Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Mikroprocesory sygnałowe
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
RIAK-1-710-s
Wydział:
Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Inżynieria Akustyczna
Semestr:
7
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Prowadzący moduł:
dr inż. Rumian Roman (rumian@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Celem jest poznanie nowoczesnego procesora sygnałowego (SHARC Analog Devices), narzędzi sprzętowych i programowych do tworzenia aplikacji audio DSP (echa, filtrów itd.) w czasie rzeczywistym.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Ma wiedzę z zakresu budowy systemów służących przetwarzaniu sygnałów cyfrowych opartych o mikroprocesory sygnałowe, zna ich elementy składowye analogowe i cyfrowe, sposób wykorzystani i programowania do zadań w czasie rzeczywistym. IAK1A_W15, IAK1A_W13, IAK1A_W16, IAK1A_W08 Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Aktywność na zajęciach
Umiejętności: potrafi
M_U001 Potrafi wykorzystać mikroprocesor sygnałowy do realizacji podstawowych algorytmów DSP, zna budowę, bloki funkcjonalne procesora sygnałowego, ich przeznaczenie i sposób programowania. Umie zaprojektować i przesymulować filtr FIR lub IIR, zaplanowac i oszacowac czas potrzebny na implementację w procesorze sygnałowym. Zna środowisko do tworzenia programów dla procesorów sygnałowych, narzędzia testowania, generacji i analizy sygnałów testowych, narzędzia uruchamiania programów w czasie rzeczywistym na procesorze sygnałowym. IAK1A_U11, IAK1A_U10, IAK1A_U09, IAK1A_U08, IAK1A_U14, IAK1A_U12, IAK1A_U22 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Kolokwium
M_U002 Umie wyszukać i wykorzystać twórczo w realizacji algorytmu DSP biblioteki funkcji DSP, metody obliczania przybliżonych wartości funkcji matematycznych. IAK1A_U09, IAK1A_U01 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Kolokwium
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Rozumie potrzebę interdyscyplinarnej współpracy w zespole, który opracowuje nowe urządzenie lub system oparty na cyfrowym przetwarzaniu sygnałów, potrzebę ciągłego uczenia się wymagającego znajomości języka angielskiego. IAK1A_K02, IAK1A_K01 Zaangażowanie w pracę zespołu,
Aktywność na zajęciach
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
28 14 0 14 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Ma wiedzę z zakresu budowy systemów służących przetwarzaniu sygnałów cyfrowych opartych o mikroprocesory sygnałowe, zna ich elementy składowye analogowe i cyfrowe, sposób wykorzystani i programowania do zadań w czasie rzeczywistym. + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Potrafi wykorzystać mikroprocesor sygnałowy do realizacji podstawowych algorytmów DSP, zna budowę, bloki funkcjonalne procesora sygnałowego, ich przeznaczenie i sposób programowania. Umie zaprojektować i przesymulować filtr FIR lub IIR, zaplanowac i oszacowac czas potrzebny na implementację w procesorze sygnałowym. Zna środowisko do tworzenia programów dla procesorów sygnałowych, narzędzia testowania, generacji i analizy sygnałów testowych, narzędzia uruchamiania programów w czasie rzeczywistym na procesorze sygnałowym. - - + - - - - - - - -
M_U002 Umie wyszukać i wykorzystać twórczo w realizacji algorytmu DSP biblioteki funkcji DSP, metody obliczania przybliżonych wartości funkcji matematycznych. - - - - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Rozumie potrzebę interdyscyplinarnej współpracy w zespole, który opracowuje nowe urządzenie lub system oparty na cyfrowym przetwarzaniu sygnałów, potrzebę ciągłego uczenia się wymagającego znajomości języka angielskiego. - - - - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 53 godz
Punkty ECTS za moduł 2 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 28 godz
Przygotowanie do zajęć 8 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 2 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 14 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 1 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (14h):
  1. Architektura mikroprocesora sygnałowego

    Zajęcia w ramach modułu prowadzone są w postaci wykładu (28 godzin) oraz ćwiczeń laboratoryjnych (14 godzin).
    1. Wprowadzenie, motywacja – 4 godziny

    Przedstawienie wachlarza przykładów cyfrowego przetwarzania sygnałów w różnych dziedzinach życia. Przypomnienie przyczyn przewagi sygnału cyfrowego nad analogowym, jego rejestracji i przetwarzania. Prezentacja stosowanych platform sprzętowych systemów DSP (PC, procesory sygnałowe, mikrokontrolery, układy FPGA, układy ASIC) i zasad doboru, porównanie ich zalet i wad w różnych obszarach zastosowań.

    2. Prezentacja architektury procesora sygnałowego – 16 godzin

    Sześć głównych cech architektury procesora sygnałowego (szybka jednostka ALU [jednocyklowa operacja MAC], wielomagistralowość [architektura Harvard], wysoka precyzja obliczeń, mechanizm adresowania buforów cyklicznych i odwróconego przeniesienia, sprzętowa realizacja pętli, szybka i lokalna pamięć RAM), wprowadzenie do arytmetyki stałoprzecinkowej, narzędzia uruchamiania systemów mikroprocesorowych czasu rzeczywistego (debugger, symulator, emulator, sprzętowe i programowe punkty kontrolne), realizacja obliczeń podwójnej i wielokrotnej precyzji. Sterownik DMA, układy peryferyjne typowego procesora sygnałowego, w szczególności synchroniczny port szeregowy, koprocesory (filtrujący, FFT). Środowisko programowe dla tworzenia i uruchamiania aplikacji w języku C i maszynowym.

    3. Zaawansowane narzędzia projektowani i symulacji algorytmów DSP – 6 godzin

    Przygotowanie, symulacja i stałoprzecinkowa implementacja algorytmów za pomocą pakietu MATLAB i Simulink oraz zestawu narządzi zawartych w tzw. DSP toolbox. Omówienie istotnych, z punktu widzenia implementacji na procesorze sygnałowym, cech różnych typów filtrów (FIR, IIR, Allpass, multirate itd.), algorytmów sterowania dynamiką sygnału, opóźnień ułamkowych. Narzędzia i metody testowania algorytmów dla zastosowań przemysłowych.

    4. Przykłady aplikacji audio dla procesorów sygnałowych – 4 godziny

    Przedstawienie systemów kondycjonowania analogowego, akwizycji , przetwarzania i transmisji sygnałów, z kompresją i wizualizacją włącznie. Prezentacja układów otoczenia procesora sygnałowego takich jak układy monitorowania napięcia, zasilania, transmisji, pamięci i sposobów boot’owania.

Ćwiczenia laboratoryjne (14h):
Praktyka programowania procesora sygnałowego

1. Podstawowe narzędzia: zestaw ewaluacyjny, debugger, symulator – 3 godziny

Poznanie podstawowych narzędzi programowych i środowiska uruchamiania aplikacji czasu rzeczywistego dla procesora sygnałowego CrossCore Embedded Studio.

2. Podstawy programowania i debugg’owania mikroprocesora sygnałowego – 6 godzin.

Praktyczne poznanie instrukcji i zasad arytmetyki stałoprzecinkowej, trybów adresowania, optymalizacji czasowej programu na przykładach programów demonstracyjnych.
Nauka korzystania z debugg’era, obsługi modułu ewaluacyjnego, programów generacji sygnałów testowych i analizy czasowo-częstotliwościowej sygnałów wyjściowych na przykładach prostych programów demonstracyjnych.

3. Projektowanie, implementacja i uruchamianie prostych algorytmów przetwarzania – 5 godzin.

Uruchamiania prostych aplikacji demonstracyjnych (pass-through, echo), projektowanie filtrów FIR, IIR w wersjach dla pojedynczej próbki i bloku próbek. Implementacja filtrów w asemblerze procesora sygnałowego, nauka zasad pisania programów, translacji programu źródłowego na postać binarną. Ładowanie i uruchamianie programu w procesorze modułu ewaluacyjnego.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

1. Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium oraz kolokwium zaliczeniowego z wykładu.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Sposób obliczania oceny końcowej:
  1. Obliczamy średnią ważoną z ocen z laboratorium (50%) i kolokwium zaliczeniowe (50%) uzyskanych we wszystkich terminach.
  2. Wyznaczmy ocenę końcową na podstawie zależności:
    if sr>=4.75 then OK:=5.0 else
    if sr>=4.00 then OK:=4.5 else
    if sr>=3.50 then OK:=4.0 else
    if sr>=3.00 then OK:=3.5 else
    if sr>=2.51 then OK:=3.0 else OK:=nzal
Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Udział w zajęciach w wyznaczonych dodatkowych terminach.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

• Znajomość techniki mikroprocesorowej.
• Znajomość cyfrowego przetwarzania sygnałów.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1.Richard G. Lyons, „ Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania sygnałów”, WKŁ, wydanie 2 rozszerzone, Warszawa 2010.
2.T.Zieliński, P.Korohoda, R.Rumian, “Cyfrowe przetwarzanie sygnałów w telekomunikacji – Podstawy, Multimedia, Transmisja”, PWN 2014.
3.Frederic Harris, „Multirate Signal Processing for Communication Systems”, Prentice Hall 2004.
4.ADSP-214xx SHARC® Processor Hardware Reference (Rev. 1.1)
5.SHARC® Processor Programming Reference (Includes ADSP-2136x, ADSP-2137x, and ADSP-214xx Processors) (Rev. 2.4)
6.Dokumentacja pakietu Signal Processing Toolbox środowiska Matlab.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. Cyfrowe przetwarzanie sygnałów w telekomunikacji : podstawy – multimedia – transmisja —
[Digital signal processing in telecommunications : fundamentals – multimedia – transmission]
red. nauk.: Tomasz P. ZIELIŃSKI, Przemysław KOROHODA, Roman RUMIAN ; autorzy:
Maciej Bartkowiak, Adam Borowicz, Jarosław BUŁAT, Piotr CHOŁDA, Marek Domański,
Krzysztof DUDA, Przemysław Dymarski, Michał GREGA, Lucjan JANOWSKI, Przemysław KOROHODA, Daniel Król, Mikołaj LESZCZUK, Wiesław LUDWIN, Ryszard Makowski, Andrzej PACH, Zdzisław PAPIR, Marek Parfieniuk, Wojciech Półchłopek, Jakub RACHWALSKI, Roman RUMIAN, Paweł Świętojański, Paweł TURCZA, Robert Wielgat, Jacek WSZOŁEK, Tomasz ZIELIŃSKI. Warszawa : PWN, 2014. — 983 s.
ISBN: 978-83-01-17445-3
2. Audio in-band signalling system based on a complementary pair of peak and notch equalizers /
Przemysław KOROHODA, Roman RUMIAN // W: SPA 2016 : Signal Processing : Algorithms,
Architectures, Arrangements and Applications : Poznan, 21–23rd September 2016 : conference
proceedings / The Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc. Region 8 – Europe,
Middle East and Africa, Poland Section. Chapters Signal Processing, Circuits and Systems,
Poznan University of Technology. Faculty of Computing. Chair of Control and Systems
Engineering. Division of Signal Processing and Electronic Systems. — [Poznan : Poznan
University of Technology], 2016. — W bazie Web of Science ISBN: 978-8-3620-6527-1. — ISBN:
978-83-62065-24-0. — S. 207–212.

Informacje dodatkowe:

Zajęcia są prowadzone z wykorzystaniem innowacyjnych metod dydaktycznych opracowanych w projekcie POWR.03.04.00-00-D002/16, realizowanym w latach 2017-2019 na Wydziale Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji w ramach Programu Operacyjnego Wiedza Edukacja Rozwój 2014-2020.