FPGA历年竞赛题.docx

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FPGA历年竞赛题

2011年全国大学生电子设计竞赛

FPGA预赛课题项目

2011年07月15日

内容摘要

为更好的备战2011年全国大学生电子设计竞赛，经FPGA小组讨论决定，从历年全国电子竞赛的课题项目入手，由FPGA小组成员整理收集历年竞赛课题；采用逐个击破的方法，边学习，边练习，使能够掌握和运用各个不同的模块，将所学到的用到实际。

FPGA小组

FPGA小组：

唐从学

韦稳稳

聂先敏

邹海军

彭剑

目录

项目一：

LED点阵书写显示屏（H题）4

项目二：

信号发生器（H题）6

项目三：

正弦信号发生器7

项目四：

简易逻辑分析仪8

项目五：

建议数字存储示波器10

项目六：

简易数字频率计11

项目七：

实用信号源的设计与制作12

项目八：

多路数据采集系统13

项目一：

LED点阵书写显示屏（H题）

——2009年第九届全国大学生电子设计竞赛

一、任务

设计并制作一个基于32×32点阵LED模块的书写显示屏，其系统结构如图1所示。

在控制器的管理下，LED点阵模块显示屏工作在人眼不易觉察的扫描微亮和人眼可见的显示点亮模式下；当光笔触及LED点阵模块表面时，先由光笔检测触及位置处LED点的扫描微亮以获取其行列坐标，再依据功能需求决定该坐标处的LED是否点亮至人眼可见的显示状态（如图1中光笔接触处的深色LED点已被点亮），从而在屏上实现“点亮、划亮、反显、整屏擦除、笔画擦除、连写多字、对象拖移”等书写显示功能。

图1LED点阵书写显示屏系统结构示意图

二、要求

1．基本要求

（1）在“点亮”功能下，当光笔接触屏上某点LED时，能即时点亮该点LED，并在控制器上同步显示该点LED的行列坐标值（左上角定为行列坐标原点）。

（2）在“划亮”功能下，当光笔在屏上快速划过时，能同步点亮划过的各点LED，其速度要求2s内能划过并点亮40点LED。

（3）在“反显”功能下，能对屏上显示的信息实现反相显示（即：

字体笔画处不亮，无笔画处高亮）。

（4）在“整屏擦除”功能下，能实现对屏上所显示信息的整屏擦除。

2．发挥部分

（1）在“笔画擦除”功能下，能用光笔擦除屏上所显汉字的笔画。

（2）在“连写多字”功能下，能结合自选的擦除方式，在30s内在屏上以“划亮”方式逐个写出四个汉字（总笔画数不大于30）且存入机内，写完后再将所存四字在屏上逐个轮流显示。

（3）在“对象拖移”功能下，能用光笔将选定显示内容在屏上进行拖移。

先用光笔以“划亮”方式在屏上圈定欲拖移显示对象，再用光笔将该对象拖移到屏上另一位置。

（4）当环境光强改变时，能自动连续调节屏上显示亮度。

（5）当光笔连续未接触屏面的时间超过1～5min时（此时间可由控制器设定），能自动关闭屏上显示，并使整个系统进入休眠状态，此时系统工作电流应不大于5mA。

（6）其他。

三、说明

1．设计制作时所用LED点阵模块的发光颜色不限。

2．各种功能的切换方式自定，但应力求操作简便。

3．在各种功能的实际操作过程中，必要时可用按键或其他控制方式进行辅助。

例如，“连写多字”时，写完一字后用自定义控制方式存入该字并清屏，然后再写下一字。

4．系统应采用5V单电源供电。

5．设计制作时应在电路板上留有系统耗电参数的测试点。

6．设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。

完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果用附件给出。

项目二：

信号发生器（H题）

——2007年第八届全国大学生电子设计竞赛

一、任务

设计并制作一台信号发生器，使之能产生正弦波、方波和三角波信号，其系统框图如图1所示。

图1信号发生器系统框图

二、要求

1．基本要求

（1）信号发生器能产生正弦波、方波和三角波三种周期性波形；

（2）输出信号频率在100Hz～100kHz范围内可调,输出信号频率稳定度优于10-3；

（3）在1kΩ负载条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在0～5V范围内可调；

（4）输出信号波形无明显失真；

（5）自制稳压电源。

2．发挥部分

（1）将输出信号频率范围扩展为10Hz～1MHz，输出信号频率可分段调节：

在10Hz～1kHz范围内步进间隔为10Hz；在1kHz～1MHz范围内步进间隔为1kHz。

输出信号频率值可通过键盘进行设置；

（2）在50Ω负载条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在0～5V范围内可调，调节步进间隔为0.1V，输出信号的电压值可通过键盘进行设置；

（3）可实时显示输出信号的类型、幅度、频率和频率步进值；

（4）其他。

三、说明

设计报告正文应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图和主要的测试结果。

完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果可用附件给出。

项目三：

正弦信号发生器

——2005年第七届全国大学生电子设计竞赛

一、任务

设计制作一个正弦信号发生器。

二、要求

1、基本要求

（1）正弦波输出频率范围：

1kHz～10MHz；

（2）具有频率设置功能，频率步进：

100Hz；

（3）输出信号频率稳定度：

优于10-4；

（4）输出电压幅度：

在50Ω负载电阻上的电压峰-峰值Vopp≥1V；

（5）失真度：

用示波器观察时无明显失真。

2、发挥部分

在完成基本要求任务的基础上，增加如下功能：

（1）增加输出电压幅度：

在频率范围内50Ω负载电阻上正弦信号输出电压的峰-峰值Vopp=6V±1V；

（2）产生模拟幅度调制（AM）信号：

在1MHz~10MHz范围内调制度ma可在10%～100%之间程控调节，

步进量10%，正弦调制信号频率为1kHz，调制信号自行产生；

（3）产生模拟频率调制（FM）信号：

在100kHz~10MHz频率范围内产生10kHz最大频偏，且最大频偏可分为5kHz/10kHz二级程控调节，正弦调制信号频率为1kHz，调制信号自行产生；

（4）产生二进制PSK、ASK信号：

在100kHz固定频率载波进行二进制键控，二进制基带序列码速率固定为10kbps，二进制基带序列信号自行产生；

（5）其他。

项目四：

简易逻辑分析仪

——2003年第六届全国大学生电子设计竞赛

一、任务

设计并制作一个8路数字信号发生器与简易逻辑分析仪，其结构框图如图1所示：

图1系统结构图

二、要求

1、基本要求

（1）制作数字信号发生器

能产生8路可预置的循环移位逻辑信号序列，输出信号为TTL电平，序列时钟频率为100Hz，并能够重复输出。

逻辑信号序列示例如图2所示。

（2）制作简易逻辑分析仪

a．具有采集8路逻辑信号的功能，并可设置单级触发字。

信号采集的触发条件为各路被测信号电平与触发字所设定的逻辑状态相同。

在满足触发条件时，能对被测信号进行一次采集、存储。

b．能利用模拟示波器清晰稳定地显示所采集到的8路信号波形，并显示触发点位置。

c．8位输入电路的输入阻抗大于50kΩ，其逻辑信号门限电压可在0.25~4V范围内按16级变化，以适应各种输入信号的逻辑电平。

d．每通道的存储深度为20bit。

图2重复输出循环移位逻辑序列00000101

2．发挥部分

（1）能在示波器上显示可移动的时间标志线，并采用LED或其它方式显示时间标志线所对应时刻的8路输入信号逻辑状态。

（2）简易逻辑分析仪应具备3级逻辑状态分析触发功能，即当连续依次捕捉到设定的3个触发字时，开始对被测信号进行一次采集、存储与显示，并显示触发点位置。

3级触发字可任意设定（例如：

在8路信号中指定连续依次捕捉到两路信号11、01、00作为三级触发状态字）。

（3）触发位置可调（即可选择显示触发前、后所保存的逻辑状态字数）。

（4）其它（如增加存储深度后分页显示等）。

项目五：

建议数字存储示波器

——2001年第五届全国大学生电子设计竞赛

一、任务

设计并制作一台用普通示波器显示被测波形的简易数字存储示波器，示意图如下：

二、要求

1．基本要求

（1）要求仪器具有单次触发存储显示方式，即每按动一次“单次触发”键，仪器在满足触发条件时，能对被测周期信号或单次非周期信号进行一次采集与存储，然后连续显示。

（2）要求仪器的输入阻抗大于100kΩ，垂直分辨率为32级/div，水平分辨率为20点/div；设示波器显示屏水平刻度为10div，垂直刻度为8div。

（3）要求设置0.2s/div、0.2ms/div、20μs/div三档扫描速度，仪器的频率范围为DC～50kHz，误差≤5%。

（4）要求设置0.1V/div、1V/div二档垂直灵敏度，误差≤5%。

（5）仪器的触发电路采用内触发方式，要求上升沿触发、触发电平可调。

（6）观测波形无明显失真。

2．发挥部分

（1）增加连续触发存储显示方式，在这种方式下，仪器能连续对信号进行采集、存储并实时显示，且具有锁存（按“锁存”键即可存储当前波形）功能。

（2）增加双踪示波功能，能同时显示两路被测信号波形。

（3）增加水平移动扩展显示功能，要求存储深度增加一倍，并且能通过操作“移动”键显示被存储信号波形的任一部分。

（4）垂直灵敏度增加0.01V/div档，以提高仪器的垂直灵敏度，并尽力减小输入短路时的输出噪声电压。

（5）其它。

项目六：

简易数字频率计

——1997年第三届全国大学生电子设计竞赛

一、任务

设计并制作一台数字显示的简易频率计。

二、要求

1．基本要求

（1）频率测量

a．测量范围信号：

方波、正弦波；幅度：

0.5V～5V；频率：

1Hz～1MHz

b．测量误差≤0.1%

（2）周期测量

a．测量范围信号：

方波、正弦波；幅度：

0.5V～5V；频率：

1Hz～1MHz

b．测量误差≤0.1%

（3）脉冲宽度测量

a．测量范围信号：

脉冲波；幅度：

0.5V～5V；脉冲宽度≥100μs

b．测量误差≤1%

（4）显示器

十进制数字显示，显示刷新时间1～10秒连续可调，对上述三种测量功能分别用不同颜色的发光二极

管指示。

（5）具有自校功能，时标信号频率为1MHz。

（6）自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。

2．发挥部分

（1）扩展频率测量范围为0.1Hz～10MHz（信号幅度0.5V～5V），测量误差降低为0.01%（最大闸门时间≤10s）。

（2）测量并显示周期脉冲信号（幅度0.5V～5V、频率1Hz～1kHz）的占空比，占空比变化范围为10%～90%，测量误差≤1%。

（3）在1Hz～1MHz范围内及测量误差≤1%的条件下，进行小信号的频率测量，提出并实现抗干扰的措施。

项目七：

实用信号源的设计与制作

——1995年第二届全国大学生电子设计竞赛

一、任务

在给定±15V电源电压条件下，设计并制作一个正弦波和脉冲波信号源。

二、要求

1．基本要求

（1）正弦波信号源

①信号频率：

20Hz～20kHz步进调整，步长为5Hz

②频率稳定度：

优于10-4

③非线性失真系数≤3%

（2）脉冲波信号源

①信号频率：

20Hz～20kHz步进调整，步长为5Hz

②上升时间和下降时间：

≤1μs

③平顶斜降：

≤5%

④脉冲占空比：

2%～98%步进可调，步长为2%

（3）上述两个信号源公共要求

①频率可预置。

②在负载为600Ω时，输出幅度为3V。

③完成5位频率的数字显示。

2．发挥部分

（1）正弦波和脉冲波频率步长改为1Hz。

（2）正弦波和脉冲波幅度可步进调整，调整范围为100mV～3V，步长为100mV。

（3）正弦波和脉冲波频率可自动步进，步长为1Hz。

（4）降低正弦波非线性失真系数。

项目八：

多路数据采集系统

——1994年第一届全国大学生电子设计竞赛

一、设计任务

设计一个八路数据采集系统，系统原理框图如下：

主控器能对50米以外的各路数据，通过串行传输线（实验中用1米线代替）进行采集的显示和显示。

具

体设计任务是：

（1）现场模拟信号产生器。

（2）八路数据采集器。

（3）主控器。

二、设计要求

1．基本要求

（1）现场模拟信号产生器：

自制一正弦波信号发生器，利用可变电阻改变振荡频率，使频率在200Hz～2kHz范围变化，再经频率电压变换后输出相应1～5V直流电压（200Hz对应1V，2kHz对应5V）。

（2）八路数据采集器：

数据采集器第1路输入自制1～5V直流电压，第2～7路分别输入来自直流源的5，4，3，2，1，0V直流电压（各路输入可由分压器产生，不要求精度），第8路备用。

将各路模拟信号分别转换成8位二进制数字信号，再经并/串变换电路，用串行码送入传输线路。

（3）主控器：

主控器通过串行传输线路对各路数据进行采集和显示。

采集方式包括循环采集（即1路、2路……8路、……1路）和选择采集（任选一路）二种方式。

显示部分能同时显示地址和相应的数据。

2．发挥部分

（1）利用电路补偿或其它方法提高可变电阻值变化与输出直流电压变化的线性关系；

（2）尽可能减少传输线数目；

（3）其它功能的改进（例如：

增加传输距离，改善显示功能）。