[讨论] 南华大学黄智伟系列--在电子设计竞赛中需要准备几种微控制器

在电子设计竞赛中，单片机、FPGA、嵌入式处理器、DSP都可以使用，但对于每个参赛队，如果要求单片机、FPGA、嵌入式处理器、DSP全部都掌握，而且能够在竞赛中熟练的使用是存在一定困难的。

分析历届获奖作品，大多数的作品采用“单片机+FPGA”都可以完成。嵌入式处理器（俗称的ARM）多是作为一款性能更好的单片机使用，没有使用操作系统。DSP在获奖作品中也有使用。

1. 单片机的最小系统选型

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，如竞赛命题对今年的竞赛作品将增加“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。

建议可以准备“通用的单片机最小系统+低功耗的单片机最小系统”，例如“AT89S52最小系统+低功耗的C8051F022最小系统”。

2. FPGA选型

（1）主流的FPGA

FPGA是现场可编程门阵列（Field Programable Gate Array)的简称，目前世界上有十几家生产CPLD/FPGA的公司，其中最大的三家是：Altera，Xilinx，Lattice，其中Altera和Xilinx占有了60%以上的市场份额。

Altera公司的FPGA：Altera是目前最大的可编程逻辑器件供应商之一。Altera的主流FPGA分为两大类，一种侧重低成本应用，容量中等，性能可以满足一般的逻辑设计要求，如Cyclone，CycloneII；还有一种侧重于高性能应用，容量大，性能能满足各类高端应用，如Startix，StratixII等，用户可以根据自己实际应用要求进行选择。 在性能可以满足的情况下，优先选择低成本器件。

Altera公司目前有两种免费软件可以下载：

MaxplusII Baseline版 ：支持30,000门以下所有设计,支持原理图,AHDL语言，支持波形仿真,时间分析,编程下载.约40M，目前已经不推荐使用，建议使用 QuartusII Web版 。

QuartusII Web版： 支持Altera绝大多数器件设计，支持原理图，HDL语言，支持波形仿真,时间分析，编程下载，和全版本的功能相差不大。

QuartusII Web版的 License申请 ：任何用户都可以用网卡号申请5个月的免费license，到期后可以继续申请。

对于新手，Altera 培训中心 可以提供各种学习资料下载，Altera代理商还为用户提供免费设计培训课程。

Xilinx的FPGA：Xilinx公司是FPGA的发明者，是最大可编程逻辑器件供应商之一。 Xilinx的主流FPGA分为两大类，一种侧重低成本应用，容量中等，性能可以满足一般的逻辑设计要求，如Spartan系列；还有一种侧重于高性能应用，容量大，性能能满足各类高端应用，如Virtex系列，用户可以根据自己实际应用要求进行选择。 在性能可以满足的情况下，优先选择低成本器件。

    Xilinx公司还有很多仍然在广泛使用的可编程器件产品，如：SpartanIIE, SpartanII, Spartan, Virtex-II，Virtex-II pro，VirtexE, XV4000等等。

开发软件
ISE ：Xilinx公司集成开发的工具 Foundation： Xilinx公司早期的开发工具，逐步被ISE取代 ISE Webpack ：
Webpack是xilinx提供的免费开发软件，功能比ISE少一些，可以从xilinx网站下载 嵌入式开发套件（EDK） ： 用于开发集成PowerPC硬核和MicroBlaze软核CPU的工具
System Generator for DSP ：配合Mathlab，在FPGA中完成数字信号处理的工具

Xilinx IP 核
： Xilinx公司拥有非常完整的IP库

对于新手，Xilinx培训中心可以提供 软件使用和设计进阶等学习资料下载
。

Lattice的FPGA：Lattice（莱迪思）是ISP（在线可编程）技术的发明者，ISP技术极大的促进了PLD产品的发展，80年代和90年代初是其高速发展的黄金时期。Lattice中小规模PLD/FPGA比较有特色，种类齐全，性能不错。2004年以后开始大规模进入FPGA领域，是世界第三大可编程逻辑器件供应商。目前Lattice公司在上海设有研发部门。

Lattice在PLD领域发展多年，拥有众多产品系列，目前主流产品是 ispMACH4000，MachXO系列CPLD和LatticeEC/ECP系列FPGA，此外，在混合信号芯片上，也有诸多建树，如可编程模拟芯片ispPAC，可编程电源管理，时钟管理等 。

开发软件

ispLever ：Lattice推出的最新一代PLD集成开发软件，取代ispEXPERT，成为FPGA和PLD设计的主要工具。

ispDesignEXPERT：ispEXPERT System是Lattice早期的集成环境。在ispEXERT System中可以进行VHDL，Verilog及ABEL语言的设计输入，综合，适配，仿真和在系统下载。

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