Цифровая обработка сигналов в ПЛИС

Курс позволит осуществить "быстрый старт" в имплементации алгоритмов ЦОС на ПЛИС Intel FPGA. В рамках курса представлена информация о принципах работы цифровых блоков управления и обработки сигналов с учётом архитектуры микросхем программируемой логики Intel. Основное внимание в рамках курса уделяется практическим навыкам моделирования и внедрения наиболее распространённых алгоритмов ЦОС - цифровых фильтров, преобразования Фурье, а также блоков управления, в частности ПИД-регуляторов.

Продолжительность обучения 2 дня
Место проведения Санкт-Петербург, Новоизмайловский проспект, 34к3
Форма обучения с 10:00 до 17:00
Стоимость обучения ~17000 руб *
Контакты +7(962)722-36-80 / cpe.ifmo@yandex.ru

* - зависит от величины группы и уникальности курса

Моделирование КИХ-фильтра
Моделирование КИХ-фильтра, написанного на HDL с помощью среды ModelSim
Создание генератора синусоидальных сигналов
Создание генератора синусоидальных сигналов с помощью IP-блока NCO фирмы Intel FPGA
Лабораторные работы выполняются на отладочной плате Nexys 4, содержащей ПЛИС семейства Artix 7
В рамках курса подробно рассказывается про интерфейс среды Vivado Design Suite

Обучение позволит:

      • получить основные знания об элементах ЦОС и особенностях их реализации на ПЛИС Intel FPGA
      • моделировать и создавать свои алгоритмы ЦОС на ПЛИС

Аннотация курса

Тема 1
Введение. Основные понятия ЦОС
Тема 2
Цифровые генераторы сигналов
Тема 3
Преобразование Фурье
Тема 4
Цифровая фильтрация
Тема 5
Системы с обратной связью

Необходимые знания:

      • наличие представления о ПЛИС фирмы Intel и процессе их проектирования
      • желателен начальный опыт проектирования на ПЛИС фирмы Intel 
      • знание тем курса Основы проектирования на FPGA

Программа курса

Тема 1
Введение. Основные понятия ЦОС
Приводится информация о основных понятиях ЦОС, о аналоговых и цифровых сигналах. Слушатели знакомятся с форматами данных и способами округления чисел с фиксированной и плавущей точкой, на основе которых реализуются алгоритмы ЦОС на ПЛИС. Описываются принципы работы цифровых блоков обработки сигналов с учётом архитектуры микросхем программируемой логики Intel FPGA.
Тема 2
Цифровые генераторы сигналов
Рассматриваются основные способы реализации цифровых генераторов сигналов на ПЛИС, в том числе создание собственных блоков на языке HDL. Слушатели знакомятся с IP-блоком фирмы Intel FPGA для создания синусоидальных сигналов - numerically controlled oscillator (NCO). Рассматриваются особенности моделирования IP-блоков в среде ModelSim на примере IP-блока NCO.
Тема 3
Преобразование Фурье
Слушателям рассказывают о дискретном преобразовании Фурье (ДПФ) и его применении для построения и анализа спектров сигналов. Рассматривается алгоритм быстрого преобразования Фурье и его реализация на ПЛИС Intel FPGA в виде IP-блока FFT.
Тема 4
Цифровая фильтрация
Рассматриваются фильтры с конечной и бесконечной импульсной характеристикой (КИХ и БИХ фильтры), а также способы их создания, такие как свертка и рекурсивный метод. Описываются различные способы реализации таких фильтров в ПЛИС, в том числе создание собственных блоков на языке HDL. Слушатели знакомятся с IP-блоком для создания КИХ фильтров в ПЛИС фирмы Intel FIR Compiler II.
Тема 5
Системы с обратной связью
Описываются основные понятия систем регулирования и z-преобразования и его применения для анализа систем с обратной связью. Рассматривается система с обратной связью на основе ПИД-регулятора и вопросы по ее реализации на ПЛИС с учетом особенностей форматов данных (с фиксированной и плавущей точкой).

Лабораторные работы

Лабораторная работа №1
Создание и реализация генераторов сигналов на ПЛИС
В лабораторной работе создается проект в среде Quartus Prime, в котором собирается генератор синусоидальных сигналов на основе IP-блока NCO и генератор пилообразного сигнала, реализованного с помощью собственного блока на языке HDL. Функционал проекта проверяется в среде моделирования ModelSim и на отладочной плате с помощью инструмента SignalTap II Logic Analyzer.
Лабораторная работа №2
Реализация БПФ в ПЛИС
В лабораторной работе к генераторам сигналов добавляется блок БПФ на основе IP-блока FFT, проект моделируется в среде ModelSim и проверяется на отладочной плате.
Лабораторная работа №3
Фильтрация цифровых сигналов в ПЛИС
В лабораторной работе собирается проект с несколькими генераторами сигналов на основе IP-блоков NCO и блоком цифрового фильтра FIR Compiler II.  Проводится моделирование цифрового фильтра в среде ModelSim. Проект проверятеся на отладочной плате с помощью инструмента SignalTap II Logic Analyzer.
Лабораторная работа №4
Реализация простой системы регуляирования на основе ПИД-регулятора
В лабораторной работе происходит сборка системы регулярования на основе ПИД-регулятора и ее симуляция с помощью тестовых сигналов.

параметры курса могут корректироваться

Преподаватели

Кандидат технических наук
Руководитель Центра программируемой электроники
Руководитель лаборатории "Моделирования и программирования" НИЦ Световодной фотоники

Специалист в области программирования ПЛИС, цифровой обработки сигналов со стажем работы более 12 лет. Преподаватель дисциплин "Программируемая электроника на ПЛИС", "Программируемая электроника в волоконно-оптических приборах"


Младший научный сотрудник лаборатории "Моделирования и программирования" НИЦ Световодной фотоники

Специалист в области разработки и реализации алгоритмов цифровой обработки сигналов на ПЛИС.

Научный сотрудник лаборатории "Моделирования и программирования" НИЦ Световодной фотоники

Специалист в области высокоскоростных цифровых интерфейсов и протоколов передачи данных

Кандидат технических наук Научный сотрудник лаборатории "Моделирования и программирования" НИЦ Световодной фотоники

Специалист в области разработки и реализации алгоритмов цифровой обработки сигналов на ПЛИС.