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数字滤波器的MATLAB与FPGA实现（Xilinx VHDL版） 杜勇 著 2017年版
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资料介绍
数字滤波器的MATLAB与FPGA实现（Xilinx VHDL版）
作者：杜勇 著
出版时间： 2017年版
内容简介
本书以Xilinx公司的FPGA器件为开发平台，采用MATLAB及VHDL语言开发工具，详细阐述了数字滤波器的实现原理、结构、方法及仿真测试过程，并通过大量工程实例分析其在FPGA实现过程中的具体技术细节。其主要内容包括FIR滤波器、IIR滤波器、多速率滤波器、自适应滤波器、变换域滤波器、解调系统的滤波器设计等。
目录
第1章 数字滤波器及FPGA概述/t（1）
1．1 滤波器概述/t（2）
1．1．1 滤波器简介/t（2）
1．1．2 数字滤波器的分类/t（3）
1．1．3 滤波器的特征参数/t（5）
1．2 FPGA基本知识/t（5）
1．2．1 FPGA的基本概念及发展历程/t（5）
1．2．2 FPGA的结构和工作原理/t（7）
1．2．3 IP核的概念/t（13）
1．3 FPGA在数字信号处理中的应用/t（13）
1．4 Xilinx器件简介/t（14）
1．4．1 Spartan系列器件/t（17）
1．4．2 Virtex系列器件/t（20）
1．4．3 PROM 芯片介绍/t（26）
1．5 FPGA信号处理板CXD301/t（27）
1．6 小结/t（29）
第2章 设计语言及环境介绍/t（31）
2．1 HDL语言简介/t（32）
2．1．1 HDL语言的特点及优势/t（32）
2．1．2 选择VHDL还是Verilog HDL/t（33）
2．2 VHDL语言基础/t（34）
2．2．1 程序结构/t（35）
2．2．2 数据类型/t（37）
2．2．3 数据对象/t（40）
2．2．4 运算符/t（40）
2．2．5 VHDL语句/t（46）
2．3 FPGA开发工具及设计流程/t（51）
2．3．1 ISE开发套件/t（51）
2．3．2 ModelSim仿真软件/t（55）
2．3．3 Synplicity综合软件/t（57）
2．3．4 FPGA设计流程/t（58）
2．4 MATLAB软件/t（60）
2．4．1 MATLAB软件简介/t（60）
2．4．2 常用的信号处理函数/t（63）
2．5 MATLAB与ISE的数据交换/t（69）
2．6 小结/t（70）
第3章 FPGA实现数字信号处理基础/t（71）
3．1 FPGA中数的表示/t（72）
3．1．1 莱布尼兹与二进制/t（72）
3．1．2 定点数表示/t（73）
3．1．3 浮点数表示/t（74）
3．2 FPGA中数的运算/t（77）
3．2．1 加/减法运算/t（77）
3．2．2 乘法运算/t（80）
3．2．3 除法运算/t（83）
3．2．4 有效数据位的计算/t（83）
3．3 有限字长效应/t（86）
3．3．1 字长效应的产生因素/t（86）
3．3．2 A/D变换的字长效应/t（87）
3．3．3 系统运算中的字长效应/t（88）
3．4 FPGA中的常用处理模块/t（90）
3．4．1 乘法器模块/t（90）
3．4．2 除法器模块/t（95）
3．4．3 浮点运算模块/t（98）
3．4．4 滤波器模块/t（100）
3．4．5 数字频率器模块/t（102）
3．5 小结/t（104）
第4章 FIR滤波器的FPGA设计与实现/t（105）
4．1 FIR滤波器的理论基础/t（106）
4．1．1 线性时不变系统/t（106）
4．1．2 FIR滤波器的原理/t（108）
4．1．3 FIR滤波器的特性/t（109）
4．1．4 FIR滤波器的结构形式/t（113）
4．2 FIR滤波器的设计方法/t（117）
4．2．1 窗函数法/t（117）
4．2．2 频率取样法/t（119）
4．2．3 最优设计方法/t（120）
4．3 FIR滤波器的MATLAB设计/t（121）
4．3．1 采用fir1函数设计/t（121）
4．3．2 采用kaiserord函数设计/t（126）
4．3．3 采用fir2函数设计/t（127）
4．3．4 采用firpm函数设计/t（128）
4．3．5 采用FDATOOL工具设计/t（130）
4．4 FIR滤波器的FPGA实现/t（132）
4．4．1 量化滤波器系数/t（132）
4．4．2 串行结构的FPGA实现/t（134）
4．4．3 并行结构的FPGA实现/t（141）
4．4．4 分布式结构的FPGA实现/t（144）
4．4．5 不同结构的性能对比分析/t（149）
4．4．6 采用FIR核实现/t（150）
4．5 FIR滤波器的板载测试/t（155）
4．5．1 硬件接口电路/t（155）
4．5．2 板载测试程序/t（155）
4．5．3 板载测试验证/t（161）
4．5 小结/t（163）
第5章 IIR滤波器的MATLAB与FPGA实现/t（165）
5．1 IIR滤波器的理论基础/t（166）
5．1．1 IIR滤波器的原理及特性/t（166）
5．1．2 IIR滤波器的结构形式/t（166）
5．1．3 IIR与FIR滤波器的比较/t（169）
5．2 IIR滤波器的设计方法/t（170）
5．2．1 几种典型的模拟滤波器/t（170）
5．2．2 原型转换设计法/t（172）
5．2．3 直接设计法/t（173）
5．3 IIR滤波器的MATLAB设计/t（174）
5．3．1 采用butter函数设计/t（174）
5．3．2 采用cheby1函数设计/t（175）
5．3．3 采用cheby2函数设计/t（175）
5．3．4 采用ellip函数设计/t（176）
5．3．5 采用yulewalk函数设计/t（176）
5．3．6 几种设计函数的比较/t（177）
5．3．7 采用FDATOOL工具设计/t（179）
5．4 IIR滤波器的FPGA实现/t（180）
5．4．1 量化直接型结构的系数及运算字长/t（180）
5．4．2 直接型结构的FPGA实现/t（184）
5．4．3 直接型结构FPGA实现后的测试仿真/t（190）
5．4．4 量化级联型结构的系数/t（194）
5．4．5 级联型结构的FPGA实现/t（195）
5．4．6 级联型结构FPGA实现后的测试仿真/t（200）
5．5 IIR滤波器的板载测试/t（201）
5．5．1 硬件接口电路/t（201）
5．5．2 板载测试程序/t（202）
5．5．3 板载测试验证/t（205）
5．6 小结/t（206）
第6章 多速率滤波器的FPGA实现/t（207）
6．1 多速率信号处理基础知识/t（208）
6．1．1 多速率信号处理的概念及作用/t（208）
6．1．2 多速率信号处理的一般步骤/t（209）
6．1．3 软件无线电中的多速率处理/t（209）
6．2 抽取与内插处理/t（211）
6．2．1 整数倍抽取/t（211）
6．2．2 整数倍内插/t（213）
6．2．3 比值为有理数的抽样率转换/t（215）
6．3 CIC滤波器/t（215）
6．3．1 CIC滤波器的原理/t（215）
6．3．2 CIC滤波器的应用条件/t（218）
6．3．3 单级CIC滤波器的FPGA实现/t（219）
6．3．4 多级CIC滤波器的FPGA实现/t（221）
6．3．5 CIC滤波器IP核的使用/t（229）
6．3．6 CIC滤波器的板载测试/t（231）
6．4 FIR半带滤波器/t（236）
6．4．1 半带滤波器的原理/t（236）
6．4．2 半带滤波器的MATLAB设计/t（237）
6．4．3 多级半带滤波器的设计/t（239）
6．4．4 多级半带滤波器的FPGA实现/t（241）
6．5 多相分解技术/t（247）
6．5．1 多相分解技术的一般概念/t（247）
6．5．2 整数倍抽取器的多相结构/t（248）
6．6 小结/t（251）
第7章 自适应滤波器的FPGA实现/t（253）
7．1 自适应滤波器简介/t（254）
7．1．1 自适应滤波器的概念/t（254）
7．1．2 自适应滤波器的应用/t（255）
7．1．3 自适应算法的一般原理/t（257）
7．2 LMS算法/t（259）
7．2．1 LMS算法的原理/t（259）
7．2．2 LMS算法的实现结构/t（259）
7．2．3 LMS算法的字长效应/t（261）
7．2．4 符号LMS算法原理/t（262）
7．2．5 LMS算法的MATLAB仿真/t（263）
7．3 自适应线性滤波器的FPGA实现/t（267）
7．3．1 自适应线性滤波器原理/t（267）
7．3．2 利用线性滤波器实现通道失配校正/t（267）
7．3．3 校正算法的 MATLAB仿真/t（269）
7．3．4 校正算法的VHDL实现/t（270）
7．3．5 FPGA实现后的仿真测试/t（274）
7．4 自适应均衡器的FPGA实现/t（276）
7．4．1 自适应均衡器原理/t（276）
7．4．2 自适应均衡器的MATLAB仿真/t（277）
7．4．3 自适应均衡器的VHDL实现/t（279）
7．4．4 FPGA实现后的仿真测试/t（284）
7．5 智能天线阵的FPGA实现/t（285）
7．5．1 智能天线阵的概念及原理/t（285）
7．5．2 自适应天线阵的MATLAB仿真/t（288）
7．5．3 自适应天线阵的VHDL实现/t（290）
7．5．4 FPGA实现后的仿真测试/t（293）
7．6 自适应陷波器的FPGA实现/t（293）
7．6．1 自适应陷波器原理/t（293）
7．6．2 自适应陷波器的MATLAB仿真/t（295）
7．6．3 自适应陷波器的VHDL实现/t（298）
7．6．4 FPGA实现后的仿真测试/t（301）
7．7 自适应陷波器的板载测试/t（302）
7．7．1 硬件接口电路/t（302）
7．7．2 板载测试程序/t（302）
7．7．3 板载测试验证/t（309）
7．8 小结/t（311）
第8章 变换域滤波器的FPGA实现/t（313）
8．1 变换域滤波器简介/t（314）
8．2 快速傅里叶变换/t（314）
8．2．1 离散傅里叶变换/t（314）
8．2．2 DFT存在的问题/t（316）
8．2．3 FFT算法的基本思想/t（317）
8．2．4 FFT算法的MATLAB仿真/t（318）
8．3 FFT核的使用/t（320）
8．3．1 FFT核简介/t（320）
8．3．2 FFT核的接口及时序/t（321）
8．4 频域滤波器的原理及MATLAB仿真/t（323）
8．4．1 抗窄带干扰滤波器的原理/t（323）
8．4．2 检测门限的选取/t（324）
8．4．3 频域滤波器的MATLAB仿真/t（325）
8．5 频域滤波器的FPGA实现/t（327）
8．5．1 FPGA实现的总体结构设计/t（327）
8．5．2 速率变换模块的设计与实现/t（329）
8．5．3 FFT及滤波设计与实现/t（334）
8．5．4 IFFT及数据输出设计与实现/t（339）
8．5．5 顶层文件设计及实现/t（343）
8．5．6 FPGA实现后的仿真测试/t（345）
8．6 频域滤波器的板载测试/t（346）
8．6．1 硬件接口电路/t（346）
8．6．2 板载测试程序/t（347）
8．6．3 板载测试验证/t（352）
8．6 小结/t（354）
第9章 解调系统滤波器的FPGA实现/t（355）
9．1 数字接收机的一般原理/t（356）
9．1．1 通用数字接收机处理平台/t（356）
9．1．2 基本调制解调技术/t（357）
9．1．3 改进的数字调制解调技术/t（359）
9．2 DPSK调制解调原理/t（360）
9．2．1 DPSK调制原理及信号特征/t（360）
9．2．2 DPSK信号的MATLAB仿真/t（361）
9．2．3 DPSK解调原理/t（364）
9．3 DPSK解调参数设计/t（366）
9．3．1 数字下变频器设计/t（367）
9．3．2 低通滤波器设计/t（368）
9．3．3 数字鉴相器设计/t（369）
9．3．4 环路滤波器设计/t（370）
9．3．5 载波同步环设计的一般步骤/t（372）
9．4 Costas环的FPGA实现/t（373）
9．4．1 顶层模块的VHDL实现/t（373）
9．4．2 鉴相器及环路滤波器的VHDL实现/t（376）
9．4．3 Costas环实现后的仿真测试/t（378）
9．5 Costas环的板载实验/t（379）
9．5．1 硬件接口电路/t（379）
9．5．2 板载测试程序/t（380）
9．5．3 板载测试验证/t（384）
9．6 小结/t（385）
参考文献/t（387）
作者：杜勇 著
出版时间： 2017年版
内容简介
本书以Xilinx公司的FPGA器件为开发平台，采用MATLAB及VHDL语言开发工具，详细阐述了数字滤波器的实现原理、结构、方法及仿真测试过程，并通过大量工程实例分析其在FPGA实现过程中的具体技术细节。其主要内容包括FIR滤波器、IIR滤波器、多速率滤波器、自适应滤波器、变换域滤波器、解调系统的滤波器设计等。
目录
第1章 数字滤波器及FPGA概述/t（1）
1．1 滤波器概述/t（2）
1．1．1 滤波器简介/t（2）
1．1．2 数字滤波器的分类/t（3）
1．1．3 滤波器的特征参数/t（5）
1．2 FPGA基本知识/t（5）
1．2．1 FPGA的基本概念及发展历程/t（5）
1．2．2 FPGA的结构和工作原理/t（7）
1．2．3 IP核的概念/t（13）
1．3 FPGA在数字信号处理中的应用/t（13）
1．4 Xilinx器件简介/t（14）
1．4．1 Spartan系列器件/t（17）
1．4．2 Virtex系列器件/t（20）
1．4．3 PROM 芯片介绍/t（26）
1．5 FPGA信号处理板CXD301/t（27）
1．6 小结/t（29）
第2章 设计语言及环境介绍/t（31）
2．1 HDL语言简介/t（32）
2．1．1 HDL语言的特点及优势/t（32）
2．1．2 选择VHDL还是Verilog HDL/t（33）
2．2 VHDL语言基础/t（34）
2．2．1 程序结构/t（35）
2．2．2 数据类型/t（37）
2．2．3 数据对象/t（40）
2．2．4 运算符/t（40）
2．2．5 VHDL语句/t（46）
2．3 FPGA开发工具及设计流程/t（51）
2．3．1 ISE开发套件/t（51）
2．3．2 ModelSim仿真软件/t（55）
2．3．3 Synplicity综合软件/t（57）
2．3．4 FPGA设计流程/t（58）
2．4 MATLAB软件/t（60）
2．4．1 MATLAB软件简介/t（60）
2．4．2 常用的信号处理函数/t（63）
2．5 MATLAB与ISE的数据交换/t（69）
2．6 小结/t（70）
第3章 FPGA实现数字信号处理基础/t（71）
3．1 FPGA中数的表示/t（72）
3．1．1 莱布尼兹与二进制/t（72）
3．1．2 定点数表示/t（73）
3．1．3 浮点数表示/t（74）
3．2 FPGA中数的运算/t（77）
3．2．1 加/减法运算/t（77）
3．2．2 乘法运算/t（80）
3．2．3 除法运算/t（83）
3．2．4 有效数据位的计算/t（83）
3．3 有限字长效应/t（86）
3．3．1 字长效应的产生因素/t（86）
3．3．2 A/D变换的字长效应/t（87）
3．3．3 系统运算中的字长效应/t（88）
3．4 FPGA中的常用处理模块/t（90）
3．4．1 乘法器模块/t（90）
3．4．2 除法器模块/t（95）
3．4．3 浮点运算模块/t（98）
3．4．4 滤波器模块/t（100）
3．4．5 数字频率器模块/t（102）
3．5 小结/t（104）
第4章 FIR滤波器的FPGA设计与实现/t（105）
4．1 FIR滤波器的理论基础/t（106）
4．1．1 线性时不变系统/t（106）
4．1．2 FIR滤波器的原理/t（108）
4．1．3 FIR滤波器的特性/t（109）
4．1．4 FIR滤波器的结构形式/t（113）
4．2 FIR滤波器的设计方法/t（117）
4．2．1 窗函数法/t（117）
4．2．2 频率取样法/t（119）
4．2．3 最优设计方法/t（120）
4．3 FIR滤波器的MATLAB设计/t（121）
4．3．1 采用fir1函数设计/t（121）
4．3．2 采用kaiserord函数设计/t（126）
4．3．3 采用fir2函数设计/t（127）
4．3．4 采用firpm函数设计/t（128）
4．3．5 采用FDATOOL工具设计/t（130）
4．4 FIR滤波器的FPGA实现/t（132）
4．4．1 量化滤波器系数/t（132）
4．4．2 串行结构的FPGA实现/t（134）
4．4．3 并行结构的FPGA实现/t（141）
4．4．4 分布式结构的FPGA实现/t（144）
4．4．5 不同结构的性能对比分析/t（149）
4．4．6 采用FIR核实现/t（150）
4．5 FIR滤波器的板载测试/t（155）
4．5．1 硬件接口电路/t（155）
4．5．2 板载测试程序/t（155）
4．5．3 板载测试验证/t（161）
4．5 小结/t（163）
第5章 IIR滤波器的MATLAB与FPGA实现/t（165）
5．1 IIR滤波器的理论基础/t（166）
5．1．1 IIR滤波器的原理及特性/t（166）
5．1．2 IIR滤波器的结构形式/t（166）
5．1．3 IIR与FIR滤波器的比较/t（169）
5．2 IIR滤波器的设计方法/t（170）
5．2．1 几种典型的模拟滤波器/t（170）
5．2．2 原型转换设计法/t（172）
5．2．3 直接设计法/t（173）
5．3 IIR滤波器的MATLAB设计/t（174）
5．3．1 采用butter函数设计/t（174）
5．3．2 采用cheby1函数设计/t（175）
5．3．3 采用cheby2函数设计/t（175）
5．3．4 采用ellip函数设计/t（176）
5．3．5 采用yulewalk函数设计/t（176）
5．3．6 几种设计函数的比较/t（177）
5．3．7 采用FDATOOL工具设计/t（179）
5．4 IIR滤波器的FPGA实现/t（180）
5．4．1 量化直接型结构的系数及运算字长/t（180）
5．4．2 直接型结构的FPGA实现/t（184）
5．4．3 直接型结构FPGA实现后的测试仿真/t（190）
5．4．4 量化级联型结构的系数/t（194）
5．4．5 级联型结构的FPGA实现/t（195）
5．4．6 级联型结构FPGA实现后的测试仿真/t（200）
5．5 IIR滤波器的板载测试/t（201）
5．5．1 硬件接口电路/t（201）
5．5．2 板载测试程序/t（202）
5．5．3 板载测试验证/t（205）
5．6 小结/t（206）
第6章 多速率滤波器的FPGA实现/t（207）
6．1 多速率信号处理基础知识/t（208）
6．1．1 多速率信号处理的概念及作用/t（208）
6．1．2 多速率信号处理的一般步骤/t（209）
6．1．3 软件无线电中的多速率处理/t（209）
6．2 抽取与内插处理/t（211）
6．2．1 整数倍抽取/t（211）
6．2．2 整数倍内插/t（213）
6．2．3 比值为有理数的抽样率转换/t（215）
6．3 CIC滤波器/t（215）
6．3．1 CIC滤波器的原理/t（215）
6．3．2 CIC滤波器的应用条件/t（218）
6．3．3 单级CIC滤波器的FPGA实现/t（219）
6．3．4 多级CIC滤波器的FPGA实现/t（221）
6．3．5 CIC滤波器IP核的使用/t（229）
6．3．6 CIC滤波器的板载测试/t（231）
6．4 FIR半带滤波器/t（236）
6．4．1 半带滤波器的原理/t（236）
6．4．2 半带滤波器的MATLAB设计/t（237）
6．4．3 多级半带滤波器的设计/t（239）
6．4．4 多级半带滤波器的FPGA实现/t（241）
6．5 多相分解技术/t（247）
6．5．1 多相分解技术的一般概念/t（247）
6．5．2 整数倍抽取器的多相结构/t（248）
6．6 小结/t（251）
第7章 自适应滤波器的FPGA实现/t（253）
7．1 自适应滤波器简介/t（254）
7．1．1 自适应滤波器的概念/t（254）
7．1．2 自适应滤波器的应用/t（255）
7．1．3 自适应算法的一般原理/t（257）
7．2 LMS算法/t（259）
7．2．1 LMS算法的原理/t（259）
7．2．2 LMS算法的实现结构/t（259）
7．2．3 LMS算法的字长效应/t（261）
7．2．4 符号LMS算法原理/t（262）
7．2．5 LMS算法的MATLAB仿真/t（263）
7．3 自适应线性滤波器的FPGA实现/t（267）
7．3．1 自适应线性滤波器原理/t（267）
7．3．2 利用线性滤波器实现通道失配校正/t（267）
7．3．3 校正算法的 MATLAB仿真/t（269）
7．3．4 校正算法的VHDL实现/t（270）
7．3．5 FPGA实现后的仿真测试/t（274）
7．4 自适应均衡器的FPGA实现/t（276）
7．4．1 自适应均衡器原理/t（276）
7．4．2 自适应均衡器的MATLAB仿真/t（277）
7．4．3 自适应均衡器的VHDL实现/t（279）
7．4．4 FPGA实现后的仿真测试/t（284）
7．5 智能天线阵的FPGA实现/t（285）
7．5．1 智能天线阵的概念及原理/t（285）
7．5．2 自适应天线阵的MATLAB仿真/t（288）
7．5．3 自适应天线阵的VHDL实现/t（290）
7．5．4 FPGA实现后的仿真测试/t（293）
7．6 自适应陷波器的FPGA实现/t（293）
7．6．1 自适应陷波器原理/t（293）
7．6．2 自适应陷波器的MATLAB仿真/t（295）
7．6．3 自适应陷波器的VHDL实现/t（298）
7．6．4 FPGA实现后的仿真测试/t（301）
7．7 自适应陷波器的板载测试/t（302）
7．7．1 硬件接口电路/t（302）
7．7．2 板载测试程序/t（302）
7．7．3 板载测试验证/t（309）
7．8 小结/t（311）
第8章 变换域滤波器的FPGA实现/t（313）
8．1 变换域滤波器简介/t（314）
8．2 快速傅里叶变换/t（314）
8．2．1 离散傅里叶变换/t（314）
8．2．2 DFT存在的问题/t（316）
8．2．3 FFT算法的基本思想/t（317）
8．2．4 FFT算法的MATLAB仿真/t（318）
8．3 FFT核的使用/t（320）
8．3．1 FFT核简介/t（320）
8．3．2 FFT核的接口及时序/t（321）
8．4 频域滤波器的原理及MATLAB仿真/t（323）
8．4．1 抗窄带干扰滤波器的原理/t（323）
8．4．2 检测门限的选取/t（324）
8．4．3 频域滤波器的MATLAB仿真/t（325）
8．5 频域滤波器的FPGA实现/t（327）
8．5．1 FPGA实现的总体结构设计/t（327）
8．5．2 速率变换模块的设计与实现/t（329）
8．5．3 FFT及滤波设计与实现/t（334）
8．5．4 IFFT及数据输出设计与实现/t（339）
8．5．5 顶层文件设计及实现/t（343）
8．5．6 FPGA实现后的仿真测试/t（345）
8．6 频域滤波器的板载测试/t（346）
8．6．1 硬件接口电路/t（346）
8．6．2 板载测试程序/t（347）
8．6．3 板载测试验证/t（352）
8．6 小结/t（354）
第9章 解调系统滤波器的FPGA实现/t（355）
9．1 数字接收机的一般原理/t（356）
9．1．1 通用数字接收机处理平台/t（356）
9．1．2 基本调制解调技术/t（357）
9．1．3 改进的数字调制解调技术/t（359）
9．2 DPSK调制解调原理/t（360）
9．2．1 DPSK调制原理及信号特征/t（360）
9．2．2 DPSK信号的MATLAB仿真/t（361）
9．2．3 DPSK解调原理/t（364）
9．3 DPSK解调参数设计/t（366）
9．3．1 数字下变频器设计/t（367）
9．3．2 低通滤波器设计/t（368）
9．3．3 数字鉴相器设计/t（369）
9．3．4 环路滤波器设计/t（370）
9．3．5 载波同步环设计的一般步骤/t（372）
9．4 Costas环的FPGA实现/t（373）
9．4．1 顶层模块的VHDL实现/t（373）
9．4．2 鉴相器及环路滤波器的VHDL实现/t（376）
9．4．3 Costas环实现后的仿真测试/t（378）
9．5 Costas环的板载实验/t（379）
9．5．1 硬件接口电路/t（379）
9．5．2 板载测试程序/t（380）
9．5．3 板载测试验证/t（384）
9．6 小结/t（385）
参考文献/t（387）
