描述
<p>注：*为必填项。</p>
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<em> 简要介绍作品：
本作品需设计一个整形模块、测量模块和显示模块所构成的系统。利用FPGA作为核心处理器，输入信号通过整形模块变成FPGA可检测到的时钟信号，经FGPA测量频率值后，将数据发送给单片机，显示数字和对应的单位。
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</em> 一、作品详情；
本作品需设计一个整形模块、测量模块和显示模块所构成的系统。利用FPGA作为核心处理器，输入信号通过整形模块变成FPGA可检测到的时钟信号，经FGPA测量频率值后，将数据发送给单片机，显示数字和对应的单位。</p>
<p>* 二、描述作品所面临的挑战及所解决的问题；
1、频率测量核心处理模块
方案一：采用单片机实现频率测量。虽然理论上单片机可以实现频率测量，但是实际上测量较低频和较高频时，其测量精度不够，误差较大，测量结果不稳定。
方案二：采用FPGA作为频率测量。FPGA核心频率可达到几百兆赫兹，最大的优点是并行处理能力强，适合测量较低频和较高频的信号。
综上比较以上方案，选择方案二。
2、放大模块
方案一：采用TI公司的运放THS3201。THS3201是低噪音、宽带、高速电流反馈放大器，具有1.8GHz的极宽带宽、6700V/µs高压摆率，其单位增益带宽满足条件，且转换速度快。但是电流反馈型运放工作时不确定性因素过多，并且实际测量时其在较高频率时衰减明显。
方案二：采用TI公司的运放OPA847。OPA847是宽带、极低噪声电压反馈运算放大器，具有3.9GHz的极宽带宽、950V/µs压摆率、的超低输入噪声，理论上可实现对于有效值为10mV、频率为100MHz信号的放大，并且噪声低，稳定性高。
综上比较以上方案，选择方案二。
3、整形模块
方案一：使用三路放大器MC10116，输出接三极管推挽电路，使用场效应管构成无源滤波电路。可整形信号频率可达400MHz以上，但电路设计方案比较复杂。
方案二：选用TI公司的高速比较器TLV3501。TLV3501可将100MHz内的正弦波经比较器转化为方波，效果较好。
综上比较以上方案，选用方案二。
4、显示模块
方案一：采用FPGA控制数码管或者LCD1602显示。FPGA并不适合作显示，且数码管和1602在单位转化上难以实现。
方案二：采用单片机控制液晶显示屏显示。STM32控制显示屏较为简单， 同时FPGA与STM32采用SPI通信，简单易实现。
综上比较以上方案，选用方案二。</p>
<p>* 三、描述作品硬件、软件部分涉及到的关键点；
根据设计要求被测信号为电压有效值为50mV~1V的正弦波，对于几十毫伏的信号，需对其进行放大后才可以让FPGA识别出其频率变化；通过FPGA与单片机通信，单片机控制显示屏显示数据以及单位。 综上，输入信号经过宽带放大器OPA847和TLV3501整形成方波输入FPGA进行处理，并通过与单片机通信，使液晶显示屏显示待测信号的频率。系统结构流程图如图1所示。
<img src="//image.lceda.cn/pullimage/PMwVdzHMYa6yOJSFziqFtGjZctnFxqbjTBnVKN0Y.png" alt="image.png">
1、宽带放大器OPA847
根据多次试验测试和经验，OPA847同相放大不易自激。根据官方手册，OPA847同相放大增益大于12dB才能稳定工作；根据手册中的典型电路，Rf取750Ω，Rg取39Ω，可以实现最高增益26dB、带宽150MHz的宽带放大，达到题目带宽要求。
<img src="//image.lceda.cn/pullimage/eXbvDCyEOrTx00uDlYsamAfv3J53PMc0Ah065KWr.png" alt="image.png">
2、高速比较器TLV3501
信号输入到比较器同相端，差模电压为输入电压，与0V比较输出。最高可以将300MHz的正弦信号整形成FPGA可以处理的方波信号。
<img src="//image.lceda.cn/pullimage/ER5ONuBPPgEC4PcI73MCw45BC9IkEP3fKIJD8twL.png" alt="image.png"></p>
<p><em> 四、作品材料清单；
见boom表
<img src="//image.lceda.cn/pullimage/eeWfuBsR5nJPu2ONDbJEuyR3L4Wh1hEFiBbZPuMZ.png" alt="image.png">
</em> 五、作品图片上传；（PCB上须有大赛logo标识并拍照上传，若无视为放弃参赛）
<img src="//image.lceda.cn/pullimage/oMKQhkaIp0lI28NDmJe4FrzCcgqPVGqzWgw4Dx8Y.png" alt="image.png"></p>
<p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/MYb2qlNIbZlcrtLAw2Bvf0lsO29ToCXE7oUZbh5O.png" alt="image.png">
* 六、演示您的作品并录制成视频上传；（视频内容须包含：作品介绍；功能演示；性能测试；PCB上大赛logo标识特写镜头，若无视为放弃参赛）文档。</p>
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