FPGA歷年競賽題

1、2011年全國大學生電子設計競賽FPGA 預賽課題項目2011 年 07 月 15 日內(nèi)容摘要為更好的備戰(zhàn)2011年全國大學生電子設計競賽，經(jīng)FPGAJ、組討 論決定，從歷年全國電子競賽的課題項目入手，由FPGAJ、組成員整理收集歷年競賽課題；采用逐個擊破的方法，邊學習，邊練習，使能 夠掌握和運用各個不同的模塊，將所學到的用到實際。FPGAJ、組 FPGA小組：唐從學韋穩(wěn)穩(wěn)聶先敏鄒海軍彭劍目錄項目一： LED 點陣書寫顯示屏（ H 題） 2009 年第九屆全國大學生電子設計競賽一、任務設計并制作一個基于32X 32點陣LED模塊的書寫顯示屏，其系統(tǒng)結構如圖 1 所示。在控制器的管理下， LED

2、 點陣模塊顯示屏工作在人眼不易覺察的掃描微 亮和人眼可見的顯示點亮模式下；當光筆觸及LED點陣模塊表面時，先由光筆檢 測觸及位置處 LED 點的掃描微亮以獲取其行列坐標，再依據(jù)功能需求決定該坐 標處的 LED 是否點亮至人眼可見的顯示狀態(tài)（如圖 1 中光筆接觸處的深色 LED 點已被點亮），從而在屏上實現(xiàn)“點亮、劃亮、反顯、整屏擦除、筆畫擦除、連 寫多字、對象拖移”等書寫顯示功能。圖 1 LED 點陣書寫顯示屏系統(tǒng)結構示意圖二、要求1基本要求（1）在“點亮”功能下， 當光筆接觸屏上某點 LED 時，能即時點亮該點 LED， 并在控制器上同步顯示該點 LED 的行列坐標值（左上角定為行列坐標原點

3、） 。（2）在“劃亮”功能下，當光筆在屏上快速劃過時，能同步點亮劃過的各點 LED其速度要求2s內(nèi)能劃過并點亮40點LED（3）在“反顯”功能下，能對屏上顯示的信息實現(xiàn)反相顯示（即：字體筆畫 處不亮，無筆畫處高亮） 。（4）在“整屏擦除”功能下，能實現(xiàn)對屏上所顯示信息的整屏擦除。 2發(fā)揮部分（1）在“筆畫擦除”功能下，能用光筆擦除屏上所顯漢字的筆畫。（2） 在“連寫多字”功能下，能結合自選的擦除方式，在 30s 內(nèi)在屏上以 “劃亮”方式逐個寫出四個漢字（總筆畫數(shù)不大于 30）且存入機內(nèi)，寫完后再 將所存四字在屏上逐個輪流顯示。（3）在“對象拖移”功能下，能用光筆將選定顯示內(nèi)容在屏上進行拖移。先

4、 用光筆以“劃亮” 方式在屏上圈定欲拖移顯示對象， 再用光筆將該對象拖移到屏 上另一位置。（4）當環(huán)境光強改變時，能自動連續(xù)調(diào)節(jié)屏上顯示亮度。（5）當光筆連續(xù)未接觸屏面的時間超過15min時（此時間可由控制器設定） ，能自動關閉屏上顯示，并使整個系統(tǒng)進入休眠狀態(tài)，此時系統(tǒng)工作電流應 不大于 5mA。（ 6）其他。三、說明1設計制作時所用 LED 點陣模塊的發(fā)光顏色不限。2各種功能的切換方式自定，但應力求操作簡便。 3在各種功能的實際操作過程中， 必要時可用按鍵或其他控制方式進行輔助。 例如，“連寫多字”時，寫完一字后用自定義控制方式存入該字并清屏，然后再 寫下一字。4系統(tǒng)應采用 5V 單電源供

5、電。5設計制作時應在電路板上留有系統(tǒng)耗電參數(shù)的測試點。 6設計報告正文中應包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖、主 要的測試結果。完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測試結果用附件給出。項目二：信號發(fā)生器( H 題) 2007 年第八屆全國大學生電子設計競賽一、任務設計并制作一臺信號發(fā)生器， 使之能產(chǎn)生正弦波、 方波和三角波信號， 其系 統(tǒng)框圖如圖 1 所示。圖 1 信號發(fā)生器系統(tǒng)框圖二、要求1基本要求(1) 信號發(fā)生器能產(chǎn)生正弦波、方波和三角波三種周期性波形；(2) 輸出信號頻率在100Hz100kHz范圍內(nèi)可調(diào),輸出信號頻率穩(wěn)定度優(yōu) 于 10-3 ；(3) 在1kQ負載條件下，輸

6、出正弦波信號的電壓峰-峰值Vopp在05V范 圍內(nèi)可調(diào)；( 4)輸出信號波形無明顯失真；( 5)自制穩(wěn)壓電源。2發(fā)揮部分(1) 將輸出信號頻率范圍擴展為 10Hz1MHz輸出信號頻率可分段調(diào)節(jié)：在10Hz1kHz范圍內(nèi)步進間隔為10Hz;在1kHz1MHz范圍內(nèi)步進間隔為1kHz。 輸出信號頻率值可通過鍵盤進行設置；(2) 在50Q負載條件下，輸出正弦波信號的電壓峰-峰值Vopp在05V范 圍內(nèi)可調(diào)，調(diào)節(jié)步進間隔為，輸出信號的電壓值可通過鍵盤進行設置;( 3)可實時顯示輸出信號的類型、幅度、頻率和頻率步進值;( 4)其他。三、說明設計報告正文應包括系統(tǒng)總體框圖、 核心電路原理圖、 主要流程圖和

7、主要的 測試結果。完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測試結果可用附件給出。項目三：正弦信號發(fā)生器 2005 年第七屆全國大學生電子設計競賽、任務設計制作一個正弦信號發(fā)生器。、要求1 、基本要求(1)正弦波輸出頻率范圍： 1kHz10MHz;( 2)具有頻率設置功能，頻率步進： 100Hz;(3) 輸出信號頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于 10-4;(4) 輸出電壓幅度：在50Q負載電阻上的電壓峰-峰值Vopp 1V;( 5)失真度：用示波器觀察時無明顯失真。2、發(fā)揮部分在完成基本要求任務的基礎上，增加如下功能：(1) 增加輸出電壓幅度：在頻率范圍內(nèi) 50Q負載電阻上正弦信號輸出電壓 的峰-峰值 Vopp=

8、6V 1 V；(2) 產(chǎn)生模擬幅度調(diào)制(AM)信號：在1MHz10MH范圍內(nèi)調(diào)制度 ma可在 10%- 100%之間程控調(diào)節(jié)，步進量10%正弦調(diào)制信號頻率為1kHz,調(diào)制信號自行產(chǎn)生；(3) 產(chǎn)生模擬頻率調(diào)制(FM)信號：在100kHz10MHz頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生10kHz 最大頻偏，且最大頻偏可分為 5kHz/10kHz 二級程控調(diào)節(jié)，正弦調(diào)制信號頻率為 1kHz,調(diào)制信號自行產(chǎn)生；(4) 產(chǎn)生二進制PSK ASK信號：在100kHz固定頻率載波進行二進制鍵控， 二進制基帶序列碼速率固定為10kbps,二進制基帶序列信號自行產(chǎn)生；( 5)其他。項目四：簡易邏輯分析儀2003 年第六屆全國大學生電

9、子設計競賽一、任務設計并制作一個 8 路數(shù)字信號發(fā)生器與簡易邏輯分析儀， 其結構框圖如圖 1 所示：圖 1 系統(tǒng)結構圖二、要求1 、基本要求( 1 )制作數(shù)字信號發(fā)生器能產(chǎn)生 8 路可預置的循環(huán)移位邏輯信號序列，輸出信號為 TTL 電平，序列 時鐘頻率為100Hz,并能夠重復輸出。邏輯信號序列示例如圖 2所示。( 2)制作簡易邏輯分析儀a具有采集8路邏輯信號的功能，并可設置單級觸發(fā)字。信號采集的觸發(fā) 條件為各路被測信號電平與觸發(fā)字所設定的邏輯狀態(tài)相同。在滿足觸發(fā)條件時, 能對被測信號進行一次采集、存儲。b 能利用模擬示波器清晰穩(wěn)定地顯示所采集到的 8路信號波形，并顯示觸 發(fā)點位置。c. 8位輸

10、入電路的輸入阻抗大于 50kQ,其邏輯信號門限電壓可在4V范 圍內(nèi)按 16 級變化，以適應各種輸入信號的邏輯電平。d. 每通道的存儲深度為20bit。圖2 重復輸出循環(huán)移位邏輯序列 000001012.發(fā)揮部分( 1)能在示波器上顯示可移動的時間標志線,并采用 LED 或其它方式顯示 時間標志線所對應時刻的 8 路輸入信號邏輯狀態(tài)。( 2)簡易邏輯分析儀應具備 3 級邏輯狀態(tài)分析觸發(fā)功能,即當連續(xù)依次捕 捉到設定的 3 個觸發(fā)字時,開始對被測信號進行一次采集、存儲與顯示,并顯 示觸發(fā)點位置。 3 級觸發(fā)字可任意設定(例如：在 8 路信號中指定連續(xù)依次捕 捉到兩路信號 11、01、00 作為三級

11、觸發(fā)狀態(tài)字) 。( 3)觸發(fā)位置可調(diào)(即可選擇顯示觸發(fā)前、后所保存的邏輯狀態(tài)字數(shù))。( 4)其它(如增加存儲深度后分頁顯示等) 。項目五：建議數(shù)字存儲示波器2001 年第五屆全國大學生電子設計競賽一、任務 設計并制作一臺用普通示波器顯示被測波形的簡易數(shù)字存儲示波器， 示意圖 如下：二、要求1基本要求(1) 要求儀器具有單次觸發(fā)存儲顯示方式，即每按動一次“單次觸發(fā)”鍵， 儀器在滿足觸發(fā)條件時， 能對被測周期信號或單次非周期信號進行一次采集與存 儲，然后連續(xù)顯示。(2) 要求儀器的輸入阻抗大于100kQ,垂直分辨率為32級/div ,水平分辨 率為20點/div ;設示波器顯示屏水平刻度為10di

12、v，垂直刻度為8div。(3) 要求設置div、div、20卩s/div 三檔掃描速度，儀器的頻率范圍為DC- 50kHz,誤差w 5%(4) 要求設置div、1V/div二檔垂直靈敏度，誤差w 5%( 5)儀器的觸發(fā)電路采用內(nèi)觸發(fā)方式，要求上升沿觸發(fā)、觸發(fā)電平可調(diào)。( 6)觀測波形無明顯失真。2發(fā)揮部分( 1 )增加連續(xù)觸發(fā)存儲顯示方式， 在這種方式下， 儀器能連續(xù)對信號進行采 集、存儲并實時顯示，且具有鎖存(按“鎖存”鍵即可存儲當前波形)功能。( 2)增加雙蹤示波功能，能同時顯示兩路被測信號波形。( 3)增加水平移動擴展顯示功能，要求存儲深度增加一倍， 并且能通過操作“移動” 鍵顯示被存儲

13、信號波形的任一部分。( 4)垂直靈敏度增加 div 檔，以提高儀器的垂直靈敏度，并盡力減小輸入 短路時的輸出噪聲電壓。( 5)其它。項目六：簡易數(shù)字頻率計 1997 年第三屆全國大學生電子設計競賽、任務設計并制作一臺數(shù)字顯示的簡易頻率計。、要求1 基本要求( 1 )頻率測量a. 測量范圍信號：方波、正弦波；幅度： 5V;頻率：1Hz1MHzb. 測量誤差w %( 2)周期測量a. 測量范圍信號：方波、正弦波；幅度： 5V;頻率：1Hz1MHzb. 測量誤差w %( 3)脈沖寬度測量a 測量范圍信號：脈沖波；幅度：5V;脈沖寬度100卩sb.測量誤差w 1%(4) 顯示器 十進制數(shù)字顯示，顯示刷

14、新時間 110 秒連續(xù)可調(diào)，對上述三種測量功能 分別用不同顏色的發(fā)光二極 管指示。(5) 具有自校功能，時標信號頻率為 1MHz。(6) 自行設計并制作滿足本設計任務要求的穩(wěn)壓電源。2.發(fā)揮部分(1) 擴展頻率測量范圍為10MHz(信號幅度5V,測量誤差降低為(最 大閘門時間w 10s)。(2) 測量并顯示周期脈沖信號(幅度5V、頻率1Hz1kHz)的占空比， 占空比變化范圍為10%90%測量誤差w 1%。(3) 在1Hz1MHz范圍內(nèi)及測量誤差w 1%勺條件下，進行小信號的頻率測 量，提出并實現(xiàn)抗干擾的措施。項目七：實用信號源的設計與制作 1995 年第二屆全國大學生電子設計競賽一、任務在給

15、定土 15V電源電壓條件下，設計并制作一個正弦波和脈沖波信號源。 二、要求1 .基本要求(1)正弦波信號源 信號頻率： 20Hz20kHz 步進調(diào)整，步長為 5Hz 頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于 10-4 非線性失真系數(shù)w 3%( 2)脈沖波信號源 信號頻率： 20Hz20kHz 步進調(diào)整，步長為 5Hz 上升時間和下降時間：w 1卩s 平頂斜降：w 5% 脈沖占空比： 2%98%步進可調(diào)，步長為 2%( 3)上述兩個信號源公共要求 頻率可預置。 在負載為600Q時，輸出幅度為3V。 完成 5 位頻率的數(shù)字顯示。2.發(fā)揮部分(1) 正弦波和脈沖波頻率步長改為 1Hz。(2) 正弦波和脈沖波幅度可步進調(diào)整，

16、調(diào)整范圍為100m3V,步長為 100mV。(3) 正弦波和脈沖波頻率可自動步進，步長為 1Hz。( 4)降低正弦波非線性失真系數(shù)。項目八：多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1994 年第一屆全國大學生電子設計競賽一、設計任務 設計一個八路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)原理框圖如下： 主控器能對 50 米以外的各路數(shù)據(jù)， 通過串行傳輸線（實驗中用 1 米線代替） 進行采集的顯示和顯示。具體設計任務是： （1）現(xiàn)場模擬信號產(chǎn)生器。 （2）八路數(shù)據(jù)采集器。（ 3）主控器。二、設計要求 1基本要求 （ 1）現(xiàn)場模擬信號產(chǎn)生器： 自制一正弦波信號發(fā)生器， 利用可變電阻改變振 蕩頻率，使頻率在200Hz2kHz范圍變化，再經(jīng)頻率電壓變換后輸出相應15V 直流電壓（200Hz對應1V, 2kHz對應5V） 0（ 2）八路數(shù)據(jù)采集器：數(shù)據(jù)采集器第 1 路輸入自制 15V 直流電壓， 第 2 7 路分別輸入來自直流源的 5， 4， 3， 2， 1， 0V 直流電壓（各