集创赛优秀项目介绍-凯发官网入口
发布时间2023-04-03
由工业和信息化部人才交流中心主办的2022年第六届全国大学生集成电路创新创业大赛(以下简称:集创赛)已落下帷幕,来自武汉理工大学的“夜的第七章”团队做的智能娱乐收音机项目,在2022年集创赛安谋科技杯获得了一等奖。此项目基于arm cortex-m0处理器在安路eg4s20上利用fm_sdr板卡构建具备无线通信基带信号处理的片上系统。
图1.“夜的第七章”团队风采
1 项目简介
本项目基于arm cortex-m0处理器在安路eg4s20上利用fm_sdr板卡构建具备无线通信基带信号处理的片上系统,下载程序后,可在keil界面中完成调试及运行。
作品使用内部总线连接存储器与fpga板载的外设,如数码管、矩阵键盘、拨动开关、led、蜂鸣器、flash等,配合控制外围扩展电路实现fm等通信信号的调制解调等处理。在此基础上,设计fir带通滤波器并为fm射频板配备了性能更加优良的射频天线与大音腔喇叭,使音质得到了提升;采用芯片ci1122完成对特定语句的离线识别功能简化了调台的操作步骤;利用芯片内合封的sdram和sd卡模块实现对音乐的播放、录制和评分功能;用板载qn8027发射芯片增加fm游戏、机械臂控制等通信功能,同时作为专用的fm发射芯片,qn8027支持立体声传输,但msi001仅支持fm基带解调,采用立体声数字解调的方案,实现了对立体声副载波的解调(am解调),完成了立体声传输,展示效果良好,实践创新性强。
2 系统设计
本系统的主要功能部件包括arm cortex-m0内核、ahb总线矩阵、cmsis-dap调试端口、语音识别模块、sd卡模块等,具体系统框图如下图所示。在方案设计时,核心思想为软硬件协同,充分利用开发板资源完成整个系统的搭建,结构如图所示。
图2. 整体系统设计
3 硬件搭建
3.1 fpga开发板
我们将开发板的核心芯片型号选定为安路科技的eg4s20bg256,它具有低功耗、低成本、高性能等特点。有丰富的lut、dsp、bram、高速差分io等资源,强大的引脚兼容替换性能。有256个管脚(其中可用io共193个);在外围功能模块的设计上,则以简洁直观、小巧易携带为目标,主要包括以下几类模块:板载usb-jtag电路,实现一根线供电和调试;输出显示类,如led灯、数码管;输入操作类的,如矩阵按键、拨动开关;发声及音频类的,如蜂鸣器;对外通信接口类的,如uart转usb接口;存储器类的,如flash存储器、sdram存储器;模数混合类的,如adc和dac。
同时安路科技提供丰富的设计工具(例如td)帮助用户有效地利用 eagle 平台实现复杂设计。业界领先的综合和布局布线工具,为用户设计高质量产品提供有力保障。本设计选定芯片型号为eg4s20bg256,是基于安路成熟可靠的低成本、低功耗可编程 fpga—eg4s20,采用最新的3d 合封技术,与一块 2m x 32bits 的 sdram合封而成。开发板实物如图所示。
图3. fpga开发板实物图
19600个 luts,用户io数量193个
先进的55nm低功耗工艺
静态功耗低至5ma
156 kbits分布存储器(distribute ram)
1 mbits嵌入块存储器(block ram简称bram)包括:64个9 kbits bram,可配置为真双口,8kx1到512x18模式16个32 kbits bram,可配置为真双口,可设置为2k16或4k8专用fifo控制逻辑
内置2m* 32bits sdr sdram,最高工作时钟200mhz
优化的的lut4/lut5组合设计双端口分布式存储器支持算数逻辑运算快速进位链逻辑
输入/输出单元包含ddr寄存器
generic ddrx1
generic ddrx2
支持lvttl、lvcmos (3.3/2.5/1.8v/1.5/1.2v)、pci
支持lvds,bus-lvds, mlvds, rsds, lvpecl
支持热插拔
可配置上拉/下拉模式
片内100欧姆差分电阻
针对高速i/o接口设计的2路ioclk
16路全局时钟
支持4个plls用于频率综合
5路时钟输出
分频系数1到128
支持5路时钟输出级联
动态相位选择
主模式串行spi (mspi)
从模式串行 (ss)
主模式并行x8 (mp)
从模式并行x8 (sp)
jtag模式 (ieee-1532)
8通道12位1msps sar adc
集成电压监控模块
内置环形振荡器
3.2 射频开发板
选用了dmz_fmsdr开发板。dmz_fmsdr内部包含了50m-120m,400m-1000m射频接收电路,76m-108m的fm频道发射电路,麦克风电路,音频耳放和功放电路。可以通过编程实现fm收音机、fm发射机、fm对讲机以及其他频段的接收机。fm_sdr模块与eg4s20模块对插示意图如图所示。
图4. fm_sdr模块与eg4s20模块对插示意图
4 功能设计
5 作品外观
图5. 实物图
团队介绍
参赛单位:武汉理工大学
队伍名称:夜的第七章
指导老师:付琴,杨媛媛
参赛队员:王鑫鹏,卢思远,黄俊颖
总决赛奖项:一等奖