隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，電力系統(tǒng)的非線性負荷日益增多，嚴重地污染了電網(wǎng)的環(huán)境，威脅著電網(wǎng)中的各種電氣設(shè)備的安全經(jīng)濟運行，不論從保證電力系統(tǒng)和供電系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行或是從保證設(shè)備和人身的安全來看，對諧波污染造成的危害影響加以經(jīng)常監(jiān)測和限制都是極為迫切的。諧波測量是諧波治理的重要前提條件，也是分析解決諧波治理問題的基本問題。國內(nèi)外已有各種諧波檢測的研究，形成了多種諧波檢測方法，基于快速傅立葉變化的FFT是當前諧波檢測中應(yīng)用最為廣泛的一種諧波檢測方法。特別是經(jīng)過技術(shù)補償后的FFT算法，在諧波檢測中具有更好的性能。但該方法在實現(xiàn)上主要是采用通用DSP器件(比如TI公司產(chǎn)品)，其實時性不強，影響了檢測性能。隨著微電子技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，基于FPGA的數(shù)字信號處理具有高速、開發(fā)簡便、易于形成ASIC等優(yōu)勢而得到了廣泛的應(yīng)用。論文在分析諧波測量方法的基礎(chǔ)上，提出了基于FPGA實現(xiàn)電網(wǎng)諧波測量系統(tǒng)。以嵌入式處理器NiosⅡ為核心，實現(xiàn)了電網(wǎng)諧波分析的周期圖功率譜分析方法。在整個系統(tǒng)硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，主要完成了基-28點、16點、32的FFT模塊、完成了求模運算模塊以及輸出顯示模塊。通過比較仿真得到的方波、正弦信號的譜結(jié)構(gòu)與實際系統(tǒng)輸出的譜結(jié)構(gòu)，驗證了該實現(xiàn)方法的正確性。
上傳時間： 2013-06-30
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在傳統(tǒng)的電力電子電路中，DC/DC變換器通常采用模擬電路實現(xiàn)電壓或電流的控制。數(shù)字控制與模擬控制相比，有著顯著的優(yōu)點，數(shù)字控制可以實現(xiàn)復(fù)雜的控制策略，同時大大提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性，并易于實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化。但目前數(shù)字控制基本上限于電力傳動領(lǐng)域，DC/DC變換器由于其開關(guān)頻率較高，一般其外圍功能由DSP或微處理器完成，而控制的核心，如PWM發(fā)生等大多采用專用控制芯片實現(xiàn)。FPGA由于其快速性、靈活性及保密性等優(yōu)點，近年來在數(shù)字控制領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。基于FPGA的DC/DC變換器是電力電子領(lǐng)域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck變換器的建模、設(shè)計及仿真，采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA開發(fā)板實現(xiàn)了Buck變換器的全數(shù)字控制。 論文首先從Buck變換器的理論分析入手，根據(jù)它的物理特性，研究了該變換器的狀態(tài)空間平均模型和小信號分析。為了獲得高性能的開關(guān)電源，提出并分析了混雜模型設(shè)計方案，然后進行了控制器設(shè)計。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck電路的仿真模型，并進行仿真研究。浮點仿真的運算精度與溢出問題，影響了仿真的精度。為了克服這些不足，作者采用了定點仿真方法，得到了滿意的仿真結(jié)果。論文還著重論述了開關(guān)電源的數(shù)字控制器部分，數(shù)字控制器一般由三個主要功能模塊組成：模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字脈寬調(diào)制器(Digital PulseWidth Modulation：DPWM)和數(shù)字補償器。文中重點研究了DPWM和數(shù)字補償器，闡述了目前高頻數(shù)字控制變換器中存在的主要問題，特別是高頻狀態(tài)下DPWM分辨率較低，影響控制精度，甚至引起極限環(huán)(Limit Cycling)現(xiàn)象，對DPWM分辨率的提高與系統(tǒng)硬件工作頻率之間的矛盾、DPWM分辨率與A/D分辨率之間的關(guān)系等問題作了全面深入的分析。論文提出了一種新的提高DPWM分辨率的方法，該方法在不提高系統(tǒng)硬件頻率的前提下，采用軟件使DPWM的分辨率大大提高。作者還設(shè)計了兩種數(shù)字補償器，并進行了分析比較，選擇了合適的補償算法，達到了改善系統(tǒng)性能的目的。 設(shè)計完成后，作者使用ISE 9.1i軟件進行了FPGA實現(xiàn)的前、后仿真，驗證了所提出理論及控制算法的正確性。作者完成了Buck電路的硬件制作及基于FPGA的軟件設(shè)計，采用32MHz的硬件晶振實現(xiàn)了11-bit的DPWM分辨率，開關(guān)頻率達到1MHz，得到了滿意的系統(tǒng)性能，論文最后給出了仿真和實驗結(jié)果。
上傳時間： 2013-07-23
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基于彩色路徑識別的視覺導(dǎo)航方法是當前自動導(dǎo)航小車領(lǐng)域的研究熱點和方向。視覺導(dǎo)航是指根據(jù)地面路徑和被控對象之間的位置偏差控制其運行的方向，因此，地面彩色路徑圖像的攝取及其識別處理就成為視覺導(dǎo)航系統(tǒng)中的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。在當前的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計中，圖像處理的硬件平臺都是基于通用微處理器，嵌入式微處理器或者DSP進行設(shè)計的。這些處理器一個共同的特點就是數(shù)據(jù)串行處理，而圖像處理過程涉及大量的并行處理操作，因此傳統(tǒng)的串行處理方式滿足不了圖像處理的實時性要求。 鑒于微處理器這方面的不足，作者提出一種使用FPGA實現(xiàn)圖像識別的并行處理方案，并據(jù)此設(shè)計一個智能圖像傳感器。該傳感器采用先進的FPGA技術(shù)，將圖像采集及其顯示，路徑的識別處理以及通信控制等模塊集成在一個芯片上，形成一個片上系統(tǒng)(SOC)。其主要功能是對所采集的彩色路徑圖像進行識別處理，獲得彩色路徑的坐標及其方向角，并將處理結(jié)果發(fā)送給上位機，為自動導(dǎo)航提供控制依據(jù)。 本文將彩色路徑的識別處理過程劃分為三個階段，第一階段為顏色聚類識別，以獲得二值路徑圖像，第二階段為數(shù)學形態(tài)學運算，用于對第一階段中獲得的二值圖像進行去斑處理，第三階段為路徑中心線的定位及其方向角的測量。圖像傳感器與上位機的通信采用異步串行方式，由于上位機需要控制該傳感器執(zhí)行多種任務(wù)，作者定義一種基于異步串行通信的應(yīng)用層協(xié)議，用于上位機對傳感器的控制。在圖像的顯示中，為了彌補圖像采集的速率和VGA顯示速率的不匹配，作者提出一種基于單端口存儲器的圖像幀緩沖機制，通過VGA接口將采集的圖像實時地顯示出來。 根據(jù)上述思想，作者完成了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計，并對整個系統(tǒng)進行了現(xiàn)場調(diào)試。調(diào)試結(jié)果表明，傳感器系統(tǒng)的各個模塊都能正常工作，F(xiàn)PGA中的數(shù)字邏輯電路能夠?qū)崟r地將路徑從圖像中準確地識別出來，.充分體現(xiàn)了FPGA對路徑圖像的高速處理優(yōu)勢，達到了設(shè)計預(yù)期目標，在一定程度上豐富了路徑圖像識別處理的技術(shù)和方法。
上傳時間： 2013-04-24
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基于AD9833的高精度可編程波形發(fā)生器系統(tǒng)設(shè)計:介紹一種基于AD9833的高精度可編程波形發(fā)生器系統(tǒng)解決方案，該系統(tǒng)具有可編程設(shè)置、波形頻率和峰峰值等功能，從而解決DDS輸出波形峰峰值不能直接
上傳時間： 2013-04-24
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遙感圖像在人類生活和軍事領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，適合各種要求的遙感圖像編碼技術(shù)具有重要的現(xiàn)實意義。基于小波變換的內(nèi)嵌編碼技術(shù)已成為當前靜止圖像編碼領(lǐng)域的主流，其中就包括基于分層樹集合分割排序(Set Partitioning inHierarchical Trees，SPIHT)的內(nèi)嵌編碼算法。這種算法具有碼流可隨機獲取以及良好的恢復(fù)圖像質(zhì)量等特性，因此成為實際應(yīng)用中首選算法。隨著對圖像編碼技術(shù)需求的不斷增長，尤其是在軍事應(yīng)用領(lǐng)域如衛(wèi)星偵察等方面，這種編碼算法亟待轉(zhuǎn)換為可應(yīng)用的硬件編碼器。 在靜止圖像編碼領(lǐng)域，高性能的圖像編碼器設(shè)計一直是相關(guān)研究人員不懈追求的目標。本文針對靜止圖像編碼器的設(shè)計作了深入研究，并致力于高性能的圖像編碼算法實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的研究，提出了具有創(chuàng)新性的降低計算量、存儲量，提高壓縮性能的算法實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，并成功應(yīng)用于圖像編碼硬件系統(tǒng)中。這個方案還支持壓縮比在線可調(diào)，即在不改變硬件框架的條件下可按用戶要求實現(xiàn)16倍到2倍的壓縮，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。本文所做的工作包括了兩個部分。 1．一種基于行的實時提升小波變換實現(xiàn)結(jié)構(gòu)：該結(jié)構(gòu)同時處理行變換和列變換，并且在圖像邊界采用對稱擴展輸出邊界數(shù)據(jù)，使得圖像小波變換時間與傳統(tǒng)的小波變換相比提高了將近2.6倍，提高了硬件系統(tǒng)的實時性。該結(jié)構(gòu)還合理地利用和調(diào)度內(nèi)部緩沖器，不需要外部緩沖器，大大降低了硬件系統(tǒng)對存儲器的要求。 2．一種采用左遍歷的比特平面并行SPIHT編碼結(jié)構(gòu)：在該編碼結(jié)構(gòu)中，空間定位生成樹采用深度優(yōu)先遍歷方式，比特平面同時處理極大地提高了編碼速度。
上傳時間： 2013-06-17
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數(shù)字射頻存儲器(Digital Radio FreqlJencyr：Memory DRFM)具有對射頻信號和微波信號的存儲、處理及傳輸能力，已成為現(xiàn)代雷達系統(tǒng)的重要部件。現(xiàn)代雷達普遍采用了諸如脈沖壓縮、相位編碼等更為復(fù)雜的信號處理技術(shù)，DRFM由于具有處理這些相干波形的能力，被越來越廣泛地應(yīng)用于電子對抗領(lǐng)域作為射頻頻率源。目前，國內(nèi)外對DRFM技術(shù)的研究還處于起步階段，DRFM部件在采樣率、采樣精度及存儲容量等方面，還不能滿足現(xiàn)代雷達信號處理的要求。 本文介紹了DRFM的量化類型、基本組成及其工作原理，在現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)上提出了一種便于工程實現(xiàn)的設(shè)計方法，給出了基于現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array FPGA)實現(xiàn)的幅度量化DRFM設(shè)計方案。本方案的采樣率為1 GHz、采樣精度12位，具體實現(xiàn)是采用4個采樣率為250 MHz的ADC并行交替等效時間采樣以達到1 GHz的采樣率。單通道內(nèi)采用數(shù)字正交采樣技術(shù)進行相干檢波，用于保存信號復(fù)包絡(luò)的所有信息。利用FPGA器件實現(xiàn)DRFM的控制器和多路采樣數(shù)據(jù)緩沖器，采用硬件描述語言(Very High Speed}lardware Description Language VHDL)實現(xiàn)了DRFM電路的FPGA設(shè)計和功能仿真、時序分析。方案中采用了大量的低壓差分信號(Low Voltage Differential Signaling LVDS)邏輯的芯片，從而大大降低了系統(tǒng)的功耗，提高了系統(tǒng)工作的可靠性。本文最后對采用的數(shù)字信號處理算法進行了仿真，仿真結(jié)果證明了設(shè)計方案的可行性。 本文提出的基于FPGA的多通道DRFM系統(tǒng)與基于專用FIFO存儲器的DRFM相比，具有更高的性能指標和優(yōu)越性。
上傳時間： 2013-06-01
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目前的國內(nèi)的CCD高清攝相頭能夠輸出一組視頻信號和數(shù)字圖像信號，雖然視頻信號能夠直接在監(jiān)視器顯示，但是輸出的數(shù)字圖像信號占用存儲空間太大，不便于進行傳輸。本文設(shè)計了一種基于FPGA的數(shù)字圖像壓縮卡。 在過去的十幾年中，國際標準化組織制訂了一系列的國際視頻編碼標準并廣泛應(yīng)用到各種領(lǐng)域。It.264/AVC是ITU-T和ISO聯(lián)合推出的新標準，采用了近幾年視頻編碼方面的先進技術(shù)，以較高編碼效率和網(wǎng)絡(luò)友好性成為新一代國際視頻編碼標準。 新發(fā)展的H．264/AVC比原有的視頻編碼標準大幅度提高了編碼效率，但其運算復(fù)雜度也大大增加，本文簡要分析了H．264/AVC的復(fù)雜度及其優(yōu)化的途徑，給出了主要模塊的優(yōu)化算法實驗結(jié)果。 H．264/AVC仍基于以前視頻編碼標準的運動補償混合編碼方案，主要不同有：增強的運動預(yù)測能力，準確匹配的較小塊變換，自適應(yīng)環(huán)內(nèi)濾波器，增強的熵編碼。測試結(jié)果表明這些新特征使H．264/AVC編碼器提高50％編碼效率的同時，增加了一個數(shù)量級的復(fù)雜度。實際中恰當?shù)厥褂肏．264/AVC編碼工具可以較低的實現(xiàn)復(fù)雜度得到與復(fù)雜配置相當?shù)木幋a效率。故實際編碼系統(tǒng)開發(fā)需要在運算復(fù)雜性和編碼效率之間進行折衷、兼顧考慮。H．264/AVC引入的新編碼特征既增加基本模塊的復(fù)雜度，也成倍增加算法的復(fù)雜度。針對它們的作用和實現(xiàn)方法的不同，可采用不同的硬件實現(xiàn)方法。本文基于上述思路進行優(yōu)化，具體的工作包括：針對去塊濾波的復(fù)雜性，本文提出一種適合硬件實現(xiàn)的算法，使其在節(jié)省了資源的同時，很好的達到了標準所定義的性能。針對變換量化的復(fù)雜性，本文提出一種既滿足整體的硬件流水結(jié)構(gòu)，又極大的降低了硬件資源的實現(xiàn)方法。針對碼率控制的實現(xiàn)，本文提出了一種有別于傳統(tǒng)實現(xiàn)方式的算法，在保證實時性的同時，極大的提高了編碼器的性能。本文基于上述算法還進行Baseline Profile編碼器的研究，給出了一種實時編碼器結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了對高清圖像格式(720P)的實時編碼，并將其和當前業(yè)界先進水平進行了對比，表明本文所實現(xiàn)得結(jié)構(gòu)能夠達到當前業(yè)界的先進水平。
上傳時間： 2013-07-23
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隨著各種非線性電力電子設(shè)備的大量應(yīng)用，電網(wǎng)中的諧波污染日益嚴重。為了保證電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行，保證電氣設(shè)備和用電人員的安全，治理電磁環(huán)境污染、維護綠色環(huán)境，研究實時、準確的電力諧波分析系統(tǒng)，對電網(wǎng)中的諧波進行實時檢測、分析和監(jiān)控，都具有重要的理論和工程實際意義。 目前實際應(yīng)用的電力諧波分析系統(tǒng)大多是以單片機為核心組成。單片機運行速度慢，實時性較差，不能滿足實際應(yīng)用中對系統(tǒng)實時性越來越高的要求。另外，單片機的地址線和數(shù)據(jù)線位數(shù)較少，這使得由單片機構(gòu)成的電力諧波分析系統(tǒng)外圍電路龐大，系統(tǒng)的可靠性和可維護性上都大打折扣。 本文首先研究了電力諧波的產(chǎn)生，危害及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對電力諧波檢測中常用的各種算法進行分析和比較；然后介紹了FPGA芯片的特性和SOPC系統(tǒng)的特點，并分析比較了傳統(tǒng)測量諧波裝置和基于FPGA的新型諧波測量儀器的特性。綜述了可編程元器件的發(fā)展過程、主要工藝發(fā)展及目前的應(yīng)用情況。 然后，對整個諧波處理器系統(tǒng)的框架及結(jié)構(gòu)進行描述，包括系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)分配，外圍硬件電路的結(jié)構(gòu)及軟件設(shè)計流程。其后，針對系統(tǒng)外圍硬件電路、FFTIP核設(shè)計和SOPC系統(tǒng)的組建，進行詳細的分析與設(shè)計。系統(tǒng)采用NiosⅡ處理器核和FFT運算協(xié)處理器相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。FFT運算用專門的FFT運算協(xié)處理器核完成，使得系統(tǒng)克服的單片機系統(tǒng)實時性差和速度慢的缺點。FFTIP核采用現(xiàn)在ASIC領(lǐng)域的一種主流硬件描述語言VHDL進行編寫，采用順序的處理結(jié)構(gòu)和IEEE浮點標準運算，具有系統(tǒng)簡單、占用硬件資源少和高運算精度的優(yōu)點。諧波分析儀系統(tǒng)組建采用SOPC系統(tǒng)。SOPC系統(tǒng)具有可對硬件剪裁和添加的特點，使得系統(tǒng)的更簡單，應(yīng)用面更廣，專用性更強的優(yōu)點。最后，給出了對系統(tǒng)中各模塊進行仿真及系統(tǒng)生成的結(jié)果。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號的采集與處理在科學研究、工業(yè)生產(chǎn)、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生等部門得到越來越廣泛的應(yīng)用，這些應(yīng)用中對數(shù)字信號的傳輸速度提出了比較高的要求。傳統(tǒng)的基于ISA總線的信號傳輸效率低，嚴重制約著系統(tǒng)性能的提高。 PCI總線以其高性能、低成本、開放性、軟件兼容性等眾多優(yōu)點成為當今最流行的計算機局部總線。但是，由于PCI總線硬件接口復(fù)雜、不易于接入、協(xié)議規(guī)范比較繁瑣等缺點，常常需要專用的接口芯片作為橋接，為了解決這一系列問題，本文提出了一種基于FPGA的PCI總線接口橋接邏輯的實現(xiàn)方案，支持PCI突發(fā)訪問方式，突發(fā)長度為8至128個雙字長度，核心FPGA芯片采用ALTERA公司的CYCLONE FPGA系列的EP1C6Q240C8，容量為6000個邏輯宏單元，速度為-8，編譯后系統(tǒng)速度可以達到80MHz，取得了良好的效果。 基于FPGA的PCI總線接口橋接邏輯的核心是PCI接口模塊。在硬件方面，特別討論了PCI接口模塊、地址轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)緩沖模塊、外部接口模塊和SRAM DMA控制模塊等五個功能模塊的設(shè)計方案和硬件電路實現(xiàn)方法，著重分析了PCI接口模塊的數(shù)據(jù)傳輸方式，采用模塊化的方法設(shè)計了內(nèi)部控制邏輯，并進行了相關(guān)的時序仿真和邏輯驗證，硬件需要軟件的配合才能實現(xiàn)其功能，因此設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計是一個重要部分，論文研究了Windows XP體系結(jié)構(gòu)下的WDM驅(qū)動模式的組成、開發(fā)設(shè)備驅(qū)動程序的工具以及開發(fā)系統(tǒng)實際硬件的設(shè)備驅(qū)動程序時的一些關(guān)鍵技術(shù)。 本文最后利用基于FPGA的PCI總線接口橋接邏輯中的關(guān)鍵技術(shù)，對PCI數(shù)據(jù)采集卡進行了整體方案的設(shè)計。該系統(tǒng)采用Altera公司的cyclone Ⅱ系列FPGA實現(xiàn)。
上傳時間： 2013-05-22
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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，如果實現(xiàn)PID軟算法的微處理器因為強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，總結(jié)FPGA設(shè)計技術(shù)及開發(fā)流程，指出實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，降低設(shè)計難度，是擴展設(shè)計功能、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)計結(jié)構(gòu)類型和特點的基礎(chǔ)上，提出一種基于FPGA改進型并行結(jié)構(gòu)的PID溫度控制器設(shè)計方法。在PID算法與FPGA的運算器邏輯映像過程中，采用將補碼的加法器代替減法器設(shè)計，增加整數(shù)運算結(jié)果的位擴展處理，進行不同數(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算部件。應(yīng)用Ouartus Ⅱ圖形輸入與Verilog HDL語言相結(jié)合設(shè)計實現(xiàn)了PID控制器，用Modelsim仿真驗證了設(shè)計結(jié)果的正確性，用Synplify Pro進行電路綜合，在Quaitus Ⅱ軟件中實現(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，實驗結(jié)果表明，達到無超調(diào)的穩(wěn)定控制要求，為降低FPGA實現(xiàn)PID控制器的設(shè)計難度提供了有效的方法。
上傳時間： 2013-05-24
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