隨著現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA，F(xiàn)ield Programmable Gate Array)的出現(xiàn)，由于其具有集成度高、體積小，可在線編程、開發(fā)周期短等優(yōu)點，因此FPGA被越來越多的應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)中。 論文首先簡要介紹了數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的現(xiàn)狀、存在的問題、以及發(fā)展的趨勢。本數(shù)據(jù)處理與傳輸系統(tǒng)采用了ALTERA公司的FPGA芯片，整個系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊、異步FIFO模塊、FFT處理模塊、DMA控制模塊、總線接口模塊構(gòu)成。模擬信號送入后，經(jīng)AD芯片ADl672轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送入異步FIFO中緩沖，然后進(jìn)行FFT處理。處理結(jié)果向PC104總線進(jìn)行DMA傳輸。整個系統(tǒng)做成擴(kuò)展卡的形式，直接插入PC104插槽內(nèi)。 在軟件方面，從系統(tǒng)功能實現(xiàn)的角度對軟件總體設(shè)計進(jìn)行規(guī)劃，采用模塊化的軟件設(shè)計方法使系統(tǒng)的各部分軟硬件更易于設(shè)計、實現(xiàn)和調(diào)整，文中對系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)中的關(guān)鍵問題進(jìn)行了較為詳細(xì)的描述。經(jīng)過系統(tǒng)分析、芯片選擇、軟硬件設(shè)計與編程調(diào)試，實現(xiàn)整個系統(tǒng)。達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。
標(biāo)簽： FPGA 數(shù)據(jù)處理 傳輸 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-07-15
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偽隨機(jī)序列 (Pseudo-Random Sequence，PRS)廣泛應(yīng)用于密碼學(xué)、擴(kuò)頻通信、雷達(dá)、導(dǎo)航等領(lǐng)域，其設(shè)計和分析一直是國際上的研究熱點。混沌序列作為一種性能優(yōu)良的偽隨機(jī)序列，近年來受到越來越多的關(guān)注。尋找一種性能更為良好的混沌偽隨機(jī)序列(ChaosPseudo Random Sequence，CPRS)并且完成其硬件實現(xiàn)，在理論研究與工程應(yīng)用上都是十分有價值的。基于切延遲橢圓反射腔映射混沌系統(tǒng)(Tangent-Delay Ellipse Reflecting Cavity map System，TD-ERCS)已被理論分析和測試證明具有良好的密碼學(xué)性質(zhì)。本文介紹了一種基于TD-ERCS構(gòu)造偽隨機(jī)序列發(fā)生器 (Pseudo Random SequenceGenerator，PRSG)的新方法；并基于這種方法，提出了以現(xiàn)場可編程門陣列 (Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)為平臺的硬件設(shè)計實現(xiàn)方案，采用硬件描述語言 (VHSIC Hardware DescriptionLanguage，VHDL )完成了整個系統(tǒng)的設(shè)計，通過了仿真與適配，完成了硬件調(diào)試；詳細(xì)地論述了系統(tǒng)總體框架及內(nèi)部模塊設(shè)計，重點介紹了TD-ERCS算法實現(xiàn)單元的設(shè)計，并在系統(tǒng)中設(shè)計加入了異步串行接口，完善了整個系統(tǒng)的模塊化，可使系統(tǒng)嵌入到現(xiàn)有的各類密碼系統(tǒng)與設(shè)備中；基于FDELPHI編程環(huán)境，完成了計算機(jī)應(yīng)用軟件的設(shè)計，為使用基于TD-ERCS開發(fā)的PRSG硬件產(chǎn)品提供了人機(jī)交互界面，也為分析與測試硬件系統(tǒng)產(chǎn)生的CPRS提供了方便；同時依據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院 (National Institute of Standards andTechnology，NIST)提出的偽隨機(jī)序列性能指標(biāo)，對軟件與硬件系統(tǒng)產(chǎn)生的CPRS進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)測試，軟件方法所得序列各項性能指標(biāo)完全合格，硬件FPGA所得序列僅三項測試未能通過，其原因有待進(jìn)一步研究。
標(biāo)簽： FPGA 偽隨機(jī)序列 發(fā)生器
上傳時間： 2013-06-20
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隨著語音技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，語音信號數(shù)字處理的實時性要求越來越突出。這就要求在系統(tǒng)設(shè)計中，對系統(tǒng)的硬件環(huán)境要求更高。隨著語音處理算法的日益復(fù)雜，用普通處理器對語音信號進(jìn)行實時處理，已經(jīng)不能滿足需要。專用語音信號處理芯片能解決實時性的要求，同時對器件的資源要求也是最低的。 論文利用Altera公司的新一代可編程邏輯器件在數(shù)字信號處理領(lǐng)域的優(yōu)勢，對語音信號的常用參數(shù)—LPC(線性預(yù)測編碼，Linear Predictive Coding)參數(shù)提取的FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列，F(xiàn)ield Programmable Gate Array)實現(xiàn)進(jìn)行了深入研究。論文首先對語音的離散數(shù)學(xué)模型和短時平穩(wěn)特性進(jìn)行了分析，深入討論了語音線性預(yù)測技術(shù)。第二，對解線性預(yù)測方程組的自相關(guān)法和協(xié)方差斜格法進(jìn)行了比較，提出了一種基于協(xié)方差斜格法的LPC參數(shù)提取系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。第三，對Altera公司的Cyclon系列可編程器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，分析了在QuartusⅡ開發(fā)平臺上進(jìn)行FPGA設(shè)計的流程。第四，對系統(tǒng)的各個功能模塊進(jìn)行了設(shè)計，所有算法通過Verilog硬件描述語言實現(xiàn)，并對其工作過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析。最后，在Altera FPGA目標(biāo)芯片EP1C6Q240C8上，對LPC參數(shù)提取系統(tǒng)進(jìn)行了仿真驗證。 系統(tǒng)具有靈活的輸入輸出接口，能方便地同其它語音處理模塊相連，構(gòu)成一個完整的語音處理專用芯片，可以應(yīng)用于語音編解碼、語音識別等系統(tǒng)。
上傳時間： 2013-04-24
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視頻圖像處理的應(yīng)用越來越廣泛，各種處理算法也日趨成熟，相關(guān)的硬件技術(shù)不斷地推陳出新。視頻圖像處理系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)一般來說有三種方式：數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processor)、專用集成芯片(Application Specific Integrated Circuit)和現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(Field Programmable Gate Array)以及相關(guān)電路組成。最近幾年，隨著電子設(shè)計自動化(Electronic Design Automation)技術(shù)的迅速發(fā)展，使得基于FPGA的可編程片上系統(tǒng)(System On a Programmable Chip)逐漸成為嵌入式系統(tǒng)。應(yīng)用的一種趨勢。特別地，在視頻圖像處理系統(tǒng)設(shè)計中，數(shù)據(jù)量大，要求處理速度快，靈活性高，F(xiàn)PGA有其獨(dú)特的優(yōu)勢。鑒于此，本文對基于FPGA和SOPC技術(shù)的視頻圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行了研究。 本文介紹了Xilinx公司FPGA的結(jié)構(gòu)和功能特點，以及可編程片上系統(tǒng)的開發(fā)工具和片內(nèi)系統(tǒng)設(shè)計流程。根據(jù)視頻信號的相關(guān)知識，編寫了視頻圖像處理IP核，構(gòu)建了視頻圖像處理系統(tǒng)。整個系統(tǒng)以FPGA為核心器件，內(nèi)嵌PowerPC405處理器模塊，通過ⅡC總線完成視頻解碼芯片的初始化，總體上實現(xiàn)了對視頻圖像信號的采集、處理、存儲和顯示。 本文最后對系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試。經(jīng)過實驗驗證，系統(tǒng)能正確和可靠地工作。整個系統(tǒng)的邏輯資源消耗占FPGA的百分之十幾，剩余的資源可以做許多硬件算法或其它方面的應(yīng)用。
標(biāo)簽： 視頻圖像 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-24
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普通GPS接收機(jī)在特殊環(huán)境下，如在高樓林立的城市中心，林木遮擋的森林公路，特別是在隧道和室內(nèi)環(huán)境的情況下，由于衛(wèi)星信號非常微弱，載噪比（Carrier Noise Ratio，C/No）通常都在34dB-Hz以下，很難有效捕獲到衛(wèi)星信號，導(dǎo)致無法正常定位。惡劣條件下的定位有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，特別是在交通事故、火災(zāi)和地震等極端環(huán)境下，快速準(zhǔn)確定位當(dāng)事者所處位置對于降低事態(tài)損失和營救受傷者是極為重要的。歐美和日本等發(fā)達(dá)國家也都制定了相應(yīng)的提高惡劣條件下高靈敏度定位能力的發(fā)展政策。而高靈敏度GPS接收機(jī)定位的關(guān)鍵在于GPS微弱信號的處理。 本課題的主要研究內(nèi)容是針對GPS微弱信號改進(jìn)處理方法。針對傳統(tǒng)GPS接收機(jī)信號捕獲中的串行搜索方法提出了基于批處理的微弱信號捕獲方法,來提高低信噪比情況下微弱信號的捕獲能力，實現(xiàn)快速高靈敏度的準(zhǔn)確捕獲；針對捕獲微弱信號處理大量數(shù)據(jù)導(dǎo)致的運(yùn)算量激增，運(yùn)用雙塊零拓展(Double Block Zero Padding，DBZP)處理方法減少運(yùn)算量同時縮短捕獲時間。針對傳統(tǒng)GPS接收機(jī)延遲鎖相環(huán)跟蹤算法提出了基于卡爾曼濾波的新型捕獲算法，減小延遲鎖相環(huán)失鎖造成的信號跟蹤丟失概率，來提高惡劣環(huán)境下低信噪比信號的跟蹤能力，實現(xiàn)微弱信號的連續(xù)可靠跟蹤。通過提高GPS微弱信號的捕獲與跟蹤能力，進(jìn)而使GPS接收機(jī)在惡劣環(huán)境下衛(wèi)星信號微弱時能夠?qū)崿F(xiàn)較好的定位與導(dǎo)航。 通過擬合GPS接收機(jī)實際接收到的原始數(shù)據(jù)，構(gòu)造出不同載噪比的數(shù)字信號，分別對提出的針對微弱信號的捕獲與跟蹤算法進(jìn)行仿真比較驗證，結(jié)果表明，對接收機(jī)后端信號處理部分作出的算法改進(jìn)使得GPS接收機(jī)可以更好的處理微弱信號，并且具有較高的靈敏度和精度。文章同時針對提出的數(shù)據(jù)處理特征使用FPGA技術(shù)對算法主要的數(shù)據(jù)處理部分進(jìn)行了初步的構(gòu)架實現(xiàn)并進(jìn)行了板級驗證，結(jié)果表明，利用FPGA技術(shù)可以較好的實現(xiàn)算法的數(shù)據(jù)處理功能。文章最后給出了結(jié)論，通過提出的基于批處理和基于DBZP方法的捕獲算法以及基于卡爾曼濾波的信號跟蹤算法，可以有效地解決微弱GPS信號處理的難題，進(jìn)而實現(xiàn)微弱信號環(huán)境下的定位與導(dǎo)航。
上傳時間： 2013-04-24
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在超深亞微米技術(shù)工藝下，布局成為超大規(guī)模集成電路物理設(shè)計中至關(guān)重要的一步。由于現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programable Gate Array，F(xiàn)PGA)布線資源的預(yù)先確定性，使得FPGA的布局更為重要。本文以建立高性能、低擁擠的布局為目標(biāo)，從FPGA芯片結(jié)構(gòu)和布局算法兩方面進(jìn)行了深入研究。論文提出了一種通用的層次式FPGA(HFPGA)結(jié)構(gòu)模型及布局模型，并且給出了該模型的數(shù)學(xué)計算公式；提出將元件之間的層次距離轉(zhuǎn)化為線長的方法，實現(xiàn)了基于線網(wǎng)模型的高精度布局算法：提出利用矩形的對角線元件之間層次來代替線長，從而達(dá)到優(yōu)化線長的同時提高布通率的快速布局算法。實驗結(jié)果表明，兩種算法均在北卡羅來納微電子中心(MCNC)學(xué)術(shù)芯片測試案例上取得了較理想的布局實驗效果，為下一步的布線工作建立了良好的基礎(chǔ)接口，并且完成了初始布線的工作。本FPGA結(jié)構(gòu)模型的提出和布局算法的實現(xiàn)也都為工業(yè)界提供了借鑒價值。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字圖像處理已經(jīng)成為眾多應(yīng)用系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。它的發(fā)展主要依賴于兩個性質(zhì)不同、自成體系但又緊密相關(guān)的研究領(lǐng)域：圖像處理算法及其相應(yīng)的電路實現(xiàn)。圖像處理系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)—般有三種方式：專用的圖像處理器件集成芯片(Application Specific Integrated Circuit)、數(shù)字信號處理器(Digital Signal Process)和現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array)以及相關(guān)電路組成。它們可以實時高速完成各種圖像處理算法。圖像處理中，低層的圖像預(yù)處理的數(shù)據(jù)量很大，要求處理速度快，但運(yùn)算結(jié)果相對比較簡單。相對于其他兩種方式，基于FPGA的圖像處理方式的系統(tǒng)更適合于圖像的預(yù)處理。本文設(shè)計了—種基于FPGA的小波域圖像去噪系統(tǒng)。首先，闡述了基于小波變換的圖像去噪算法原理，重點討論了小波鄰域閾值(NeighShrink)去噪算法，并給出了該算法相應(yīng)的Matlab 仿真；然后，為了改進(jìn)鄰域閾值去噪算法中對每個分解子帶都采用相同鄰域和閾值的缺點，本文提出了基于最小二乘支持向量機(jī)(LS-SVM)分類的鄰域閾值去噪算法和以斯坦無偏估計 (SURE)為準(zhǔn)則同時結(jié)合小波系數(shù)尺度間關(guān)系的鄰域閾值去噪算法。經(jīng)Matlab實驗表明，相比于其他幾種經(jīng)典算法，本文提出的兩種改進(jìn)算法在濾除噪聲的同時能更好地保護(hù)圖像細(xì)節(jié)，并在較高噪聲情況下能獲得更高的峰值信噪比。在此基礎(chǔ)上本文將提出的改進(jìn)小波鄰域閾值去噪算法進(jìn)行了相應(yīng)的簡化，以滿足低噪聲處理要求且易于在FPGA上實現(xiàn)；最后，給出了基于 FPGA的小波鄰域閾值去噪系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和FPGA內(nèi)部各功能模塊的具體實現(xiàn)方案，包括二維離散小波變換模塊、二維離散小波逆變換模塊、SDRAM存儲器控制模塊、去噪計算模塊和系統(tǒng)核心控制模塊，并對各個系統(tǒng)模塊和整體進(jìn)行了仿真驗證，結(jié)果表明本文設(shè)計的基于FPGA 的小波鄰域閾值去噪系統(tǒng)能滿足實際的圖像處理要求，具有一定的理論和實際應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞：圖像處理系統(tǒng)，F(xiàn)PGA，圖像去噪算法，小波變換
上傳時間： 2013-05-16
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生物醫(yī)學(xué)信號是源于一個生物系統(tǒng)的一類信號，像心音、腦電、生物序列和基因以及神經(jīng)活動等，這些信號通常含有與生物系統(tǒng)生理和結(jié)構(gòu)狀態(tài)相關(guān)的信息，它們對這些系統(tǒng)狀態(tài)的研究和診斷具有很大的價值。信號拾取、采集和處理的正確與否直接影響到生物醫(yī)學(xué)研究的準(zhǔn)確性，如何有效地從強(qiáng)噪聲背景中提取有用的生物醫(yī)學(xué)信號是信號處理技術(shù)的重要問題。 設(shè)計自適應(yīng)濾波器對帶有工頻干擾的生物醫(yī)學(xué)信號進(jìn)行濾波，從而消除工頻干擾，獲得最佳的濾波效果是本研究要解決的問題。生物醫(yī)學(xué)信號具有信號弱、噪聲強(qiáng)、頻率范圍較低、隨機(jī)性強(qiáng)等特點。由于心電(electrocardiogram，ECG)信號的確定性、穩(wěn)定性、規(guī)則性都比其他生物信號高，便于準(zhǔn)確評估和檢測濾波效果，本研究采用ECG信號作為原始的模板信號。 本研究將新的電子芯片技術(shù)與現(xiàn)代信號處理技術(shù)相結(jié)合，從過去單一的軟件算法研究，轉(zhuǎn)向軟件與硬件結(jié)合，從而提高自適應(yīng)速度和精度，而且可以使系統(tǒng)的開發(fā)周期縮短、成本降低、容易升級和變更。 采用現(xiàn)場可編程邏輯器件(Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)作為新的ECG快速提取算法的硬件載體，加快信號處理的速度。為了將ECG快速提取算法轉(zhuǎn)換為常用的適合于FPGA芯片的定點數(shù)算法，研究中詳細(xì)分析了定點數(shù)的量化效應(yīng)對自適應(yīng)噪聲消除器的影響，以及對浮點數(shù)算法和定點數(shù)算法的復(fù)合自適應(yīng)濾波器的各種參數(shù)的選擇，如步長因子和字長選擇。研究中以定點數(shù)算法中的步長因子和字長選擇，作為FPGA設(shè)計的基礎(chǔ)，利用串并結(jié)合的硬件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)自適應(yīng)濾波器，并得到了預(yù)期的效果，準(zhǔn)確提取改善后的ECG信號。 研究中，在MATLAB(Matrix Laboratry)軟件的環(huán)境下模擬，選取帶有50Hz工頻干擾的不同信噪比的ECG原始信號，在浮點數(shù)情況下，原始信號通過采用最小均方LMS(LeastMean Squares)算法的浮點數(shù)自適應(yīng)濾波器后，根據(jù)信噪比的改善和收斂速度，確定不同的最佳μ值，并在定點數(shù)情況下，在最佳μ值的情況下，原始信號通過采用LMs算法的定點數(shù)自適應(yīng)濾波器后，根據(jù)信噪比的改善效果和采用硬件的經(jīng)濟(jì)性，確定最佳的定點數(shù)。并了解LMS算法中步長因子、定點數(shù)字長值對信號信噪比、收斂速度和硬件經(jīng)濟(jì)性的影響。從而得出針對含有工頻干擾的不同信噪比的原始ECG，應(yīng)該采用什么樣的μ值和什么樣的定點數(shù)才能對原始ECG的改善和以后的硬件實現(xiàn)取得最佳的效果，并根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)和結(jié)果，在FPGA上實現(xiàn)自適應(yīng)濾波器，使自適應(yīng)濾波器能對帶有工頻干擾的ECG原始信號有最佳的濾波效果。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，永磁電機(jī)的研發(fā)和控制技術(shù)都有了快速的發(fā)展。永磁電機(jī)的發(fā)展也帶來了永磁電機(jī)控制器的發(fā)展，電機(jī)控制器已經(jīng)由傳統(tǒng)的模擬元件控制器，逐漸轉(zhuǎn)向數(shù)模混合控制器、全數(shù)字控制器。基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA——Field Programmable Gate Array)的新一代數(shù)字電機(jī)控制技術(shù)得到越來越多的關(guān)注。現(xiàn)在的FPGA不僅實現(xiàn)了軟件需求和硬件設(shè)計的完美集合，還實現(xiàn)了高速與靈活性的完美結(jié)合，使其已超越了ASIC器件的性能和規(guī)模。在工業(yè)控制領(lǐng)域，F(xiàn)PGA雖然起步較晚，但是發(fā)展勢頭迅猛。 本文在介紹了傳統(tǒng)無刷直流電機(jī)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，分析了采用FPGA實現(xiàn)電機(jī)控制的優(yōu)點。詳細(xì)介紹了使用硬件編程語言，在FPGA中編程實現(xiàn)永磁無刷直流電機(jī)速度閉環(huán)控制的各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如：PI調(diào)節(jié)器、數(shù)字PWM等等。在實現(xiàn)永磁無刷直流電機(jī)速度閉環(huán)控制的同時，將速度檢測環(huán)節(jié)采用FPGA實現(xiàn)，減小了系統(tǒng)硬件開銷。在實現(xiàn)單臺永磁無刷直流電機(jī)速度閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，本文在一片F(xiàn)PGA芯片上實現(xiàn)了多臺永磁無刷直流電機(jī)的速度閉環(huán)獨(dú)立控制系統(tǒng)。介紹了采用FPGA進(jìn)行多臺電機(jī)控制具有獨(dú)特的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢使得FPGA在實現(xiàn)多臺電機(jī)控制時非常方便，具有單片機(jī)(MCU)和數(shù)字信號處理器(DSP)無法比擬的優(yōu)點。文中對基于FPGA的單臺和多臺永磁無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)分別進(jìn)行了實驗驗證。 FPGA編程靈活，設(shè)計方便，本文在FPGA中實現(xiàn)了各種不同的PWM調(diào)制方式。從電路方面詳細(xì)分析了采用不同的PWM調(diào)制，換相時無刷直流電機(jī)母線的反向電流問題。借助FPGA平臺，對各種PWM調(diào)制方式進(jìn)行了實驗，對理論分析進(jìn)行了驗證。 另外，本文介紹了目前非常流行的一種FPGA圖形化設(shè)計方法，即基于XSG(Xilinx System Generator)的FPGA設(shè)計。這種設(shè)計方法具有圖形化、模塊化的優(yōu)點，大大方便了用戶的FPGA開發(fā)設(shè)計。在XSG中建立的仿真系統(tǒng)，區(qū)別于傳統(tǒng)的Simulink仿真，可以直接生成相應(yīng)的硬件編程語言代碼下載到FPGA中運(yùn)行。本文借助XSG軟件設(shè)計在XSG/Simulink中實現(xiàn)了永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的混合建模算法，并進(jìn)行了仿真。
標(biāo)簽： FPGA 永磁電機(jī) 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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·詳細(xì)說明：雙音多頻（DTMF）信號發(fā)生器的使用源程序，vc 編寫，與《雙音多頻（DTMF）接收器的使用源程序》聯(lián)合用- The double sound multi- frequencies (DTMF) the signal generating device use source program, the vc compilation, (DTMF) Receiver Use Source p
標(biāo)簽： DTMF 雙音多頻 信號發(fā)生器 源程序
上傳時間： 2013-07-23
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