MPEG-2是MPEG組織在1994年為了高級工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的圖象質(zhì)量以及更高的傳輸率所提出的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，其優(yōu)秀性使之成為過去十年應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)，也是未來十年影響力最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)之一。 本文以MPEG-2視頻標(biāo)準(zhǔn)為研究內(nèi)容，建立系統(tǒng)級設(shè)計方案，設(shè)計FPGA原型芯片，并在FPGA系統(tǒng)中驗證視頻解碼芯片的功能。最后在0.18微米工藝下實現(xiàn)ASIC的前端設(shè)計。完成的主要工作包括以下幾個方面： 1.完成解碼系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計，采用了自頂而下的設(shè)計方法，實現(xiàn)系統(tǒng)的功能單元的劃分；根據(jù)其視頻解碼的特點，確定解碼器的控制方式；把視頻數(shù)據(jù)分文幀內(nèi)數(shù)據(jù)和幀間數(shù)據(jù)，實現(xiàn)兩種數(shù)據(jù)的并行解碼。 2.實現(xiàn)了具體模塊的設(shè)計：根據(jù)本文研究的要求，在比特流格式器模塊設(shè)計中提出了特有的解碼方式；在可變長模塊中的變長數(shù)據(jù)解碼采用組合邏輯外加查找表的方式實現(xiàn)，大大減少了變長數(shù)據(jù)解碼的時間；IQ、IDCT模塊采用流水的設(shè)計方法，減少數(shù)據(jù)計算的時間：運動補償模塊，針對模塊數(shù)據(jù)運算量大和訪問幀存儲器頻繁的特點，采用四個插值單元同時處理，增加像素緩沖器，充分利用并行性結(jié)構(gòu)等方法來加快運動補償速度。 3.根據(jù)視頻解碼的參考軟件，通過解碼系統(tǒng)的仿真結(jié)果和軟件結(jié)果的比較來驗證模塊的功能正確性。最后用FPGA開發(fā)板實現(xiàn)了解碼系統(tǒng)的原型芯片驗證，取得了良好的解碼效果。 整個設(shè)計采用Verilog HDL語言描述，通過了現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的原型驗證，并采用SIMC0.18μm工藝單元庫完成了該電路的邏輯綜合。經(jīng)過實際視頻碼流測試，本文設(shè)計可以達(dá)到MPEG-2視頻主類主級的實時解碼的技術(shù)要求。
上傳時間： 2013-07-27
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虛擬儀器技術(shù)是以傳感器、信號測量與處理、微型計算機等技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門綜合應(yīng)用技術(shù)。目前虛擬儀器大部分是基于PC機，利用PCI等總線技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)卡插拔不便，便攜性差。隨著嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)平臺已經(jīng)應(yīng)用到各個領(lǐng)域，而市場上的嵌入式虛擬儀器系統(tǒng)還相當(dāng)少，各種研究工作才剛剛起步，各種高性能的虛擬儀器和處理系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)控制和科學(xué)研究中已成為必不可少的部分。因此在我國開發(fā)具有較高性能、接口靈活、功能多樣化、低成本的虛擬儀器裝置勢在必行。 針對目前虛擬儀器系統(tǒng)發(fā)展趨勢和特點，采用FPGA技術(shù)，進行一種支持多種平臺的高速虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計與研究，并針對高速虛擬儀器系統(tǒng)中的一些技術(shù)難點提出解決方案。首先進行了系統(tǒng)的總體設(shè)計，確定了采用FPGA作為系統(tǒng)的控制核心，并選取了Labview作為PC平臺應(yīng)用程序開發(fā)工具，利用USB2.0接口來進行數(shù)據(jù)傳輸；同時選取嵌入式處理器S3C2410以及WinCE作為嵌入式系統(tǒng)硬軟件平臺。隨后進行了各個具體模塊的設(shè)計，在硬件方面，分別設(shè)計了前端處理電路，ADC電路以及USB接口電路。在軟件方面，進行了FPGA控制程序的設(shè)計工作，實現(xiàn)了對各個模塊和接口電路的控制功能。在上層應(yīng)用程序的設(shè)計方面，設(shè)計了Labview應(yīng)用程序，實現(xiàn)了波形顯示和頻譜分析等儀器功能，人機界面良好。在嵌入式平臺上面，進行了WinCE下GPIO驅(qū)動程序設(shè)計，并在上層應(yīng)用程序中調(diào)用驅(qū)動來進行數(shù)據(jù)的讀取。為了解決高速ADC與數(shù)據(jù)緩存器的速度不匹配的問題，提出利用多體交叉式存儲器結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，并在FPGA內(nèi)對控制程序進行了設(shè)計，對其時序進行了仿真。 最后對系統(tǒng)進行了聯(lián)合調(diào)試工作，利用上層軟件對輸入波形進行采集。根據(jù)調(diào)試結(jié)果看，該系統(tǒng)對輸入信號進行了較好的采樣和存儲，還原了波形，達(dá)到了預(yù)期效果。課題研究并且對設(shè)計出一種支持多平臺的新型虛擬儀器系統(tǒng)，具有性能好、使用靈活，節(jié)省成本等特點，具有較高的研究價值和現(xiàn)實意義。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著數(shù)碼技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，其實時處理技術(shù)成為研究的熱點。VLSI技術(shù)的迅猛發(fā)展為數(shù)字圖像實時處理技術(shù)提供了硬件基礎(chǔ)。其中FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)的特點使其非常適用于進行一些基于像素級的圖像處理。 傳統(tǒng)的圖像顯示系統(tǒng)必須連接到PC才能觀察圖像視頻，存在著高速實時性、穩(wěn)定性問題。本設(shè)計脫離高清晰工業(yè)相機必須與PC連接才可以觀看到高清晰圖像的束縛，實現(xiàn)系統(tǒng)的小型化。針對130萬像素彩色1/2英寸鎂光CMOS圖像傳感器，提出用硬件實現(xiàn)Bayer格式到RGB格式轉(zhuǎn)換的設(shè)計方案，完成由黑白圖像到高清彩色圖像的轉(zhuǎn)換，用SDRAM作緩存，輸出標(biāo)準(zhǔn)VGA信號，可直接連接VGA顯示器、投影儀等設(shè)備進行實時的視頻圖像觀看，與模擬相機740X576分辨率(480線)圖像相比，設(shè)計圖像畫質(zhì)相當(dāng)于1280X1024分辨率(750線)，最高幀率25fps，整個結(jié)構(gòu)應(yīng)用FPGA作為主控制器，用少量的緩存代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大容量存儲，加快了運算速率，減小了電路規(guī)模，滿足圖像實時處理的要求，使展現(xiàn)出來的視頻圖像得到質(zhì)的飛躍。可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控等領(lǐng)域。 論文研究的重點是采用altera公司EP2C芯片前端驅(qū)動CMOS圖像傳感器，實時采集Bayer圖像象素，分析研究CFA圖像插值算法，實現(xiàn)了基于FPGA的實時線性插值算法，能夠?qū)斎胧敲肯袼?bit、分辨率為1280×1204的Bayer模式圖像數(shù)據(jù)進行實時重構(gòu)，輸出彩色RGB圖像。由端口FIFO作為數(shù)據(jù)緩沖，存儲一幀圖像到高速SDRAM，構(gòu)建VGA顯示控制器，實現(xiàn)對輸入是每像素24bit(RGB101010)、分辨率為640×480、幀頻25HZ彩色圖像進行實時顯示。 整個模塊結(jié)構(gòu)包括電源模塊單元等、CMOS成像單元、FPGA數(shù)據(jù)處理單元、SDRAM控制單元、VGA顯示接口單元。 最后，對系統(tǒng)進行了調(diào)試。經(jīng)實驗驗證，系統(tǒng)達(dá)到了實時性，能正確和可靠的工作。整個設(shè)計模塊能夠滿足高幀率和高清晰的實時圖像處理，占用系統(tǒng)資源很少，用較少的時間完成了圖像數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，提高了效率。
標(biāo)簽： FPGA 實時圖像采集 與處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-08
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隨著TD—SCDMA技術(shù)的不斷發(fā)展，TD—SCDMA系統(tǒng)產(chǎn)品也逐步成熟并隨之完善。產(chǎn)品家族日益豐富，室內(nèi)型宏基站、室外型宏基站、分布式基站(BBU+RRU)、微基站等系列化基站產(chǎn)品逐步問世，可以滿足不同場景的建網(wǎng)需求。而分布式基站(BBU+RRU)越來越多地受到業(yè)界的關(guān)注和重視。 本文主要從TD—SCDMA頻點拉遠(yuǎn)系統(tǒng)(RRU)和軟件無線電技術(shù)的發(fā)展入手，重點研究TD—SCDMA頻點拉遠(yuǎn)系統(tǒng)的FPGA設(shè)計與實現(xiàn)。TD—SCDMA通信系統(tǒng)通過靈活分配不同的上下行時隙，實現(xiàn)業(yè)務(wù)的不對稱性，但是多路數(shù)字中頻所構(gòu)成的系統(tǒng)成本高和控制的復(fù)雜性，以及TDD雙工模式下，系統(tǒng)的峰均比隨時隙數(shù)增加而增加，對整個頻點拉遠(yuǎn)系統(tǒng)的前端放大器線性輸入提出了很高的要求。TD—SCDMA系統(tǒng)使用軟件無線電平臺，一方面軟件算法可以有效保證時隙分配的準(zhǔn)確性，保證對前端控制器的開關(guān)控制，以及對上下行功率讀取計算和子幀的靈活提取，另一方面靈活的DUC/CFR算法可以有效的提高頻帶利用率和抗干擾能力，有效的控制TDD系統(tǒng)的峰均比，有效降低系統(tǒng)對前端放大器線性輸出能力的要求。 本文主要研究軟件無線電中DUC和CFR的關(guān)鍵技術(shù)以及FPGA實現(xiàn)，DUC主要由3倍FIR內(nèi)插成型濾波器、2倍插值補償濾波器以及5級CIC濾波器級聯(lián)組成；而CFR主要采用類似基帶削峰的加窗濾波的中頻削峰算法，可以降低相鄰信道的溢出，更有效的降低CF值。將DUC/CFR以單片F(xiàn)PGA實現(xiàn)，能很好提高RRU性能，減少其硬件結(jié)構(gòu)，降低成本，降低功耗，增加外部環(huán)境的穩(wěn)定性。
上傳時間： 2013-07-20
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圖像采集系統(tǒng)是數(shù)字圖像信號處理過程中不可缺少的重要部分，它將前端相機所捕獲的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，或者直接從數(shù)字相機中獲取數(shù)字信號，然后通過高速的計算機總線傳回計算機，憑借計算機的強大的運算、數(shù)據(jù)存儲與處理等操作能力，可以方便快捷地對信號進行分析處理，具有人機友好、功能靈活、可移植性強等優(yōu)點。隨著對數(shù)據(jù)傳送速度要求的提高，PCI總線以其高的數(shù)據(jù)傳輸率，即插即用，低功耗等眾多優(yōu)點，得到廣泛的應(yīng)用。本文針對PCI總線接口電路使用的廣泛性，介紹了PLX公司橋接芯片PCI9054主模式的工作原理和中斷機制，采用可編程邏輯器件FPGA實現(xiàn)與PCI9054的本地接口的信號轉(zhuǎn)換，給出了邏輯實現(xiàn)方案和仿真圖。本文針對FPGA中各功能模塊的邏輯設(shè)計進行了詳細(xì)分析，并對每個模塊都給出了精確的仿真結(jié)果。同時，文中還在其它章節(jié)詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計、并行接口設(shè)計、PCI接口設(shè)計、PC端控制軟件設(shè)計以及用于調(diào)試過程中的SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀的使用方法，并且也對系統(tǒng)的仿真結(jié)果和測試結(jié)果給出了分析及討論。最后還附上了系統(tǒng)的PCB版圖、FPGA邏輯設(shè)計圖、實物圖及注釋詳細(xì)的相關(guān)源程序清單。在文章的軟件設(shè)計部分介紹了WinDriver驅(qū)動開發(fā)工具，利用WinDriver工具，在WindowsXP系統(tǒng)下實現(xiàn)設(shè)備的驅(qū)動程序開發(fā)，完成主模式數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備中斷的功能。
上傳時間： 2013-06-09
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隨著計算機技術(shù)的突飛猛進以及移動通訊技術(shù)在日常生活中的不斷深入，數(shù)據(jù)采集不斷地向多路、高速、智能化的方向發(fā)展。本文針對此需求，實現(xiàn)了一種應(yīng)用FPGA的多路、高速的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從而為測量儀器提供良好的采集數(shù)據(jù)。 本文設(shè)計了一種基于AD+FPGA+DSP的多路數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，針對此系統(tǒng)設(shè)計了基于AD9446的模數(shù)轉(zhuǎn)換采集板，再將模數(shù)轉(zhuǎn)換采集板的數(shù)據(jù)傳送至基于FPGA的采集控制模塊進行數(shù)據(jù)的壓縮以及緩沖存儲，最后由DSP調(diào)入數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)的處理。本文的設(shè)計主要分為兩部分，一部分為模數(shù)轉(zhuǎn)換采集板的設(shè)計與調(diào)試，另一部分為采集控制模塊的設(shè)計與仿真。 經(jīng)設(shè)計與調(diào)試，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊可為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)，能穩(wěn)定工作在百兆的頻率下；采集控制模塊能實時地完成數(shù)據(jù)壓縮與數(shù)據(jù)緩沖，并能通過時鐘管理模塊來控制前端AD的采樣，該模塊也能穩(wěn)定工作在百兆的頻率下。該系統(tǒng)為多路、高速的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并能穩(wěn)定工作，從而能滿足電子測量儀器的要求。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；FPGA；AD9446
標(biāo)簽： FPGA 高速數(shù)據(jù) 采集
上傳時間： 2013-06-04
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人臉識別技術(shù)繼指紋識別、虹膜識別以及聲音識別等生物識別技術(shù)之后，以其獨特的方便、經(jīng)濟及準(zhǔn)確性而越來越受到世人的矚目。作為人臉識別系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)—人臉檢測，隨著研究的深入和應(yīng)用的擴大，在視頻會議、圖像檢索、出入口控制以及智能人機交互等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景，發(fā)展速度異常迅猛。 FPGA的制造技術(shù)不斷發(fā)展，它的功能、應(yīng)用和可靠性逐漸增加，在各個行業(yè)也顯現(xiàn)出自身的優(yōu)勢。FPGA允許用戶根據(jù)自己的需要來建立自己的模塊，為用戶的升級和改進留下廣闊的空間。并且速度更高，密度也更大，其設(shè)計方法的靈活性降低了整個系統(tǒng)的開發(fā)成本，F(xiàn)PGA 設(shè)計成為電子自動化設(shè)計行業(yè)不可缺少的方法。 本文從人臉檢測算法入手，總結(jié)基于FPGA上的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法，使用IBM的Coreconnect掛接自定義模塊技術(shù)。經(jīng)過訓(xùn)練分類器、定點化、以及硬件加速等方法后，能夠使人臉檢測系統(tǒng)在基于Xilinx的Virtex II Pro開發(fā)板上平臺上，達(dá)到實時的檢測效果。本文工作和成果可以具體描述如下： 1. 算法分析：對于人臉檢測算法，首先確保的是檢測率的準(zhǔn)確性程度。本文所采用的是基于Paul Viola和Michael J.Jones提出的一種基于Adaboost算法的人臉檢測方法。算法中較多的是積分圖的特征值計算，這便于進一步的硬件設(shè)計。同時對檢測算法進行耗時分析確定運行速度的瓶頸。 2. 軟硬件功能劃分：這一步考慮市場可以提供的資源狀況，又要考慮系統(tǒng)成本、開發(fā)時間等諸多因素。Xilinx公司提供的Virtex II Pro開發(fā)板，在上面有可以供利用的Power PC處理器、可擴展的存儲器、I/O接口、總線及數(shù)據(jù)通道等，通過分析可以對算法進行細(xì)致的劃分，實現(xiàn)需要加速的模塊。 3. 定點化：在Adaboost算法中，需要進行大量的浮點計算。這里采用的方法是直接對數(shù)據(jù)位進行操作它提取指數(shù)和尾數(shù)，然后對尾數(shù)執(zhí)行移位操作。 4. 改進檢測用的級聯(lián)分類器的訓(xùn)練，提出可以迅速提高分類能力、特征數(shù)量大大減小的一種訓(xùn)練方法。 5. 最后對系統(tǒng)的整體進行了驗證。實驗表明，在視頻輸入輸出接入的同時，人臉檢測能夠達(dá)到17fps的檢測速度，并且獲得了很好的檢測率以及較低的誤檢率。
標(biāo)簽： FPGA 人臉檢測 系統(tǒng)設(shè)計
上傳時間： 2013-07-01
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軟件無線電(Software Radio)具有高度靈活性、開放性，很容易實現(xiàn)與現(xiàn)有和未來多種電臺的兼容，能最大限度的滿足了互聯(lián)互通的要求。而基于多相濾波器組的信道化軟件無線電接收技術(shù)以其固有的全概率接收、降采樣速率以及其大幅提高運算速率的能力越來越受到重視。本文主要研究了基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的軟件無線電信道化中頻接收技術(shù)設(shè)計與實現(xiàn)。 首先介紹了軟件無線電的基本概念以及其發(fā)展?fàn)顩r，深入討論了軟件無線電的基本理論，主要介紹了設(shè)計中所用到的帶通采樣技術(shù)、信號的抽取技術(shù)與多相濾波技術(shù)。 然后簡要介紹了信道化中頻接收機的射頻(Radio Frequency，RF)前端接收技術(shù)，設(shè)置寬中頻超外差接收機射頻前端的設(shè)計指標(biāo)，給出了改進的實信號濾波器組低通型實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，并依此推導(dǎo)和建立了實信號多相濾波器組信道化中頻接收機的數(shù)學(xué)模型。 最后基于EP1S80開發(fā)平臺實現(xiàn)了實信號多相濾波器組信道化的中頻接收機。給出了多相濾波器、抽取運算、FFT運算、信道劃分以及復(fù)乘運算的設(shè)計方案。仿真結(jié)果表明，該接收機能夠?qū)崿F(xiàn)對中頻信號的正確接收，驗證了系統(tǒng)設(shè)計的可行性。
上傳時間： 2013-05-24
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本文主要研究了認(rèn)知無線電頻譜感知功能的關(guān)鍵技術(shù)以及硬件實現(xiàn)方法。首先，提出了認(rèn)知無線電頻譜感知功能的硬件實現(xiàn)框圖，包括射頻前端部分和數(shù)字信號處理部分，接著簡單介紹了射頻前端電路的功能與特性，最后重點介紹了數(shù)字信號處理部分的FPGA實現(xiàn)與驗證過程。 數(shù)字處理部分主要實現(xiàn)寬帶信號的短時傅立葉分析，將中頻寬帶數(shù)字信號通過基于多相濾波器組的下變頻模塊，實現(xiàn)并行多通道的數(shù)字下變頻，然后對每個信道進行重疊加窗處理，最后再做快速傅立葉分析(FFT)，從而得到信號的時頻關(guān)系。整個系統(tǒng)主要包括：延時抽取模塊、多相濾波器模塊、32點開關(guān)式流水線FFT模塊、滑動窗緩沖區(qū)、256點流水線FFT模塊等。 本設(shè)計采用Verilog HDL硬件描述語言進行設(shè)計，基于Xilinx公司的Virtex-4XC4VSX35芯片。整個系統(tǒng)采用全同步設(shè)計，可穩(wěn)定工作于200MHz，其分析帶寬高達(dá)65MHz，具有很高的使用價值。
標(biāo)簽： FPGA 認(rèn)知無線電 感知功能
上傳時間： 2013-07-09
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擴頻通信系統(tǒng)與常規(guī)的通信系統(tǒng)相比，具有很強的抗窄帶干擾，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。在近年來得到了迅速的發(fā)展。本論文主要討論和實現(xiàn)了基于FPGA的直接序列擴頻信號的解擴解調(diào)處理。論文對該直擴通信系統(tǒng)和FPGA設(shè)計方法進行了相關(guān)研究，最后用Altera公司的最新的FPGA開發(fā)平臺Quarus Ⅱ5.0實現(xiàn)了相關(guān)設(shè)計。 整個系統(tǒng)分為兩個部分，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、解擴解調(diào)等模塊。 論文首先介紹了擴頻通信系統(tǒng)的特點以及相關(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)合實際需要，設(shè)計了一種零中頻DSSS解調(diào)解擴方案。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)的滑動相關(guān)捕獲和分時復(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，用改進型CORDIC算法實現(xiàn)NCO來方便的進行擴展。 接著，論文給出了系統(tǒng)總體設(shè)計和發(fā)送及接受子系統(tǒng)的各個功能模塊的實現(xiàn)分析以及在Quartus Ⅱ5.0上的實現(xiàn)細(xì)節(jié)，給出了仿真結(jié)果。 然后論文介紹了整個系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計和它在真實系統(tǒng)中連機調(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，便于升級等特點并且達(dá)到課題各項指標(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
上傳時間： 2013-05-23
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