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Design and Development of OBC of a PICO Spacecraft

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This book presents a design and development experience of On Board Computer for a new generation PICO Spacecraft named as PALMSAT. PICO Spacecrafts are restricted in terms of size, power consumption and the total mass. Mostly commercial off the shelf components are involved in the design and development of the spacecraft. PALMSAT is students` project being developed at University of Surrey. It has many subsystems for specific tasks. OBC is undeniable one of the most important subsystem for the spacecraft as it communicates with ground station and controls and monitors other subsystems on the spacecraft. Software design includes implementing telemetry and telecommands packets encoding and decoding during ground communication using a propriety protocol, named pSIP. OBC also establishes communication with other subsystems using propriety CAN-SU protocol. Hardware design selects PIC18 family processor with ECAN to meet requirements of the OBC. The components have been carefully selected to be compatible, low power and high performance. This book gives a great exposure to students and a valuable reference for supervisors. Author is pleased to respond any queries regarding this book ····· 103613376

Optimization based Filtering of Random Valued Impulses

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This book describes the concepts of image de noising methods with optimization of the operators through easy-to-understand steps and schematic diagrams. Introductory chapter describes the basics of image processing including various existing methods of image de noising both in spatial and frequency domains. An extensive literature survey along with analysis of the existing schemes and their visual restoration results for the benchmark images are described. Among two most popular noise models, Random Valued Impulse Noise model has been taken for restoration purpose in this book. Filtering methods based on directional weighted minimum variance, all neighbor directional weighted pixels, fixed and variable mask median are presented in this book. Optimizations of the methods are done using two recent stochastic global optimization techniques such as GA and PSO, along with analysis of simulation results and comparisons with recent operators. All of these features make this book ideal for image de noising and related applications in the field of medical, satellite and under water image processing. Practicing engineers would also find this book to be a valuable reference source. ····· 103613352

Automatic Meter Reading by Radio Frequency (RF) Technology

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Automatic meter reading, or AMR, is the technology of automatically collecting consumption, diagnostic, and status data from water meter or energy metering devices (water, gas, electric) and transferring that data to a central database for billing, troubleshooting, and analyzing .This advance mainly saves utility providers the expense of periodic trips to each physical location to read a meter. Another advantage is billing can be based on near real time consumption rather than on estimates based on previous or predicted consumption .This timely information coupled with analysis, can help both utility providers and customers better control the use and production of electric energy, gas usage, or water consumption .AMR technologies include handheld, mobile and network technologies based on telephony platforms (wired and wireless), radio frequency (RF), or power line transmission. ····· 103613308

Side-Channel Attacks and Countermeasures

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A lot of devices which are daily used (i.e., credit card, pay-tv card, e-passport) have to guarantee the retention of sensible data. Sensible data are ciphered by a secure key by which only the key holder can get the data. For this reason, to protect the cipher key against possible attacks becomes a main issue. Many research activities have been directed in developing countermeasures to enhance the device resistance against attacks and, on the other side, many contributions aimed to enhance the attack itself have been reported in the technical literature. This book is a collection of the main results of a PhD in hardware cryptography about side-channel attacks and countermeasures in the design of secure IC`s devices. About hardware countermeasures against power analysis, three new logic families for cryptographic applications are designed. With respect to the contributions aimed to enhance the attack methodologies, an active circuit which promises to improve the power attacks is proposed. Besides, a new side channel and a novel methodology to attack cryptographic circuits is studied. Finally, two activities focused on Random Numbers Generators are briefly described. ····· 103613260

Antenna Measurement Techniques

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Microwave antennas are to be tested necessarily to assure the customer that they perform as per the design specifications. The performance of a microwave antenna can be adjudged by measurements employing open test range, microwave anechoic chamber, Near Field Far Field (NF-FF) techniques and Compact Antenna Test Ranges.Real estate can represent a significant investment for far field ranges, and the only tangible accomplishment of the size is to flatten the amplitude. One of these can serve as a source, offering the possibility of compact range. The primary limitation on field flatness is the diffraction level from the edge of the reflector. Three methods of reflector edge treatment for reducing the ripples are in use, serrating the edge, which scatters the diffracted signal in directions away from the quiet zone rolling the edge, which directs the scattered signal to the wall, and resistive tapering, which absorbs the excess edge illumination. The major improvement comes from serrating the edge. ····· 103613248

Mimo System Using Vblast Detection Algorithms

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Wireless communication is an emerging field, which has seen enormous growth in the last several years. Wireless Networks and the exponential growth of the internet have resulted in an increased demand for new methods of obtaining robust, high capacity wireless networks. In this book, we have mainly focused on various methods for improving the spectral efficiency and link reliability of Wireless network using MIMO-OFDM system, and also observing the bandwidth efficiency with the varying length of cyclic prefix. We have also focused on different detection algorithms required in the reception of MIMO-OFDM signals, which have recently emerged as a very promising approach to solve detection problem. ····· 103613203

Online Optimal Pulsewidth Modulation (OPWM)

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Online Optimal Pulsewidth Modulation (OPWM) for a Multilevel Inverter explains a control scheme in controlling a 5-level Cascaded H-bridge Multilevel Inverter (CHMI) output voltage based on the OPWM switching strategies. For better CHMI output voltage magnitude control resolution, a curve fitting technique (CFT) for online computation of the OPWM switching angles is presented. Focus is given on the CFT and the multilevel control design aspect of the control scheme for the CHMI. This control scheme is generally suitable for AC power supply applications that do not involve variations in the multilevel inverter operating frequency. In addition, its suitability is also identified for applications that require high quality output voltage but at the same time do not allow increase in the multilevel inverter power devices switching frequency. This may be due to the technological limits of the power devices employed for high voltage applications or certain environmental condition. To show the feasibility of the control scheme, results of a simulation study and experimental work on a 5-level CHMI operation are presented. ····· 103613185

Matematicheskie modeli jelektromehanicheskih preobrazovatelej jenergii

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Rassmatrivajutsya matematicheskie modeli induktivnyh jelektromehanicheskih preobrazovatelej jenergii peremennogo toka - jelektricheskih mashin (asinhronnyh i sinhronnyh), a takzhe transformatorov. Klassicheskaya simmetrichnaya jelektricheskaya mashina s krugovoj formoj magnitnogo polya v vozdushnom zazore predstavlena kak chastnyj sluchaj mashiny s razlichnymi vidami nesimmetrii (jelektricheskoj, magnitnoj, prostranstvennoj), kotorye interpretirujutsya v kachestve parametricheskogo faktora. ····· 103613153

Las células solares y sus fundamentos

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El gran impulso de la fotovoltaica iniciado a principios del siglo XXI representa la suma de voluntades dispuestas a proyectar un futuro con energías renovables. Las centrales fotovoltaicas no requieren la utilización de agua o lubricantes y no presentan riesgos de desastres ecológicos. El diseño eficiente de células solares jugará un papel crecientemente importante en la difusión de esta tecnología y requiere conocer los materiales y las técnicas apropiadas para convertir la mayor cantidad posible de luz en electricidad. Este libro brinda una base de conocimiento para el análisis, el diseño y el ensayo de células solares. También se formulan los principios de funcionamiento que permiten comprender la gran variedad de caminos posibles en la fotovoltaica, y se discuten las principales estrategias de diseño de las células solares utilizadas corrientemente y las estudiadas en el ámbito científico. ····· 103612941

Electrónica digital

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La electrónica digital es una disciplina relativamente nueva, con alrededor de 70 años de existencia, que debe su origen a la necesidad de usar dispositivos electrónicos para el tratamiento de señales digitales, y procesos de control discreto. En sus inicios, solo se pretendía crear medios para controlar el sincronismo entre imágenes y sonido en el cine, o controles adicionales a máquinas que procesaban datos de forma electromecánica, cuya confiabilidad aumento al usar dispositivos electrónicos. El desarrollo de la electrónica digital llevaría en su momento al desarrollo actual de las computadoras digitales y de una enorme variedad de circuitos integrados digitales de aplicaciones diversas. Sin embargo, la comprensión de lo que hoy día es la electrónica digital nos obliga a retroceder mucho más en el tiempo, a épocas en que se debatían problemas que actualmente son factibles solo gracias a los dispositivos digitales. ····· 103612710

Electrónica Embebida y Simulación Hardware In the Loop para Control

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Se presenta la metodología Hardware In the Loop (HIL) para el diseño y prueba de controladores embebidos sobre FPGA. Las etapas comprendidas involucran la obtención del modelo matemático del sistema dinámico, análisis de la respuesta ante una entrada escalón unitario, establecimiento de criterios de diseño, diseño del controlador, simulación del control y la planta, desarrollo del controlador en VHDL, simulación HIL, implementación y validación. Esta metodología permite detectar errores en el diseño o en la implementación del controlador. Para realizar la validación de la metodología se emplean dos prototipos de planta, la primera corresponde a un filtro activo de orden dos en el cual se controla el nivel de salida. En este modelo se conoce el valor de los componentes con que fue construido el sistema, permitiendo un modelo con ecuaciones que describen fielmente su comportamiento. El segundo prototipo es un levitador neumático, para este caso el modelo es complejo y algunas variables físicas son desconocidas, se incluye en la metodología el uso de la herramienta de identificación de sistemas IDENT de Matlab® para encontrar el modelo matemático que se aproxime a su comportamiento. ····· 103612652

Caracterización y optimización de celdas solares de a-Si:H

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En la presente Tesis se han caracterizado y optimizado celdas solares p-i-n de silicio amorfo hidrogenado (a-Si:H) mediante el empleo de técnicas numéricas. El a-Si:H es un material atractivo para celdas solares porque puede ser depositado en grandes áreas y a bajas temperaturas lo que permite reducir sus costos de fabricación. La calidad eléctrica del a-Si:H y la eficiencia de conversión de sus celdas solares depende críticamente de la densidad de defectos (DOS) presente en la banda prohibida ( gap ). La DOS se evalúa recurriendo a modelos de primeros principios conocidos con el nombre de Defect Pool (DPM) que fueron desarrollados basados en conceptos provenientes de la termodinámica. El aspecto original de esta Tesis consiste en la utilización del modelo DPM, capaz de predecir la densidad de dangling bond (DB) a partir de las condiciones de crecimiento de la muestra, para reproducir las curvas características de celdas de a-Si:H en sus estados inicial y estabilizado. Se discuten las versiones más difundidas en la literatura del modelo DPM, puntualizando las diferencias que existen entre ellas y sus consecuencias sobre el modelado de las celdas solares p-i-n de a-Si:H. ····· 103612582

Sistema de clasificación con redes neuronales de señales digitales

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Este libro, tiene como objetivo mostrar el diseño de un circuito electrónico usado como elemento básico para construir redes neuronales artificiales teniendo la capacidad de aprendizaje, usando transistores MOS como elementos principales, en tecnología CMOS y orientado a ejecutar en tiempo real los problemas presentes. El algoritmo de aprendizaje es de tipo Hebbiano supervisado. El inherente paralelismo de las redes neuronales, es una característica que ha atraído la atención de muchos investigadores. Además, la capacidad de aprendizaje de las redes neuronales provee técnicas para adaptarse potencialmente en hardware a bajo costo, las cuales son de gran interés en el lado de la implementación. Aunque la mayoría de los avances de las redes neuronales ha resultado del análisis teórico, o por simulación en computadoras seriales, muchas de las ventajas potenciales de las redes neuronales esperan implementarse en hardware. Fortuitamente, el rápido avance de la tecnología de VLSI ha hecho que muchas de las ideas previamente imposibles sean ahora factibles de ser realizables. ····· 103612576

Estudio y Desarrollo de Técnicas de Conversión de Voz

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Se define como conversión de voz al procedimiento de tomar la voz de un locutor (generalmente conocido como locutor de origen o fuente), y mediante un conjunto de transformaciones, obtener la voz de un segundo locutor específico (denominado locutor destino u objetivo). Esta tecnología tiene un gran número de aplicaciones que van desde el entretenimiento hasta la medicina. En esta obra, en primer lugar, se introduce al lector a los conceptos básicos de la conversión de voz y se presentan las parámetros a utilizar para dicha tarea. Luego, se realiza una revisión de técnicas de conversión de voz existentes, esto se realiza haciendo énfasis en las ventajas y desventajas de cada una de las familias de técnicas de conversión de voz. Por último, en base a los resultados obtenidos, se desarrollan nuevas técnicas que mejoran el rendimiento de las previamente estudiadas. ····· 103612487

Protocolo HMIPv6-BI

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El protocolo Hierarchical Mobile IPv6 (HMIPv6) es una extensión del protocolo Mobile IPv6, cuyo objetivo es mejorar los problemas de micromovilidad presentes en Mobile IPv6 y reducir la carga de señalización por medio de la agregación de un nuevo nodo llamado MAP (Mobility Anchor Point). En este documento, se propone una modificación al protocolo en lo que se refiere a la tunelización de información, con el objetivo de hacer un manejo más eficiente del ancho de banda del canal radio y poder utilizar mecanismos de túneles multicast con el fin de reducir el tiempo de handoff. A esta propuesta se le ha denominado HMIPv6-BI que viene de las siglas de HMIPv6 with Bandwidth Improvement . ····· 103612328

Fenómenos de Desfase en Sistemas Trifásicos Desequilibrados Lineales

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Se estudian los fenómenos reactivos en sistemas trifásicos, realizando un análisis crítico de las principales teorías de la potencia eléctrica desde el XIX hasta la actualidad. Analizando los fenómenos reactivos, o desfase,según la Teoría Unificadora y la IEEE Std.1459-2010 que consideran las tensiones y corrientes de secuencia directa y frecuencia fundamental, obteniéndose las expresiones de las potencias reactivas instantáneas de los sistemas trifásicos lineales. Comparando las expresiones de los sistemas con tensiones equilibradas y desequilibradas nos permite definir: la potencia reactiva debida a las cargas reactivas y la debida a desequilibrios. La potencia reactiva originada en los desequilibrios es una aportación de este libro, que de ninguna manera se establece con las teorías clásicas. Se comprueba experimentalmente esta potencia reactiva usando el dispositivo de medida desarrollado y mediante simulación, lo que nos permite explicar que los fenómenos conocidos como reactivos no se limitan sólo a circuitos con reactancias, siendo su origen más amplio y aparecen siempre que haya desfases entre tensiones y corrientes, independientemente de cual sea la causa que los provoque. ····· 103612263

Detección concurrente Algorítmica, caso práctico: Transformada Wavelet

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Detección Algorítmica es una estrategia de detección concurrente de errores en sistemas digitales específicamente desarrollada para módulos de procesado complejo. En el estado actual de la tecnología de circuitos integrados es posible implementar sistemas de gran complejidad para el diseño de nuevos dispositivos y nuevas posibilidades en las comunicaciones y los entornos multimedia. En este contexto, los mecanismos de detección tradicionales no resultan adecuados, ya que implican una pérdida de prestaciones y la utilización de una cantidad de recursos adicionales excesiva. La metodología propuesta no supone una penalización sobre el rendimiento, y el área consumida siempre será asumible si se puede implementar un comprobador externo. Se ha aplicado con éxito a un módulo que realiza la Transformada Wavelet bidimensional y que forma parte de otro más amplio de compresión de imágenes fijas. Se presentan además nuevas herramientas de validación que permiten abordar el desarrollo y comprobación de mecanismos de detección y que superan las limitaciones de las existentes cuando los sistemas analizados alcanzan un cierto grado de complejidad. ····· 103612064

Canal de Desvanecimiento Selectivo en Frecuencia

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La implementación de tecnologías inalámbricas como CDMA, CDMA 2000, GSM, OFDM, han encontrado en el desvanecimiento multitrayectoria (fading) su principal problema a resolver. En este libro se describen los canales selectivos en frecuencia en entornos rurales y urbanos, utilizando modelos de simulación estocásticos, que dan lugar a desvanecimientos tipo Rice y Rayleigh respectivamente, esto a través de una herramienta de software desarrollada en Matlab, la cual cuenta con una interfaz gráfica de usuario. La utilización de este software permite configurar los valores de entrada del modelo, para hallar la envolvente de la señal, su respectiva función densidad de probabilidad y los parámetros más importantes en la caracterización de canales de desvanecimiento multitrayectorias selectivos en frecuencia que son: el espectro doppler, el exceso máximo de retardo, el tiempo y ancho de banda coherente. Además, se analiza el desempeño del sistema para una modulación QPSK en un entorno de transmisión CDMA, comparando los resultados obtenidos con curvas teóricas existentes, validando de esta forma el programa implementado. ····· 103611977

Análisis de Transitorios con la Transformada Numérica de Laplace

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Se presenta una descripción detallada de la transformada numérica de Laplace y su aplicación al estudio de transitorios electromagnéticos en sistemas de transmisión de energía eléctrica. Se incluye la derivación de las ecuaciones del comportamiento electromagnético de líneas de transmisión aéreas y cables subterráneos a partir de las ecuaciones de Maxwell y se revisan los procedimientos para el cálculo de los parámetros eléctricos. Se realiza un análisis de los errores por muestreo y discretización que origina la evaluación numérica de la transformada inversa de Laplace. Finalmente se presentan los principios para la simulación de maniobras de interruptores y el modelado de elementos no lineales. ····· 103611948

La Calidad de la Imagen Médica Digital

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Los algoritmos de compresión con pérdidas para imágenes, como JPEG 2000, continúan siendo utilizados para reducir costos de almacenamiento o disminuir los tiempos de transmisión mediante redes de comunicación. Sin embargo, este códec no es capaz de controlar por sí solo el deterioro en la calidad de la imagen que ocurre producto de su acción al aumentar la tasa de compresión, aumenta el deterioro y disminuye la efectividad del diagnóstico que se hace mediante la imagen. En este trabajo se propone un valor de tasa de compresión para imágenes de Resonancia Magnética de patologías caracterizadas por pequeños detalles o hallazgos, estimado a partir de experimentos ROC previamente diseñados y simulados, con ayuda de medidas objetivas de calidad y observadores matemáticos respectivamente, e involucrando observadores expertos. La tasa de compresión obtenida para este tipo de imágenes es de 128 veces aproximadamente. La capacidad de los especialistas de detectar las lesiones a este valor de compresión es mayor del 95% con menos del 5% de desviación típica. Para valores de la tasa de compresión mayores que este, las imágenes pierden su utilidad para el diagnóstico. ····· 103611888

Amplificador de Potencia de RF con Detección de Salida

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En este trabajo se expone el diseño, implementación y medición de un amplificador de potencia de 20W y un detector de envolvente para la frecuencia de 1275MHz. Comienza con una introducción para ubicar al lector en el marco del proyecto y exponer los requerimientos de diseño. Se desarrollan temas teóricos básicos para el diseño en radiofrecuencia y necesarios para llevar a cabo el trabajo dando mayor importancia a los aspectos prácticos del diseño. Se seleccionan los componentes y las herramientas de simulación teniendo en cuenta los requerimientos del proyecto. Luego se realiza el diseño y simulación de ambos dispositivos dejando en claro su fundamento. Se incorpora el diseñó de un divisor/combinador, un acoplador direccional y un atenuador de RF. En la etapa de armado y montaje se presentan inconvenientes prácticos, proponiendo soluciones para ellos. Se realizan las medidas necesarias para validar los requerimientos, y otras que permiten obtener una caracterización completa de los diseños. Por último, en la conclusión final, se comentan otras aplicaciones del trabajo. ····· 103611886

Diseño y construcción de módulos entrenadores para microcontroladores

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El desarrollo de este proyecto se realizó en varias etapas. La primera de ellas fue EL DISEÑO DE LOS MÓDULOS, en esta etapa se realizó una selección de las prácticas que debían disponerse en las tarjetas, basándose en los sistemas de entradas y salidas de cada uno de los microcontroladores. A continuación se realizó la SELECCIÓN DEL HARDWARE Y EL SOFTWARE. Aquí se escogieron cada uno de los componentes de las tarjetas, haciendo especial énfasis en la selección de los dispositivos de visualización, así como de los microcontroladores, teniendo en cuenta las características de los dispositivos seleccionados, además del software de diseño y programación de los dispositivos. Luego se realizó el análisis de DISEÑO Y CONEXIONES DE LA TARJETA. Esto con el fin de verificar niveles de voltaje manejados por los módulos, tanto en alimentación, como en distribución eléctrica. Después se procedió con el DESARROLLO DEL SISTEMA. En este punto se utilizó un programa de diseño electrónico, con el cual se hizo el esquemático y el layout, para generar los archivos gerber, necesarios para la construcción de las tarjetas. Finalmente, se hicieron los APLICATIVOS PARA LOS MÓDULOS. ····· 103611839

Comunicaciones multipunto en ATM e IP

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Las comunicaciones multipunto ofrecen, tanto a usuarios como a proveedores, mayor eficiencia, permitiendo desarrollar e implantar nuevos servicios. Para poder desplegarlos adecuadamente es necesario contar con protocolos adecuados a todos los niveles. El soporte de conexiones multipunto, que es inmediato en muchas redes de ordenadores, por la existencia de un medio compartido, no lo es en una red ATM o en una red IP. En este tipo de redes, ofrecer una comunicación multipunto requiere de mecanismos complejos que coordinen y controlen la transmisión de información entre las fuentes y los receptores. Para el caso multipunto, los conmutadores ATM deben desarrollar mecanismos que limiten y agreguen el tráfico de realimentación. Se ha desarrollado un algoritmo de consolidación que asegura que la agregación de la información de realimentación se realiza de forma correcta, mejorando la convergencia de propuestas anteriores. En Internet, en este libro se presenta un protocolo de transporte punto a multipunto fiable, RCCMP, diseñado para ser escalable, fiable y con un control de congestión de tasa única que comparta el ancho de banda equitativamente con TCP. ····· 103611651

Contribución al control difuso de convertidores conmutados dc-dc

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El control difuso de reguladores conmutados DC-DC surge como alternativa a las limitaciones de técnicas de control lineal y no lineal, limitaciones debidas al control de la dinámica exclusivamente local en el primer caso, y por dificultades de implementación en el segundo. Esta alternativa se sustenta en la capacidad de los controladores difusos de asignar distintas leyes de control en función de la dinámica del regulador. Por otra parte, para garantizar el control ciclo a ciclo del convertidor, este trabajo se enmarca en la aplicación de un circuito integrado de propósito específico de alta velocidad para el control difuso de convertidores conmutados. Atendiendo a lo anterior, los objetivos de este trabajo han sido proponer técnicas de diseño de controladores difusos para convertidores conmutados DC-DC elementales que operen tanto en condiciones de pequeña señal como de gran señal y desarrollar herramientas CAD orientadas a facilitar una futura implementación mediante un circuito integrado de proposito específico. ····· 103611542

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