#### 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？

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{{ :stepfpga4contest.png |}}

首先，应[摩尔吧在线视频平台](https://www.moore8.com)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介绍及在电赛中的应用.pdf|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](https://www.moore8.com/courses/2632)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](https://en.wikipedia.org/wiki/Analogue_filter) +  [放大器](https://en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier) 

{{ :fpgasig.png |}} <WRAP centeralign> ** 用FPGA通过DDS的方式产生任意信号，包括调制信号** </WRAP>

- 应用，生成如下波形：

	- [PWM](https://en.wikipedia.org/wiki/Pulse-width_modulation): 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](https://en.wikipedia.org/wiki/Frequency)、[幅度](https://en.wikipedia.org/wiki/Amplitude)
	- 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](https://en.wikipedia.org/wiki/Phase_(waves) )、[频率](https://en.wikipedia.org/wiki/Frequency)

##### 数据采集与分析

{{ :fpgadaq.png |}}<WRAP centeralign> ** 用FPGA进行数据采集、分析** </WRAP>

###### 器件参数测量：

- 系统构成：电信号放大器/[比较器](https://en.wikipedia.org/wiki/Comparator_applications) + [[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 - [[oscilloscope|示波器]]，用触发
	- 频域波形 - [[spreadtrum_analyzer|频谱仪]]、音频信号分析、频率特性、幅频特性，[FFT](https://en.wikipedia.org/wiki/Fast_Fourier_transform)
	- 数据域 - 传输时间、传输特性、[[logic_analyzer|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|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

{{ :fig2-2k12-221-226.gif |}} <WRAP centeralign> ** 用FPGA进行数字信号处理实现自适应数字滤波** </WRAP>

- 数据采集
- 自适应滤波、数字滤波器（[FIR](https://en.wikipedia.org/wiki/Finite_impulse_response)、[IIR](https://en.wikipedia.org/wiki/Infinite_impulse_response)）
- 语音处理及回放 - 通过音频[Codec](https://en.wikipedia.org/wiki/Codec)（集成了[[ADC]]+[[DAC]]+[数字滤波](https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_filter)）

#### 控制系统类题目

##### 系统构成：

- 传感器 + [[FPGA]] + 按键 + 显示 + 电机/[继电器](https://en.wikipedia.org/wiki/Relay)/开关
- 传感器 + [[MCU]] + 按键 + 显示 + 电机/[继电器](https://en.wikipedia.org/wiki/Relay)/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](https://en.wikipedia.org/wiki/Temperature_gauge) 
- 速度控制：[加速度传感器](https://en.wikipedia.org/wiki/Piezoelectric_accelerometer)
- 角度控制：[角度传感器](https://en.wikipedia.org/wiki/Tilt_sensor)
- 声音控制：[Mic](https://en.wikipedia.org/wiki/Microphone)（可以是多通道）、[超声](https://en.wikipedia.org/wiki/Ultrasonic_sensor)
- 光线控制：[光电传感器](https://en.wikipedia.org/wiki/Photoelectric_sensor)、[红外传感器](https://en.wikipedia.org/wiki/Infra-red)
- 图像控制：[摄像头](https://en.wikipedia.org/wiki/Active_pixel_sensor)
- 平衡控制：[姿态传感器](https://en.wikipedia.org/wiki/Angular_rate_sensor)/[角度传感器](https://en.wikipedia.org/wiki/Gyroscopic_sensor)/[摄像头](https://en.wikipedia.org/wiki/Active_pixel_sensor)
- 电磁控制：[电流](https://en.wikipedia.org/wiki/Current_sensor)、[霍尔传感器](https://en.wikipedia.org/wiki/Hall_effect_sensor)

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[[sensorlist|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](https://en.wikipedia.org/wiki/Local_oscillator)、[乘法器](https://en.wikipedia.org/wiki/Frequency_mixer)、[数字滤波器](https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_filter)）+ [[DAC]] + [模拟滤波器](https://en.wikipedia.org/wiki/Analogue_filter) + [变频](https://en.wikipedia.org/wiki/Frequency_mixer)
- 应用领域

	- 生成单一波形
	- 生成调制波形 - [调频](https://en.wikipedia.org/wiki/Frequency_modulation)、[调幅](https://en.wikipedia.org/wiki/Amplitude_modulation)、[调相](https://en.wikipedia.org/wiki/Phase_modulation)、[FSK](https://en.wikipedia.org/wiki/Frequency-shift_keying)、[PSK](https://en.wikipedia.org/wiki/Phase-shift_keying)、[MSK](https://en.wikipedia.org/wiki/Minimum-shift_keying)、[QAM](https://en.wikipedia.org/wiki/Quadrature_amplitude_modulation)等
	- [编码](https://en.wikipedia.org/wiki/Encoder)、[前向纠错](https://en.wikipedia.org/wiki/Forward_error_correction)

##### 无线电接收机

- 系统构成：[运放] + [模拟滤波器](https://en.wikipedia.org/wiki/Analogue_filter) + [[ADC]] + [[FPGA]]（数字变频、[数字滤波](https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_filter)、[本振](https://en.wikipedia.org/wiki/Local_oscillator)、[乘法器](https://en.wikipedia.org/wiki/Frequency_mixer)、时钟提取等）
- 应用领域：

	- 调制信号的[解调](https://en.wikipedia.org/wiki/Demodulation)、检波
	- 编码信号的解码
	- 时钟提取、数据成帧

{{ :amdet.png?500 |}}<WRAP centeralign>**模拟检波 到 数字检波** </WRAP>

##### 无线电收发系统

- 系统构成：[[ADC]] + [[DAC]] + [[FPGA]] + 运放 + [模拟滤波器](https://en.wikipedia.org/wiki/Analogue_filter)
- 应用领域：见上发射机+接收机部分，更多的是系统应用

{{ :1280px-sdr_et_wf.png?800 |}} <WRAP centeralign>**软件定义无线电SDR的构成框图** </WRAP>

{{ :ad9361block.png?800 |}} <WRAP centeralign>**ADI公司的SDR模拟收发器件AD9361** </WRAP>

{{ :bladerf.jpg?800 |}} <WRAP centeralign>**Nuand公司的软件无线电模块BladeRF覆盖47MHz到6GHz的范围** </WRAP>

##### 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](https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/articles/a-selected-history-on-receiver-innovations-over-the-last-100-years.html)
- 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 {{:wp509-rfsampling-data-converters.pdf|Understanding Key Parameters for RF-Sampling Data Converters}}

#### 小脚丫FPGA介绍

##### 资源：
{{ ::max10硬件正面.png?640 |}}{{ ::max10硬件背面.png?500 |}}

- 4000 LUTs（[Lattice](http://www.latticesemi.com)版本）/8000LEs（[Altera](http://www.altera.com)版本）
- 92Kbits [RAM](https://en.wikipedia.org/wiki/Random-access_memory)，96Kbits 用户[Flash](https://en.wikipedia.org/wiki/Flash_memory)
- 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](https://en.wikipedia.org/wiki/General-purpose_input/output)

##### 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[[rpi|树莓派]]、[[Arduino]]、[PMOD](https://en.wikipedia.org/wiki/Pmod_Interface)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|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：
  * [[stepfpga|STEP FPGA平台 - 快速入门FPGA并能够陪伴工程师一生的万能数字逻辑模块]]
  * [小脚丫FPGA官网及在线编译系统](http://www.stepfpga.com)
  * [小脚丫FPGA的在线学习资源](http://www.stepfpga.com/doc)
  * [[electronics_design_contest|2019全国大学生电子设计竞赛资源大全]]


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更多关于全国大学生电子设计竞赛更多的资源，可以参见[[electronics_design_contest|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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