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文档简介
级计算机应用技术专业 lcd液晶显示 第1章 绪论1.1 课题背景在现代生活中,lcd液晶显示应用在我们生活的各个角落,它的广泛应用给我们的生活带来了方便。我们经常会在身边的移动电话、计算机、TV和汽车上看到显示屏,这些显示屏通常都是LCD或者CRT显示屏。在电子产品设计中,人机交互显示界面是必不可少的工作,目前一般使用的液晶显示器均为七段笔划式,只能显示数字和少量字符,功能往往受到局限,对于较复杂的字符或图形则无能为力。而LCD智能型显示模块则是一种低功耗、低损耗、低价值的显示器件它不但可以显示各式各样的字符、汉字和图形,同时具有可编程能力,且与单片机接口方便,基于以上优点,LCD智能显示模块获得了广泛的应用。 1.2 研究意义显示器是人与机器沟通的重要界面,早期以显像管显示器为主,但随着科技不断进步,各种显示技术不断涌现。液晶显示器件作为一种成熟的平板显示器件,它独具的低压、微功耗特性使之可以直接与大规模集成电路结合而开发出一系列具有便携显示功能的产品。这些产品不仅改变了人类生活甚至改变了整个社会。可以说,有信息的地方就离不开显示,凡是需要显示的地方就有液晶的用武之地,因此对LCD显示技术的研究和学习具有很高的实际应用意义。1.3 实现功能 这是一个lcd液晶显示的实验,通过编写字符库,在lcd液晶模块上显示想要的文字和字符。第2章 硬件介绍 2.1 单片机 2.1.1 单片机的介绍如果说单片机就是一个电脑你可能不会认可,其实它和我们用的电脑的在本质上没有区别,只是5步和100步的区别,想当年比尔.盖茨也给类似的东西搞过编程,当时机器的显示器是几个LED显示灯。 单片机到底是什么呢?就是一个电脑,只不过是微型的,麻雀虽小,五脏俱全:它内部也用和电脑功能类似的模块,比如CPU,内存,并行总线,还有和硬盘作用相同的存储器件,不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多,不过价钱也是低的,一般不超过10元即可,用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机,排烟罩VCD等等的家电里面都可以看到它的身影,它主要是作为控制部分的核心部件。 它是一种在线式实时控制计算机,在线式就是现场控制,需要的是有较强的抗干扰能力,较低的成本,这也是和离线式计算机的(比如家用PC)的主要区别。 单片机是靠程序的,并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能,尤其是特殊的独特的一些功能,这是别的器件需要费很大力气才能做到的,有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系,或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话,电路一定是一块大PCB板!但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机,结果就会有天壤之别!只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能,高效率,以及高可靠性! 由于单片机对成本是敏感的,所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言,它是除了二进制机器码以上最低级的语言了,既然这么低级为什么还要用呢?很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢?原因很简单,就是单片机没有家用计算机那样的CPU,也没有像硬盘那样的海量存储设备。一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮,也会达到几十K的尺寸!对于家用PC的硬盘来讲没什么,可是对于单片机来讲是不能接受的。 单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行,所以汇编虽然原始却还是在大量使用。一样的道理,如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用PC上来运行,家用PC的也是承受不了的。 2.1.2 单片机的发展自1976年9月Intel公司推出MCS-48单片机以来,有关公司都争相推出各自的单片机。如GI公司推出PIC1650系列单片机,Rockwell公司推出了与6502微处理器兼容的R6500系列单片机。1978年下半年Motorola公司推出M6800系列单片机,Zilog公司相继推出Z8单片机系列。1980年Intel公司在MCS-48系列基础上又推出了高性能的MCS-51系列单片机。这类单片机均带有串行I/O口,定时器/计数器为16位,片内存储容量(RAM,ROM)都相应增大,并有优先级中断处理功能,单片机的功能、寻址范围都比早期的扩大了,它们是当时单片机应用的主流产品。1982年Mostek公司和Intel公司先后又推出了性能更高的16位单片机MK68200和MCS-96系列,NS公司和NEC公司也分别在原有8位单片机的基础上推出了16位单片机HPC16040和PD783系列。1987年Intel公司又宣布了性能比8096高两倍的CMOS型80C196,1988年推出带EPROM的87C196单片机。由于16位单片机推出的时间较迟、价格昂贵、开发设备有限等多种原因,至今还未得到广泛应用。而8位单片机已能满足大部分应用的需要,因此,在推出16位单片机的同时,高性能的新型8位单片机也不断问世。如:Motorola公司推出了带A/D和多功能I/O的68MC11系列,Zilog公司推出了带有DMA功能的Suqer8,Intel公司在1987年也推出了带DMA和FIFO的UPI-452等。目前国际市场上8位、16位单片机系列已有很多,但是,在国内使用较多的系列是Intel公司的产品,其中又以MCS-51系列单片机应用尤为广泛,二十几年经久不衰,而且还在更进一步发展完善,价格越来越低,性能越来越好。2.1.3 单片机的应用 单片机在现实生活中的应用有以下几个方面:一. 在便携式设备中的应用: 手机在现代生活中的使用越来越广,其功能也是越来越多,如现在有很多手机都带有MP3及照相功能,有的还具有闪信和计步器功能。手机闪信需要处理器能完成多路模拟输入、数据的实时处理等,原有的手机很难直接实现这些功能,就需要MCU配合完成其功能。 PMP等便携式设备大都带有彩色的TFT屏,而传统的驱动是由白色LED完成的,但其存在色差;现在大都采用RGB三色LED来背光,同时需要检测背光的效果,克服LED亮度变暗的问题。MCU可以协助主处理器完成这些功能,达到很好的彩色TFT屏的背光效果。 便携式设备往往由多个公司共同提供模块,需要MCU有好的保密功能。因此便携式设备对MCU的要求,大都需要小尺寸,低功耗,实时快速响应,保密性好,成本低等优点。小封装高集成的MCU,能集成FLASH、ADC、DAC、OSC、SRAM、PWM、温度传感器、看门狗等,同时便于MCU的编程和升级。二在电话远程控制中的应用:随着通讯产业的发展,电话机已经走进了千家万户,利用电话机进行远程控制的技术也日益用于生活中,有一种电话远程控制系统,该系统主要应用于电话遥控控制的家用电器,用户在户外可通过任意一部双音多频电话(包括手机、电话分机),根据语音提示,可以对各种电器(如电饭锅、微波炉等电器)进行远程控制。此系统主要包括电话振铃检测电路,电话自动拾机和挂机电话,DTMF信号解码电路,语音提示电路,以及音频放大电路,当有电话呼入时,电话振铃检测电路检测到有振铃并等待系统默认的振铃次数后,控制器自动拾机。用户在语音提示下依次输入用户的操作密码和操作指令。DTMF解码电路将接收到的DTMF解码后的数字信号送入AT89C51,若密码有误,系统自动挂机,当密码正确时,只需按语音提示依次完成一系列操作,当操作完成时,单片机根据返回的确认信息实现对相应的家用电器进行控制。二. 在电源设计中的应用:单片机在许多电源设计中的作用主要是监测。许多单片机都有片上模数转换器(ADC)和模拟比较器。因此,单片机在监测输入电压、输入电流、输出电压、输出电压和温度等信号方面是理想之选。 单片机能够监测范围如此广泛的信号,就可以完成更多功能,如智能故障检测。单片机的多功能源于其可编程能力,可以方便地进行定制来满足设计要求。这样,对于故障情况就可以分类进行处理。短暂的过流以及其他非关键故障可能只需要设置一个标志就可以了。而过热这样的故障则可能需要关闭电源,直到故障排除。需要重新启动电源的故障也可以进行更严格的控制。在某个时间段内如果有太多的故障,单片机就可以永久关断电源。 单片机强大的处理能力还可以实现复杂的计算测量,如功率的实时计算。在模拟系统中确定功率值需要进行复杂的模拟计算。但对于单片机来说,只是小事一桩。输入功率、输出功率、效率以及功率损失等参数都可以计算。 最后,单片机的监测功能还可以支持更高级功能,如故障预测。将工作电流实时与历史数据进行比较,电源设计人员便可判断导致电源故障的条件。电源本身具备预测自己故障的能力可以节约成本并提供更高的可靠性。2.2 CPU的选择及应用 2.1.2 MS-51单片机的内部结构及芯片图 一.MS-51的内部结构8051是MCS-51系列单片机的典型产品,8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。l 中央处理器中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件,是8位数据宽度的处理器,能处理8位二进制数据或代码,CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作,完成运算和控制输入输出功能等操作。l 数据存储器(RAM)8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元,它们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问,而不能用于存放用户数据,所以,用户能使用的的RAM只有128个,可存放读写的数据,运算的中间结果或用户定义的字型表。l 程序存储器(ROM)8051共有4096个8位掩膜ROM,用于存放用户程序,原始数据或表格。l 定时/计数器(ROM)8051有两个16位的可编程定时/计数器,以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。l 并行输入输出口(I/O)口8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3),用于对外部数据的传输。l 全双工串行口8051内置一个全双工串行通信口,用于与其它设备间的串行数据传送,该串行口既可以用作异步通信收发器,也可以当同步移位器使用。l 中断系统8051具备较完善的中断功能,有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断,可满足不同的控制要求,并具有2级的优先级别选择。l 时钟电路8051内置最高频率达12MHz的时钟电路,用于产生整个单片机运行的脉冲时序,但8051单片机需外置振荡电容。 单片机的结构有两种类型,一种是程序存储器和数据存储器分开的形式,即哈佛(Harvard)结构,另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构,即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式,而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。l 内部结构图2.2.2 8D锁存器74LS373简介74LS373是8D锁存器(3S,锁存允许输入有回环特性) ,常应用在地址锁存及输出口的扩展中。简要说明: SN74LS373, SN74LS374 常用的8d锁存器,常用作地址锁存和i/o输出. 可以用74hc373代换. 74LS373是低功耗肖特基TTL8D锁存器,74H373是高速CMOS器件,功能与74LS373相同,两者可以互换。74LS373内有8个相同的D型(三态同相)锁存器,由两个控制端(11脚G或EN;1脚OUT、CONT、OE)控制。当OE接地时,若G为高电平,74LS373接收由PPU输出的地址信号;如果G为低电平,则将地址信号锁存。工作原理:74LS373的输出端O0O7可直接与总线相连。当三态允许控制端OE为低电平时,O0O7为正常逻辑状态,可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时,O0O7呈高阻态,即不驱动总线,也不为总线的负载,但锁存器内部的逻辑操作不受影响。 当锁存允许端LE为高电平时,O随数据D而变。当LE为低电平时,O被锁存在已建立的数据电平。74LS373的引脚图: 74LS373内部逻辑图:2.2.3 74LS138的简介 74LS138(及74HC138,74AHC138)是3 线 8线译码器。 74LS138 为3 线8 线译码器,共有54/74S138和 54/74LS138 两种线路结构型式,其工作原理如下: 当一个选通端(G1)为高电平,另两个选通端(/(G2A)和/(G2B))为低电平时,可将地址端(A、B、C)的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。 利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成 24 线译码器;若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。 若将选通端中的一个作为数据输入端时,74LS138还可作数据分配器。 74LS138引脚图: 2.3 EPROM 2725627256为NMOS产品,所有输入输出全部与TTL兼容,三态输出,数据可用紫外线擦除,除27脚外,与27128引脚兼容,工作最大电流100mA,维持电流40mA,读出时间250ns。单+5V电源,27C256为CMOS产品。功耗远比27256要小。2.4液晶显示器介绍 体积小巧、轻便、无辐射、省电的LCD显示器便逐渐开始取代CRT显示器的地位。一、部件也看个够为了让大家清晰地了解LCD显示器,先请大家一起来认识一下LCD显示器的各个部件吧。1.液晶面板由于液晶显示不需要磁性介质,因此具有诸多的环保优势,它只需要很小的电流就可以改变液晶分子的排列状况来达到显示图像的目的,所以液晶面板比传统CRT显示器要省电,同时也无辐射,保护了使用者的视力。2.底座LCD显示器的底座与CRT显示器的不同,有的LCD显示器底座可以拆卸,有的又是固定在显示器下方,与显示器连为一体。由于LCD显示器轻薄的特点,底座的翻转设计可以让液晶屏有更大的活动范围。3.两类接口在LCD显示器的背面还两类比较重要的接口,一类是电源接口,另一类是视频信号接口。电源接口:这是LCD显示器的动力之所在。有的LCD显示器提供的是单独的交流电源输入端。也有不少的LCD显示器专门配置了AC电源,即直流电的输入端。视频信号接口:LCD显示器的视频信号接口一般有传统的15针D型模拟接口和DVI数字接口两种。而数字接口DVI又分为DVI-D(纯数字接口)和DVI-I(模拟数字兼容式接口),DVI-D接口一般通常与传统15针D型模拟接口同时提供,而DVI-I一般是单独提供的。由于LCD显示器输出的视频信号为数字信号,所以LCD显示器与带数字接口的显卡配合会达到较好的显示效果。二、了解LCD显示原理LCD显示器与CRT显示器的工作原理完全不同。液晶显示器,顾名思义是用“液晶”作为显示材料的。其实液晶是一种介于固态和液态之间的物质。当众多液晶分子聚集在一起,就像是一队整齐的“列兵”,这队“列兵”在受到外界电场影响时,便会改变它们的排列方向,在一定条件下可以让光线通过,造成光线的扭曲和折射。根据液晶分子的这个特点,液晶显示器诞生了。而液晶显示器又分为不同的种类,目前液晶显示技术主要分为TN、STN、DSIN、TFT四种(如附表)。我们就从它们开始了解LCD显示器显示美丽图像的秘密吧。1.TN-LCDTN-LCD、STN-LCD、DSTN-LCD这三种液晶显示的原理基本相同,不同之处在于液晶分子的扭曲角度有所差别。TN-LCD显示器是液晶显示器的鼻祖,只能显示黑白色,像我们用的计算器和电子表就是采用的这种液晶面板。TN-LCD主要由玻璃板、偏光器、ITO膜、配向膜组成两个夹层,它将液晶置于两片导电玻璃之间,靠两个电极间的电场驱动,引起液晶分子扭曲向列的电场效应,以控制光源透射或遮蔽功能,将影像显示出来。当玻璃基板没有加电时,光线透过偏光板跟着液晶做90度扭转,通过下方偏光板,液晶面板显示白色(图左侧所示);当玻璃基板加电时,液晶分子产生配列变化,光线通过液晶分子空隙维持原方向,被下方偏光板遮蔽,光线被吸收无法透出,液晶面板显示黑色(图右侧所示)。这样会形成透光时为白、不透光时为黑,字符就可以显示在屏幕上了。这也是最简单的液晶显示原理。2.STN-LCDSTN-LCD的显示原理与TN相类似,不同的是TN扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转90度,而STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转180270度。3.DSTN-LCDDSTN是由STN发展而来的,用于早期的掌上游戏机和笔记本电脑,DSTN也俗称伪彩。它没有背光设计,必须借助外界光源来显像,所以发展局限性很大。4.TFT-LCD目前的LCD显示器几乎都是采用TFT-LCD。TFT-LCD同样采用两夹层间填充液晶分子的设计,工作原理建立在TN-LCD基础上。不过,在TFT-LCD中已将TN上部夹层中的电极改为FET晶体管,而下层改为共通电极。在光源设计上,TFT的显示采用“背透式”照射方式,当光源照射时先通过下偏光板向上透出,它也借助液晶分子来传导光线,由于上下夹层的电极改成FET电极和共通电极。所以在FET电极导通时,液晶分子会立即发生改变,这时显示的手段同样是遮光和透光。但不同的是,由于FET晶体管具有电容效应,能够保持电位状态,先前透光的液晶分子会一直保持这种状态,直到FET电极下一次再加电改变其排列方式,这样大大提高了液晶屏的反应速度。除此外,TFT-LCD在显示图像的效果主要是由像素晶体管控制的。在TFT的面板中包含由红、绿、蓝组成的滤色片,这三个滤光片对应一个像素,每一个单色滤色片也称为子像素。如果我们的LCD显示器分辨率为1024768,那它实际上其由10243768个子像素和晶体管组成。三、更多关于LCD显示器1.显示器的尺寸LCD显示器的尺寸就是它实际的屏幕尺寸,也就是最大的可视尺寸。如果同是一台17英寸的显示器,CRT显示器的显示区域为15.35英寸,而液晶显示器的则为17英寸。2.分辨率LCD显示器显示器的分辨率有别于CRT显示器的分辨率,对于CRT显示器而言,只要调整电子束的偏转电压,就可以改变不同的分辨率。但LCD显示器由于像素间距已经固定,所以支持的显示模式不像CRT显示器那么多。LCD显示器的最佳分辨率也叫最大分辨率,在该分辨率下,液晶显示器才能显示最佳效果。譬如目前15英寸LCD显示器的最佳分辨率为1024768,1719英寸的LCD显示器最佳分辨率通常为12801024,更大尺寸的LCD显示器就拥有更大的最佳分辨率。3.亮度亮度的单位是坎德拉每平米,即cd/m2或称nits。当然亮度值越大时,图像的显示效果就越清晰,能看到的细节也就越多了。在LCD显示器中亮度往往和它的背板光源有关。背板光源越亮,整个液晶显示器的亮度也会随之提高。不过,LCD显示器的背光源的寿命也是有限的,长时间使用会导致亮度的逐渐下降。4.对比度对比度是屏幕上同一点最亮时(白色)与最暗时(黑色)的亮度的比值。对比度越高,显示器还原的色彩也就越鲜艳,画面色彩的层次感更加分明,色阶过渡更细腻。对比度一般在2501左右而当对比度能够达到3501时,效果就比较好了。现如今的CRT显示器能够轻易地达到7001甚至更高,而LCD显示器就没有这样的本领了,一般在3001左右。由此我们不难发现,LCD显示器的对比度目前是无法与CRT显示器相比较的。5.响应时间响应时间指的是LCD显示器显示器对于输入信号的反应速度,也就是液晶由暗转亮或者是由亮转暗的反应时间。通常都是以毫秒(ms)来计算,响应时间越小越好。6.屏幕坏点所谓坏点,其实是指在液晶面板上不能正常显示的像素点(坏点、亮点与暗点)统称。其中亮点是指在全黑底色背景下显示出会发亮的色点。暗点是指在全白底色背景下显示出的非发亮色点,以及在其它颜色背景下显示出的其它色点。坏点也是判断LCD显示器优劣的主要依据,坏点越少越好。关于LCD显示器坏点有A、B、C三级标准,A级质量最好。如我国的标准是3个坏点以下为A级合格,日本标准是3个坏点以下为A级合格,韩国标准是5个坏点以下为A级合格。第3章 系统软件设计3.1 软件设计思想 这是一个液晶lcd显示的实验,设计的基本思路是通过主程序来分别调用不同的子程序。在子程序中,对字符库的调用,具体的设计思路可以通过程序流程图来显示出来。程序流程图为:开 始空格填充整屏取字符地址为FFH?取字符显 示取下一个字符地址YN 3.2 基本工作原理 接口信号说明:编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地11DB4Data I/O2VDD电源正极(+5V)12DB5Data I/O3V0液晶显示偏压输入13DB6Data I/O4RS数据/命令选择端(H/L)14DB7Data I/O5R/W读写控制信号(H/L)15CS1片选IC1信号6E使能信号16CS2片选IC2信号7DB0Data I/O17RST复位端(H:正常工作,L:复位)8DB1Data I/O18VEE负电源输出(-10V)9DB2Data I/O19BLA背光源正极(+4.2V)10DB3Data I/O20BLK背光源负极控制器接口说明(KS108B及兼容芯片)(1)基本操作时序:1.1 读状态:输入:RS=L,R/W=H,CS1或CS2=H,E=高脉冲 输出:D0-D7=状态字1.2 写指令:输入:RS=L,R/W=L,D0-D7=指令码,CS1或CS2=H,E=高脉冲输出:无1.3 读数据:输入: RS=H,R/W=H,CS1或CS2=H,E=H 输出:D0-D7=数据1.4 写数据:输入: RS=H,R/W=L,D0-D7=数据,CS1或CS2=H,E=高脉冲 输出:无(2)状态字说明STA7STA6STA5STA4STA3STA2STA1STA0D7D6D5D4D3D2D1D0STA0-4未用STA5液晶显示状态1:关闭 0:显示STA6未用STA7读写操作使能1:禁止 0:允许注:对控制器每次进行读写操作之前,都必须进行读写检测,确保STA7为0。(2)指令说明: 2.1 初始化设置2.1.1 显示开关设置指令码功能3EH关显示3FH开显示2.1.2 显示初始设置指令码功能3EH关显示3FH开显示 2.2 数据控制控制器内部设有一个数据地址页和一个数据地址列指针,用户可通过它们来访问内部的全部512字节RAM。2.2.1 数据指针设置指令码功能B8H+页码(07)设置数据地址页指针40H+列码(063)设置数据地址列指针(3)初始过程 3.1 写指令c0h 设置显示初始行。 3.2 写指令3fH 开显示。3.2程序代码 ORG 0000H LJMP INITM ORG 0100HINITM: MOV SP,#67H ;SET STACK ADDRESS ;CLR P2.7 MOV A,#3EH ;OFF DISPLAY LCALL OUTI LCALL MS40 LCALL MS40 LCALL MS40 MOV A,#3FH ;ON DISPLAY LCALL OUTI LCALL MS40 LCALL MS40 LCALL MS40AGAIN:显示*号主程序 MOV R3,#04H ;PAGE NUMBER(2X4=8PAGES) MOV A,#0B8H ;PAGE0DISP1:PUSH ACC LCALL CHIN1 POP ACC INC A INC A DJNZ R3,DISP1 LCALL MS40 LCALL MS40 LCALL MS40 LCALL MS40 LCALL MS40显示竖条主程序 MOV R3,#04H MOV A,#0B8HDISP2: PUSH ACC LCALL CHIN2 POP ACC INC A INC A DJNZ R3,DISP2 LCALL MS40 LCALL MS40 LCALL MS40 LCALL MS40 LCALL MS40显示横条主程序 MOV R3,#04H MOV A,#0B8HDISP3: PUSH ACC LCALL CHIN3 POP ACC INC A INC A DJNZ R3,DISP3 LCALL MS40 LCALL MS40 LCALL MS40 LCALL MS40 LCALL MS40显示南京伟福四个汉字主程序 MOV R3,#04H MOV A,#0B8HDISP4: PUSH ACC LCALL CHIN4 POP ACC INC A INC A DJNZ R3,DISP4 LCALL MS40 LCALL MS40 LCALL MS40 LCALL MS40 LCALL MS40 LJMP AGAIN显示*号子程序CHIN1:PUSH ACC ;PUT A(PAGE NUMBER) INTO STACK LCALL OUTI MOV A,#40H ;SET Y ADDRESS LCALL OUTI 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软件介绍支持WINDOWS95/98/2000/XP/ME系统的wave6000/VW一体化集成调试环境,系南京伟福实业有限公司,集十五年技术积累,独立研发的具有完全自主版权的软件产品,被国内外
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