本文以研究嵌入式微處理器為主，自主地設(shè)計(jì)了能夠運(yùn)行MCS-51系列單片機(jī)指令的MCU系統(tǒng)。系統(tǒng)采用了VHDL 語言與原理框圖的綜合設(shè)計(jì)方法，并且在Altera公司的FPGA上通過驗(yàn)證。論文深入地研究了微處理器的指令系統(tǒng)和數(shù)據(jù)地址通路，采用VHDL 語言完成了取指單元，指令譯碼器單元，存儲器單元和邏輯運(yùn)算單元的電路模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；研究了控制單元的實(shí)現(xiàn)方法和基于全局狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)理論，采用硬件描述語言完成了對各個控制線的相關(guān)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。論文通過原理示意圖和示例代碼的演示，著重介紹了指令譯碼器的實(shí)現(xiàn)方式，基于此種方式形成的譯碼電路還能夠?qū)崿F(xiàn)更為復(fù)雜的CISC指令。 本系統(tǒng)采用分模塊的設(shè)計(jì)方式，把具有相同功能的邏輯電路集中到一個框圖里，使得系統(tǒng)的可移植性大大地提高。系統(tǒng)還采用層次框圖的設(shè)計(jì)方式，把明顯地具有主從關(guān)系的電路放在不同的層次里，這也使得系統(tǒng)模塊功能的可擴(kuò)展性大大地增強(qiáng)。內(nèi)部邏輯共分為數(shù)據(jù)存儲器模塊；程序存儲器模塊；時序控制模塊；特殊功能寄存器模塊和Core核心模塊這五個部分，文中對各個模塊的設(shè)計(jì)作了詳細(xì)的介紹。本文在最后對已實(shí)現(xiàn)的部分典型指令進(jìn)行了邏輯仿真測試，測試結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的MCU系統(tǒng)能夠如預(yù)期地執(zhí)行相應(yīng)的指令。在指令執(zhí)行的過程中，相應(yīng)寄存器和總線上的值也均符合設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。
上傳時間： 2013-06-05
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基于微處理器的數(shù)字PID控制器改變了傳統(tǒng)模擬PID控制器參數(shù)整定不靈活的問題。但是常規(guī)微處理器容易在環(huán)境惡劣的情況下出現(xiàn)程序跑飛的問題，如果實(shí)現(xiàn)PID軟算法的微處理器因?yàn)閺?qiáng)干擾或其他原因而出現(xiàn)故障，會引起輸出值的大幅度變化或停止響應(yīng)。而FPGA的應(yīng)用可以從本質(zhì)上解決這個問題。因此，利用FPGA開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能控制器算法的芯片化，使之能夠廣泛的用于各種場合，具有很大的應(yīng)用意義。 首先分析FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，總結(jié)FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)及開發(fā)流程，指出實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低設(shè)計(jì)難度，是擴(kuò)展設(shè)計(jì)功能、提高芯片性能和產(chǎn)品性價比的關(guān)鍵。控制系統(tǒng)由四個模塊組成，主要包括核心控制器模塊、輸入輸出模塊以及人機(jī)接口。其中控制器部分為系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。在分析FPGA設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)類型和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出一種基于FPGA改進(jìn)型并行結(jié)構(gòu)的PID溫度控制器設(shè)計(jì)方法。在PID算法與FPGA的運(yùn)算器邏輯映像過程中，采用將補(bǔ)碼的加法器代替減法器設(shè)計(jì)，增加整數(shù)運(yùn)算結(jié)果的位擴(kuò)展處理，進(jìn)行不同數(shù)據(jù)類型的整數(shù)歸一化等不同角度的處理方法融合為一體，可以有效地減少邏輯運(yùn)算部件。應(yīng)用Ouartus Ⅱ圖形輸入與Verilog HDL語言相結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了PID控制器，用Modelsim仿真驗(yàn)證了設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性，用Synplify Pro進(jìn)行電路綜合，在Quaitus Ⅱ軟件中實(shí)現(xiàn)布局布線，最后生成FPGA的編程文件。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，論文設(shè)計(jì)完成了12位模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)顯示器、按鍵等相關(guān)外圍接口電路。 將一階、純滯后、大慣性電阻爐溫作為控制對象，以EP1C3T144 FPGA為核心，構(gòu)建PID控制系統(tǒng)。在采用Pt100溫度傳感器、分辨率為2℃、最大溫度控制范圍0～400℃的條件下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，達(dá)到無超調(diào)的穩(wěn)定控制要求，為降低FPGA實(shí)現(xiàn)PID控制器的設(shè)計(jì)難度提供了有效的方法。
上傳時間： 2013-05-24
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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，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)可同時進(jìn)行，極大的提高了工作效率。 整個項(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)平臺下設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)此方案已經(jīng)開發(fā)出兩臺帶有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)。
上傳時間： 2013-06-10
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測試儀廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的各個領(lǐng)域，是科研和生產(chǎn)不可或缺的重要裝備之一。其工作原理是由信號發(fā)生裝置向被測對象發(fā)送激勵信號，同時由信號采集與處理裝置通過傳感器采集被測對象的響應(yīng)信號，并送到上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。本文研究采用靈活的現(xiàn)場可編程邏輯陣列FPGA為核心，協(xié)調(diào)整個儀器的運(yùn)轉(zhuǎn)，并采用先進(jìn)的USB總線技術(shù)，將信號發(fā)生、信號采集與處理有機(jī)地集成為一體的多功能測試儀。 本文的第一章介紹了測試儀及其研究應(yīng)用現(xiàn)狀，根據(jù)儀器的成本、便攜性和通用性要求不斷提高的發(fā)展趨勢，提出了本課題的研究任務(wù)和關(guān)鍵技術(shù)； 第二章從硬件和軟件兩個方面討論了測試儀的總體設(shè)計(jì)方案，并且分別詳述了電源模塊、USB模塊、FPGA模塊、DSP模塊、A/D模塊、D/A模塊這六個功能模塊的硬件設(shè)計(jì)； 第三章討論了USB模塊相關(guān)的軟件設(shè)計(jì)，其中包含USB固件設(shè)計(jì)、驅(qū)動程序設(shè)計(jì)和客戶應(yīng)用程序設(shè)計(jì)三個方面的內(nèi)容，詳細(xì)論述了各部分軟件的架構(gòu)和主要功能模塊的實(shí)現(xiàn)。 第四章討論了主控器FPGA的設(shè)計(jì)，是本文的核心部分。先從總體上介紹了FPGA的設(shè)計(jì)方案，然后從MCU模塊、信號采集模塊、信號發(fā)生模塊三部分具體描述了其實(shí)現(xiàn)方式。軟件設(shè)計(jì)上采用了模塊化的設(shè)計(jì)思想，使得結(jié)構(gòu)清晰，可讀性強(qiáng)，易于進(jìn)一步開發(fā)；并且靈活的使用了有限狀態(tài)機(jī)，大大提高了程序的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率。 第五章介紹了DSP模塊的設(shè)計(jì)，討論了波形生成的原理及實(shí)現(xiàn)，并提出了與FPGA接口的方式。 第六章詳細(xì)描述了實(shí)驗(yàn)的步驟和結(jié)果，分別從單通道采樣和多通道采樣兩方面實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了儀器的性能和設(shè)計(jì)的可行性。
上傳時間： 2013-06-25
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介紹了出租車計(jì)費(fèi)器系統(tǒng)的組成及工作原理，簡述了在EDA平臺上用單片CPLD器件構(gòu)成該數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)過程。論述了車型調(diào)整模塊、計(jì)程模塊、計(jì)費(fèi)模塊、譯碼動態(tài)掃描模塊等的設(shè)計(jì)方法與技巧。
標(biāo)簽： FPGA 出租車計(jì)費(fèi)器
上傳時間： 2013-04-24
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數(shù)字濾波器是現(xiàn)代數(shù)字信號處理系統(tǒng)的重要組成部分之一。ⅡR數(shù)字濾波器又是其中非常重要的一類慮波器，因其可以較低的階次獲得較高的頻率選擇特性而得到廣泛應(yīng)用。 本文研究了ⅡR數(shù)字濾波器的常用設(shè)計(jì)方法，在分析各種ⅡR實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用MATLAB針對并聯(lián)型結(jié)構(gòu)的ⅡR數(shù)字濾波器做了多方面的仿真，從理論分析和仿真情況確定了所要設(shè)計(jì)的ⅡR數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)以及中間數(shù)據(jù)精度。然后基于FPGA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究了ⅡR數(shù)字濾波器的FPGA設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，提出應(yīng)用流水線技術(shù)和并行處理技術(shù)相結(jié)合的方式來提高ⅡR數(shù)字濾波器處理速度的方法，同時又從ⅡR數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)特性出發(fā)，提出利用ⅡR數(shù)字濾波器的分解技術(shù)來改善ⅡR濾波器的設(shè)計(jì)。在ⅡR實(shí)現(xiàn)方面，本文采用Verilog HDL語言編寫了相應(yīng)的硬件實(shí)現(xiàn)程序，將內(nèi)置SignalTap Ⅱ邏輯分析器的ⅡR設(shè)計(jì)下載到FPGA芯片，并利用Altera公司的SignalTap Ⅱ邏輯分析儀進(jìn)行了定性測試，同時利用HP頻譜儀進(jìn)行定性與定量的觀測，仿真與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果表明設(shè)計(jì)方法正確有效。
標(biāo)簽： FPGA IIR 數(shù)字濾波器
上傳時間： 2013-04-24
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基于FPGA的靜止圖像壓縮系統(tǒng)的研究-JPEG編碼器的設(shè)計(jì)電力電子與電力傳動數(shù)字圖像在人們生活中的應(yīng)用越來越廣泛，由于原始圖像數(shù)據(jù)量比較大，因此數(shù)字圖像壓縮技術(shù)逐漸成為圖像應(yīng)用的一個核心環(huán)節(jié)。在數(shù)字圖像壓縮領(lǐng)域，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織于1992年推出的JPEG標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用最為廣泛。 本文基于FPGA設(shè)計(jì)了JPEG圖像壓縮系統(tǒng)，通過改進(jìn)算法，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，在合理的利用硬件資源的條件下，有效的挖掘出算法內(nèi)部的并行性。改進(jìn)了DCT變換算法，設(shè)計(jì)了并行查找表結(jié)構(gòu)的乘法器，采用了流水線優(yōu)化算法來解決時間并行性問題，提高了DCT模塊的運(yùn)算速度。依據(jù)Huffman編碼表的規(guī)律性，采用并行查找表結(jié)構(gòu)，用較少的存儲單元完成了Huffman編碼運(yùn)算，同時提高了編碼速度。整個設(shè)計(jì)通過EDA軟件進(jìn)行了邏輯綜合及功能與時序仿真。綜合和仿真結(jié)果表明，本文提出的算法在速度和資源利用方面均達(dá)到了較好的狀態(tài)，可滿足實(shí)時JPEG圖像壓縮的要求。 設(shè)計(jì)了一個硬件開發(fā)平臺，對JPEG圖像壓縮系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。硬件平臺上使用ADV7181B來實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換；使用TI公司TMS320C6416型DSP芯片實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)配置以及通過PCI接口與上位機(jī)PC的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換；使用Microsoft VC++6．0開發(fā)平臺開發(fā)了系統(tǒng)控制軟件平臺，實(shí)現(xiàn)對整個壓縮系統(tǒng)的控制。
標(biāo)簽： FPGA 圖像壓縮系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-24
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本論文在詳細(xì)研究MIL-STD-1553B數(shù)據(jù)總線協(xié)議以及參考國外芯片設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前新興的EDA技術(shù)和大規(guī)模可編程技術(shù)，提出了一種全新的基于FPGA的1553B總線接口芯片的設(shè)計(jì)方法。 從專用芯片實(shí)現(xiàn)的具體功能出發(fā)，結(jié)合自頂向下的設(shè)計(jì)思想，給出了總線接口的總體設(shè)計(jì)方案，考慮到電路的具體實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行模塊細(xì)化。在介紹模擬收發(fā)器模塊的電路設(shè)計(jì)后，重點(diǎn)介紹了基于FPGA的BC、RT、MT三種類型終端設(shè)計(jì)，最終通過工作方式選擇信號以及其他控制信號將此三種終端結(jié)合起來以達(dá)到通用接口的功能。同時給出其設(shè)計(jì)邏輯框圖、算法流程圖、引腳說明以及部分模塊的仿真結(jié)果。為了資源的合理利用，對其中相當(dāng)部分模塊進(jìn)行復(fù)用。在設(shè)計(jì)過程中采用自頂向下、碼型轉(zhuǎn)換中的全數(shù)字鎖相環(huán)、通用異步收發(fā)器UART等關(guān)鍵技術(shù)。本設(shè)計(jì)使用VHDL描述，在此基礎(chǔ)之上采用專門的綜合軟件對設(shè)計(jì)進(jìn)行了綜合優(yōu)化，在FPGA芯片EP1K100上得以實(shí)現(xiàn)。通過驗(yàn)證證明該設(shè)計(jì)能夠完成BC/RT/MT三種模式的工作，能處理多種消息格式的傳輸，并具有較強(qiáng)的檢錯能力。 最后設(shè)計(jì)了總線接口芯片測試系統(tǒng)，選擇TMS320LF2407作為主處理器，測試主要包括主處理器的自發(fā)自收驗(yàn)證，加入RS232串口調(diào)試過程提高測試數(shù)據(jù)的直觀性。驗(yàn)證的結(jié)果表明本文提出的設(shè)計(jì)方案是合理的。
標(biāo)簽： 1553B FPGA 總線接口 技術(shù)研究
上傳時間： 2013-04-24
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由于旋轉(zhuǎn)變壓器的高精度高可靠性等特點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用于如航空、航天、船舶、兵器、雷達(dá)、通訊等領(lǐng)域。旋轉(zhuǎn)變壓器輸出模擬量交流信號，經(jīng)過數(shù)字處理轉(zhuǎn)換為數(shù)字角度信號才能進(jìn)入計(jì)算機(jī)或其他控制系統(tǒng)，而這種數(shù)字處理比較復(fù)雜，采用專用的旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片想達(dá)到理想的精度通常需要較高的成本，限制了它在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。傳統(tǒng)的角測量系統(tǒng)面臨的問題有：體積、重量、功耗偏大，調(diào)試、誤差補(bǔ)償試驗(yàn)復(fù)雜，費(fèi)用較高。 現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)是近年來迅速發(fā)展起來的新型可編程器件。隨著它的不斷應(yīng)用和發(fā)展，也使電子設(shè)計(jì)的規(guī)模和集成度不斷提高。同時也帶來了電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思想的不斷推陳出新。 本文的目的是研究利用FPGA實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)變壓器的硬件解碼算法，設(shè)計(jì)基于FPGA的旋轉(zhuǎn)變壓器解碼系統(tǒng)。 在本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，通過FPGA芯片產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)變壓器的激勵信號，再控制A/D轉(zhuǎn)換器對旋轉(zhuǎn)變壓器的模擬信號的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換，并對轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，使用基于CORDIC算法流水線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的反正切函數(shù)模塊解算出偏轉(zhuǎn)角θ，最后通過串行口將解算的偏差角數(shù)據(jù)輸出。本文還分析了該系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因和提高系統(tǒng)精度的方法。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)變壓器解碼器的硬件組成和軟件實(shí)現(xiàn)基本能夠較精確的完成上述的信號轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)運(yùn)算。
標(biāo)簽： FPGA 旋轉(zhuǎn)變壓器 解碼 算法
上傳時間： 2013-05-23
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軟件無線電技術(shù)作為一種新的通信技術(shù)，其基本思想是構(gòu)造一個通用硬件平臺，使寬帶A/D，D/A盡量靠近天線，在數(shù)字域完成信號處理，通過選用不同軟件模塊即可實(shí)現(xiàn)不同的通信功能，這樣大大縮短了電臺的研發(fā)周期。該技術(shù)在通信(尤其是在移動通信)領(lǐng)域有著迫切的需求和廣闊的應(yīng)用前景。 本文闡述了軟件無線電的基礎(chǔ)理論，對信號采樣理論、多速率信號處理技術(shù)、高效數(shù)字濾波器、數(shù)字正交變換理論進(jìn)行了分析和研究。從目前器件發(fā)展水平和實(shí)驗(yàn)研究條件出發(fā)，設(shè)計(jì)了一個基于FPGA的軟件無線電通信平臺。設(shè)計(jì)采用了中頻數(shù)字化處理的硬件平臺結(jié)構(gòu)，選用Altera Cyclone系列FPGA作為信號處理和總體控制配置的核心，并結(jié)合專用通信芯片，數(shù)字上變頻器AD9856和數(shù)字下變頻器AD6654來實(shí)現(xiàn)該平臺。采用VHDL和Verilog HDL語言對時分復(fù)用模塊、信道編解碼模塊、調(diào)制解調(diào)模塊等進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，并對電路板設(shè)計(jì)過程中系統(tǒng)的配置和控制、無源濾波器設(shè)計(jì)、阻抗匹配電路設(shè)計(jì)等問題進(jìn)行了詳細(xì)的討論，最后對印制電路板進(jìn)行測試和調(diào)試，獲得了預(yù)期的效果。 本文給出的設(shè)計(jì)方案，大大簡化了數(shù)字通信系統(tǒng)的硬件設(shè)備，具有較強(qiáng)的通用性和靈活性，通過修改系統(tǒng)參數(shù)和配置程序，即可適應(yīng)不同的通信模式和信道狀況，充分體現(xiàn)了軟件無線電的優(yōu)勢。該平臺不僅僅能應(yīng)用在通信設(shè)備上，在許多系統(tǒng)驗(yàn)證平臺、測試設(shè)備中均可應(yīng)用，頗具實(shí)用價值。
上傳時間： 2013-07-21
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