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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
应用

用FPGA进行数字信号处理实现自适应数字滤波

控制系统类题目

系统构成：
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

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
无线电接收机

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

小脚丫FPGA介绍

资源：

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：

小脚丫FPGA在电赛中的典型应用及参考IP

1.对“输入”信号的处理
2.产生”输出“控制信号
3.控制串行外设
4.信息显示
5.逻辑及运算
6.数字信号处理
7.信号调制解调
  • 信号调制解调 - AM、FM、ASK、FSK、PSK、QAM
8.时钟处理
9.IP核的使用