2020电赛E题备战与实践复盘：STM32、FPGA与频域分析

在2020年的电子设计大赛（简称电赛）中，尽管作者最终仅获得省级二等奖，但对于他们这个年级的学生来说，这个成绩是值得肯定的，尤其对2021年全国大赛的准备具有指导意义。比赛的经历促使作者从大一开始就立下参赛目标，希望通过实践将电子知识应用到实际项目中。 由于疫情的影响，原本八月的比赛推迟至十月，学校的官方培训被迫取消，作者开始了自我学习和准备。作者购买了零件和51单片机，自行构建了一个集循迹避障和遥控功能于一体的小车，借此熟悉小车控制的基础。原本计划参加A题，但因指导教师的调整，团队最终选择了相对较为简单的E题。 团队成员从8月22日开学后，就开始按照老师的指导进行STM32、串口屏、Spartan6以及基础电路的自学。在这个过程中，他们遇到了STM32和FPGA这些新领域的挑战，好在正点原子提供了丰富的学习资源，通过视频教程逐步掌握了这些技术。他们主要的研究装置是基于STM32F103单片机，通过串口屏实现了人机交互，FPGA用于高频信号的分析，通过快速傅里叶变换对放大电路输出的信号进行频域处理，并将THD（总谐波失真）数据传递给主控单元进行计算和显示。 放大电路的设计是关键环节，采用了多级放大结构，包括第一级60倍放大、第二级5倍放大以及射极输出器的阻抗匹配，确保信号质量。输出级采用了OTL电路，并通过偏置电阻维持晶体管工作在临界导通状态。为了灵活控制输出波形失真，电路设计引入了四个继电器，通过改变微控制器（MCU）的输出来生成不同类型的波形。 这次比赛不仅锻炼了团队的技术能力，还培养了自主学习和解决问题的能力，为后续的学术竞赛积累了宝贵经验。虽然2020年的电赛结果未达到最高期望，但它无疑为作者及团队成员的职业生涯奠定了坚实的基础，也为他们未来在更高级别的竞赛中取得佳绩铺平了道路。