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Elektronik mit FPGAs (6 LPs bei erfolgreicher Bearbeitung sämtlicher Hausaufgaben)

Semesterkurs 52863 im WS17/18; Vorlesung Do. 15h30 in PHY 1.0.01, Übungen nach Vereinbarung; Christopher Habenschaden und Fritz Wünsch

→ Kursunterlagen (nur uni-intern)


Bild aus Wikipedia
Sie haben einige Vorkenntnisse in Elektronik, verstehen grundlegende Schaltungen der Analog- und Digitaltechnik. Jetzt möchten Sie gerne wissen, wie heutzutage professionelle Schaltungen v.a. der Digitaltechnik entwickelt werden. Dann sind Sie hier richtig. Sie lernen, wie komplexe digitale Schaltungen am Computer entwickelt und simuliert und am Ende in kundenspezifische Schaltkreise umgesetzt werden - in FPGAs, field programmable gate arrays. Diese Technik setzt sich immer mehr durch, nicht zuletzt im Automobil-Umfeld z.B. bei kameragestützten Fahrerassistenzsystemen. Mikrocontroller-Lösungen wären hier viel zu langsam.
Angefangen mit einfachen Logikschaltungen und einem Lauflicht arbeiten wir uns systematisch in den Entwurf digitaler Schaltungen auf der Basis von FPGAs ein. Wir verwenden die Software Xilinx-Vivado und Nexys4-Boards der Fa. Digilent. Die Schaltungen werden mit Hilfe der Sprache VHDL erstellt, in die wir uns gründlich einarbeiten werden. Natürlich können wir in 4 SWSt nicht auf das Niveau eines Elektronik-Ingenieurs kommen. Wir werden aber auf jeden Fall Messdaten in Echtzeit erfassen, sie digital bearbeiten und das Ergebnis dann in geeigneter Form wieder ausgeben.

Inhalt der Veranstaltung

  • FPGAs: Einordnung, Übersicht
  • Erste Schritte mit Xilinx-Vivado, VHDL und dem Digilent-Nexys4-Board
  • Datentypen, strukturiertes Schaltungsdesign
  • Erste getaktete Systeme: Lauflicht, Synchronzähler, Moving Average Filter, Binäre Multiplikation
  • Eine Digitaluhr komplett in Hardware
  • Ein Projekt, z.B. mit folgenden Komponenten:
    • Serielle Schnittstelle - senden und empfangen direkt in VHDL
    • Ein modernes Computerbussystem: die serielle Schnittstelle über das AXI UARTlite - Interface
    • Ein Moving Average Filter und seine Frequenzcharakteristik
    • Ein echter digitaler Filter - implementiert als Pipeline und seriell
    • XADC: der ADC im Artix7-FPGA
Das Foto zeigt unser Entwicklungssystem - die Platine Nexys4 der Fa. Digilent. Sie steht ganz am Ende des Entwicklungsprozesses. Vorher werden aber intensiv Simulationen durchgeführt, hier z.B. für einen digitalen Bandpass:

 
Letzte Änderung: 04.10.2017 von Webmaster