控制電路、FPGA-CPU的內(nèi)部通用寄存器組掃描電路、存儲(chǔ)器電路等；完成了各種外圍設(shè)備接口的設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)了調(diào)試系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。 在軟件方面，設(shè)計(jì)了調(diào)試監(jiān)控軟件，完成了對FPGA-CPU運(yùn)行的控制和信號狀態(tài)的監(jiān)測。這些信號包括地址和數(shù)據(jù)總線以及各種寄存器的數(shù)據(jù)等；實(shí)現(xiàn)了多種模式下的FPGA-CPU調(diào)試支持單時(shí)鐘調(diào)試、單步調(diào)試和軟件斷點(diǎn)多種調(diào)試模式。此外，設(shè)計(jì)了專用的編譯軟件，實(shí)現(xiàn)了基于不同指令系統(tǒng)的偽匯編程序編譯，提高了調(diào)試效率。 本文作者在實(shí)現(xiàn)了FPGA-CPU調(diào)試系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對兩種指令系統(tǒng)不同、結(jié)構(gòu)迥異的FPGA-CPU進(jìn)行實(shí)際調(diào)試。調(diào)試結(jié)果表明，這種基于IP核的可復(fù)用設(shè)計(jì)技術(shù)，能夠在一個(gè)FPGA芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)調(diào)試系統(tǒng)和FPGA-CPU的無縫連接，能夠有效地調(diào)試FPGA-CPU。
標(biāo)簽： FPGACPU Nios 調(diào)試
上傳時(shí)間： 2013-08-04
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在數(shù)字電視系統(tǒng)中，MPEG-2編碼復(fù)用器是系統(tǒng)傳輸?shù)暮诵沫h(huán)節(jié)，所有的節(jié)目、數(shù)據(jù)以及各種增值服務(wù)都是通過復(fù)用打包成傳輸流傳輸出去。目前，只有少數(shù)公司掌握復(fù)用器的核心算法技術(shù)，能夠采用MPEG-2可變碼率統(tǒng)計(jì)復(fù)用方法提高帶寬利用率，保證高質(zhì)量圖像傳輸。由于目前正處廣播電視全面向數(shù)字化過渡期間，市場潛力巨大，因此對復(fù)用器的研究開發(fā)非常重要。本文針對復(fù)用器及其接口技術(shù)進(jìn)行研究并設(shè)計(jì)出成形產(chǎn)品。 文中首先對MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)及NIOS Ⅱ軟核進(jìn)行分析。重點(diǎn)研究了復(fù)用器中的部分關(guān)鍵技術(shù)：PSI信息提取及重構(gòu)算法、PID映射方法、PCR校正及CRC校驗(yàn)算法，給出了實(shí)現(xiàn)方法，并通過了硬件驗(yàn)證。然后對復(fù)用器中主要用到的AsI接口和DS3接口進(jìn)行了分析與研究，給出了設(shè)計(jì)方法，并通過了硬件驗(yàn)證。 本文的主要工作如下： ●首先對復(fù)用器整體功能進(jìn)行詳細(xì)分析，并劃分軟硬件各自需要完成的功能。給出復(fù)用器的整體方案以及ASI接口和DS3接口設(shè)計(jì)方案。 ●在FPGA上采用c語言實(shí)現(xiàn)了PSI信息提取與重構(gòu)算法。 ●給出了實(shí)現(xiàn)快速的PID映射方法，并根據(jù)FPGA特點(diǎn)給出一種新的PID映射方法，減少了邏輯資源的使用，提高了穩(wěn)定性。 ●采用Verilog設(shè)計(jì)了SI信息提取與重構(gòu)的硬件平臺(tái)，并用c語言實(shí)現(xiàn)了SDT表的提取與重構(gòu)算法，在FPGA中成功實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存空間。 ●在FPGA上實(shí)現(xiàn)了．ASI接口，主要分析了位同步的實(shí)現(xiàn)過程，實(shí)現(xiàn)了一種新的快速實(shí)現(xiàn)字節(jié)同步的設(shè)計(jì)。 ●在FPGA上實(shí)現(xiàn)了DS3接口，提出并實(shí)現(xiàn)了一種兼容式DS3接口設(shè)計(jì)。并對幀同步設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。 ●完成部分PCB版圖設(shè)計(jì)，并進(jìn)行調(diào)試監(jiān)測。 本復(fù)用器設(shè)計(jì)最大特點(diǎn)是將軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行合理劃分，硬件平臺(tái)及接口采用Verilog語言實(shí)現(xiàn)，PSI信息算法主要采用c語言實(shí)現(xiàn)。這種軟硬件的劃分使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活，且軟件設(shè)計(jì)與硬件設(shè)計(jì)可同時(shí)進(jìn)行，極大的提高了工作效率。 整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用verilog和c兩種語言完成，采用Altera公司的FPGA芯片EP1C20，在Quartus和NIOS IDE兩種設(shè)計(jì)平臺(tái)下設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)此方案已經(jīng)開發(fā)出兩臺(tái)帶有ASI和DS3接口的數(shù)字電視TS流復(fù)用器，經(jīng)測試達(dá)到了預(yù)期的性能和技術(shù)指標(biāo)。
上傳時(shí)間： 2013-08-03
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擴(kuò)頻通信系統(tǒng)與常規(guī)的通信系統(tǒng)相比，具有很強(qiáng)的抗窄帶干擾，抗多徑干擾，抗人為干擾的能力，并具有信息隱蔽、多址保密通信等優(yōu)點(diǎn)。在近年來得到了迅速的發(fā)展。本論文主要討論和實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的直接序列擴(kuò)頻信號的解擴(kuò)解調(diào)處理。論文對該直擴(kuò)通信系統(tǒng)和FPGA設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了相關(guān)研究，最后用Altera公司的最新的FPGA開發(fā)平臺(tái)Quarus Ⅱ5.0實(shí)現(xiàn)了相關(guān)設(shè)計(jì)。 整個(gè)系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，發(fā)送部分和接收部分。發(fā)送部分主要有串并轉(zhuǎn)換、差分卷積編碼、PN碼擴(kuò)頻、QPSK調(diào)制、成型濾波等模塊。接收部分主要有前端抗干擾、數(shù)字下變頻、解擴(kuò)解調(diào)等模塊。 論文首先介紹了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的特點(diǎn)以及相關(guān)技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并介紹了本論文的研究思路和內(nèi)容。 然后，論文分析了幾種常用的窄帶干擾抑制、載波同步及PN碼同步算法，結(jié)合實(shí)際需要，設(shè)計(jì)了一種零中頻DSSS解調(diào)解擴(kuò)方案。給出了抗窄帶干擾、PN碼捕獲及跟蹤以及載波同步的算法分析，采用了基于數(shù)字外差調(diào)制的自適應(yīng)陷波器來進(jìn)行前端窄帶干擾抑制處理，用基于自適應(yīng)門限技術(shù)的滑動(dòng)相關(guān)捕獲和分時(shí)復(fù)用單相關(guān)器跟蹤來改善PN碼同步的性能，用基于硬判決的COSTAS(科斯塔斯)環(huán)來減少載波提取的算法復(fù)雜度，用改進(jìn)型CORDIC算法實(shí)現(xiàn)NCO來方便的進(jìn)行擴(kuò)展。 接著，論文給出了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和發(fā)送及接受子系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊的實(shí)現(xiàn)分析以及在Quartus Ⅱ5.0上的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，給出了仿真結(jié)果。 然后論文介紹了整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和它在真實(shí)系統(tǒng)中連機(jī)調(diào)試所得到的測試結(jié)果，結(jié)果表明該系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定，靈活性好，生產(chǎn)調(diào)試容易，體積小，便于升級等特點(diǎn)并且達(dá)到課題各項(xiàng)指標(biāo)的要求。 最后是對論文工作的一些總結(jié)和對今后工作的展望。
標(biāo)簽： FPGA 調(diào)制解調(diào)器
上傳時(shí)間： 2013-05-23
上傳用戶：磊子226
針對目前增量式光電編碼器辨向計(jì)數(shù)電路脈沖或抖動(dòng)干擾抑制能力差的問題，提出了一種基于有限狀態(tài)機(jī)的編碼器接口電路設(shè)計(jì)方案，并給出了硬件實(shí)
上傳時(shí)間： 2013-05-21
上傳用戶：michael52
：準(zhǔn)確地在線測量直流母線電壓、電流及輸出的三相電流信號，是設(shè)計(jì)高性能 變頻器產(chǎn)品的必備條件之一，本文通過對電壓、電流檢測方案比較、分析，提供了設(shè)計(jì) 變頻器中具有很好參考價(jià)值的幾種實(shí)用電路，并給出了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
上傳時(shí)間： 2013-07-21
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