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今日推荐：参加全国大学生电子设计竞赛中为什么要会用FPGA？

首先，应摩尔吧在线视频平台的要求，我们于2019年4月4号在摩尔吧上开办了一期直播，这次直播的PPT - FPGA介绍以及在电赛中的应用先分享给大家，大家可以下载阅读一下，供参考，当然也可以去摩尔吧的课程页面去看一下视频。

仪器仪表/测试测量题目

信号源：

系统构成：FPGA + DAC + 模拟滤波器 + 放大器

用FPGA通过DDS的方式产生任意信号，包括调制信号
应用，生成如下波形：
- PWM: 通过GPIO生成不同占空比的数字脉冲波形，用于产生直流（DAC的功能）、控制LED等的亮度、驱动马达
- 正弦波生成 - 可以调节频率、幅度
- 任意波形 - 正弦波、三角波、锯齿波、方波
- 调幅/调频/调相波形：使用数字调制方式生成调制波形
- 时变波形：随时间改变相位 )、频率

数据采集与分析

用FPGA进行数据采集、分析

器件参数测量：

系统构成：电信号放大器/比较器 + ADC + FPGA + 按键 + 显示（参数）
应用，可以测量以下参数：
- 元器件参数 - 电阻、电容、运放
- 电气参数 - 工频、电压、电流、Q、功率因子

信号特征测量

系统构成：电信号放大器/滤波器/比较器 + ADC + FPGA + 按键 + 显示（参数或波形），如配上DAC可以发送信号，且收、发可以进行相关处理
应用：
- 时域 - 频率、相位，用闸门计数器
- 时域波形 - 示波器，用触发
- 频域波形 - 频谱仪、音频信号分析、频率特性、幅频特性，FFT
- 数据域 - 传输时间、传输特性、逻辑分析仪、相关分析

数字系统处理（信号处理）类题目

系统构成

ADC + FPGA + 按键 + 显示 + DAC，FPGA也可以配制成8051、Arm、RISC-V控制器使用
ADC + MCU + 按键 + 显示 + DAC，此处的MCU也可以用FPGA来配置实现

应用

用FPGA进行数字信号处理实现自适应数字滤波

数据采集
自适应滤波、数字滤波器（FIR、IIR）
语音处理及回放 - 通过音频Codec（集成了ADC+DAC+数字滤波）

控制系统类题目

系统构成：

传感器 + FPGA + 按键 + 显示 + 电机/继电器/开关
传感器 + MCU + 按键 + 显示 + 电机/继电器/开关，MCU也可以用FPGA来配置实现

应用场景，通过选用相应的传感器采集数据，通过算法对数据处理以后在通过执行机构控制外部设备

温度控制：温度传感器 - 速度控制：加速度传感器
角度控制：角度传感器
声音控制：Mic（可以是多通道）、超声
光线控制：光电传感器、红外传感器
图像控制：摄像头
平衡控制：姿态传感器/角度传感器/摄像头
电磁控制：电流、霍尔传感器

控制类题目比较大的挑战就是选择合适的传感器，传感器有很多中，如何快速、正确地选择，可以参照常用传感器分类

通信类 - 走向数字化、软件化（SDR）

无线电发射机

系统构成：FPGA（DDS、时钟、本振、乘法器、数字滤波器）+ DAC + 模拟滤波器 + 变频
应用领域
- 生成单一波形
- 生成调制波形 - 调频、调幅、调相、FSK、PSK、MSK、QAM等
- 编码、前向纠错

无线电接收机

系统构成：[运放] + 模拟滤波器 + ADC + FPGA（数字变频、数字滤波、本振、乘法器、时钟提取等）
应用领域：
- 调制信号的解调、检波
- 编码信号的解码
- 时钟提取、数据成帧

模拟检波到数字检波

无线电收发系统

系统构成：ADC + DAC + FPGA + 运放 + 模拟滤波器
应用领域：见上发射机+接收机部分，更多的是系统应用

软件定义无线电SDR的构成框图

ADI公司的SDR模拟收发器件AD9361

Nuand公司的软件无线电模块BladeRF覆盖47MHz到6GHz的范围

关于软件定义无线电（SDR）的一些文章

ADI公司的一篇技术文章，讲述接收器技术的最新发展：接收器百年创新史选编
Xilinx关于软件定义无线电的白皮书文章 - 理解射频取样数据转换中的关键参数 Understanding Key Parameters for RF-Sampling Data Converters

小脚丫FPGA介绍

资源：

4000 LUTs（Lattice版本）/8000LEs（Altera版本）
92Kbits RAM，96Kbits 用户Flash
双路PLL，内部时钟运行到400MHz
SPI、I2C、中断定时器
36个可以编程的通用I/O

使用优势：

像DIP40的芯片一样可以灵活使用、即插即用，板上供电、下载配置
丰富的源码案例，可以应对电赛中的各种应用场景
多种外设模块，可以搭配实现各种功能
支持树莓派、Arduino、PMOD的各种外设模块，省去了硬件设计的麻烦
已经成功移植8051、Arm-M0、RISC-V控制器内核，可以当控制器使用

可以搭配的模块：

双路DAC - 100Msps/10bits，生成20MHz以内的任意信号波形
双路ADC - 100Msps/8bits，采集模拟带宽20MHz以内的波形
传感器/LED显示 - 用于各种传感器的算法训练和实现
等等

关于小脚丫FPGA在电赛中应用的更多资源：

更多关于全国大学生电子设计竞赛更多的资源，可以参见2019全国大学生电子设计竞赛资源大全，也欢迎大家提交更多与本次竞赛相关的资源信息。

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