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[经验] 三、历届“控制类”赛题中所用到的微控制器

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纯净的硅(中级)

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发表于 7 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 sigma 于 2019-6-13 14:33 编辑

根据历届赛题的要求来看,赛题没有专门指定需要使用哪一种微控制器,单片机、FPGA、ARM(嵌入式微处理器)、DSP 在控制类赛题中都可以使用[3~12]。微控制器使用的型号众多,有 AT89xx 系列、ATmegaxxx 系列、STM32Fxxxx 系列、SPCE061A 系列、SST89xx 系列、LPC21xx 系列、LM3Sxxxx 系列、MSP430Fxx 系列、MC9S12xxxx 系列、C8051Fxx 系列、STC89C 系列等。同一获奖赛题,使用的微控制器也是多种多样。
 

由于赞助公司的原因,通常会在个别赛题中指定使用一种该公司提供的芯片,例如:2009 年 B 题,声音导引系统,必须采用组委会提供的电机控制 ASSP 芯片(型号 MMC-1)实现可移动声源的运动。 2013 年 B 题,四旋翼自主飞行器,飞行器控制板的 MCU 必须使用组委会统一下发的 R5F100LEA(瑞萨 MCU)。

 

在控制类赛题中,使用自己熟悉的、对硬件和软件掌握程度较好的微控制器是一个正确的选择。

 

1. 单片机
 

单片机是大学生电子设计竞赛中应用最多的微控制器,从往届获奖作品中来看,有各种不同型号的单片机在作品中被使用,如:AT89C52、AT89S51、AT89S52、MSP430F1611、MSP430F2274、Atmega128、PIC16F628A、ADuC841、C8051F022、W78E51B 等等。

 

根据竞赛要求,单片机(包括 FPGA、ARM、DSP)最小系统是可以采用成品板的,通常在赛题要求中会对其提出一些限制性的要求,如“最小系统”主要包含单片机、ADC、DAC、存储器等。
 

随着新技术、新器件的出现,2009 年全国大学生电子设计竞赛全国专家组讨论认为竞赛涉及的“最小系统”内涵应随着技术发展而变化,对于这个问题要本着与时俱进的原则,可以通过竞赛命题具体的约束条件予以调控。责任专家们建议不宜统一给出明确的“最小系统” 定义,这样可能会限制学生、束缚命题,但也必须以合适的方式及早向社会表明专家组的基本态度,如竞赛命题对竞赛作品将增加“性价比”与“系统功耗”指标要求,以此方式间接调控参赛学校对准备“万能化”竞赛装置的攀比追逐。在命题要求中引入“性价比”指标要求,这项建议对于调控“最小系统”使用具有积极作用。本着节能原则,专家提出设计作品应有“系统功耗”的指标要求。“系统功耗”是“性价比”的某一量化评测指标,增加这两项指标要求,得到了专家们的普遍首肯。
 

根据增加的“性价比”与“系统功耗”这两个指标的要求,设计时应根据赛题需要选择合适的单片机(包括FPGA、ARM、DSP)最小系统,采用不同的最小系统满足设计要求。
 

2. FPGA

 

FPGA 是现场可编程门阵列(Field Programable Gate Array)的简称,主要生产厂商有 Altera、Xilinx、Lattice 和 Actel 等,其中 Altera 和 Xilinx 占有了 60%以上的市场份额,能提供器件的种类非常丰富。

 

FPGA 有集成度高、体积小、灵活、可重配置等优点,在控制系统中得到了越来越广泛的应用。FPGA 器件选型应注意的一些问题有:

  • 选择主流器件(Xilinx 公司、Altera 公司、Lattice 公司和 Actel 公司) 
  • 根据应用要求选择器件(不同型号的 FPGA 适合不同的应用范围,需要根据设计要求选择)       
  • 能够获得开发工具的支持(Xilinx,Altera,Lattice,Actel 等公司都可以提供了优秀的开发工具)       
  • 选择器件的硬件资源(硬件资源包括逻辑资源、I/O 资源、布线资源、DSP 资源、存储器资源、锁相环资源、串行收发器资源和硬核微处理器资源等)       
  • 注意器件的电气接口标准       
  • 选择器件的速度等级(注意:在满足应用需求的情况下,尽量选用速度等级低的器件)       
  • 选择器件的温度等级、封装、价格       
  • 选择成品的开发板(在电子设计竞赛中,对于初学 FPGA 的学生来说,选择成品的 FPGA 开发板是一个不错的选择,有不少的厂商可以提供可用于电子设计竞赛的 FPGA 开发板,例如康芯公司的电子竞赛板 KX-DVP3F,达尔 EDA 实验室的 DL2C58 等等)。

3. ARM(嵌入式微处理器)
 

近年来,嵌入式系统在控制类赛题中也有使用,而且逐年增多,如:ARM LPC2138、 ARM LPC2132、STM32F 32 位闪存微控制器等。但基本上没有使用操作系统,而是作为一个性能优良的单片机在使用,直接在芯片级进行开发,对内部的寄存器、接口等进行编程控制。
 

要选择好一款适合的嵌入式微处理器,需要考虑的因素很多,除了考虑硬件接口以外,还需要考虑与其相关的操作系统、开发软件的支持、配套的开发工具、仿真器和资料,以及使用者对该微处理器的了解程度、工作经验等。
 

目前国内有许多公司生产 ARM(嵌入式微处理器)开发板(例如,周立功公司),并且能够提供相关的开发工具与参考资料,对于参加电子设计竞赛的初学者而言是一个正确的选择。
 

4. DSP

 

近年来,DSP 系统在控制类赛题中也有使用,但很少,如:TM320LF240A 等。但基本上是直接在芯片级进行开发,对内部的寄存器、接口等进行编程控制。
 

DSP 的主要供应商目前主要有TI,ADI等公司,其中TI 占有最大的市场份额。DSP选型时主要考虑处理速度、功耗、程序存储器和数据存储器的容量、以及片内的资源(如定时器的数量、I/O 口数量、中断数量、DMA 通道数)等。
 

目前国内有许多公司生产 DSP 开发板,并且能够提供相关的开发工具与参考资料,对于参加电子设计竞赛的初学者而言是一个正确的选择。

此帖出自电子竞赛论坛


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