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FPGA

Elektronik mit FPGAs

(6 LPs bei erfolgreicher Bearbeitung der Hausaufgaben)


Infos zum nächsten Kurs

Semesterkurs 52863; Vorlesung Do. 15.30h per Zoom oder in Präsenz (Mäx Stefinger), erster Termin auf jeden Fall in Präsenz am Do., den 20.10.2022 um 15h30 im Raum PHY 1.0.01. Hier bekommen die Teilnehmenden FPGA-Boards ausgehändigt. Übungensaufgaben werden per i.d.R. per Mail (und bei Bedarf auch in Präsenz oder per Zoom) von Michaela Gottschalk betreut.

Die Vorlesung (als html) ist uni-intern abrufbar über diese Seite hier und wird regelmäßig aktualisiert; auf Grips gibt's die Übungsaufgaben und Lösungsvorschläge sowie weiteres Material. Alle Teilnehmenden können die Übungsaufgaben zu Hause mit Simulationen und auf Leih-Boards durchführen.

Kursunterlagen (nur Uni-intern): 4 Kapitel als html


Worum geht's?

Foto: 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.


Inhalte

Geplante Inhalte 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
  • Serielle Kommunikation - senden und empfangen direkt in VHDL
  • Ein modernes Computerbussystem: serielle Kommunikation über das AXI UARTlite - Interface
  • Grundlagen der Digitalen Signalverarbeitung
  • Messung der Frequenzcharakteristik von digitalen Filtern
  • Implementierung eines Filters als Pipeline und seriell
  • Kommunikation mit dem Beschleunigungssensor ADXL362 über die SPI-Schnittstelle
  • XADC: der ADC im Artix7-FPGA, Kommunikation über den dynamic reconfiguration port (drp)
  • High Level Synthesis – ein erster Eindruck
  • FPGA-Systemdesign für professionelle Anwendungen - der IP-Integrator


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:
 


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Tel. +49 941 943 2023