Projeto Héracles
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Autores Bruno Holanda { bhtcd@cin.ufpe.br } Rodrigo Camarotti { rcfr@cin.ufpe.br } - PowerPoint PPT Presentation


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Projeto Héracles. Autores Bruno Holanda { bhtcd@cin.ufpe.br } Rodrigo Camarotti { rcfr@cin.ufpe.br } Rodrigo Pimentel { rwpa@cin.ufpe.br } Rômulo Bruno { rab@cin.ufpe.br } Centro de Informática – UFPE. Implementação das funcionalidades básicas de um analisador de sinais e espectro.

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Presentation Transcript

Projeto Héracles

Autores

Bruno Holanda {bhtcd@cin.ufpe.br}

Rodrigo Camarotti {rcfr@cin.ufpe.br}

Rodrigo Pimentel {rwpa@cin.ufpe.br}

Rômulo Bruno {rab@cin.ufpe.br}

Centro de Informática – UFPE


O projeto

Implementação das funcionalidades básicas de um analisador de sinais e espectro.

O que é um analisador de sinais e espectro?

Dispositivo usado para medir, visualizar e analisar sinais elétricos e examinar a composição espectral de formas de ondas elétricas, acústicas ou ópticas.

Como?

Com algumas funcionalidades de um osciloscópio

Usando a Fast Fourier transform (FFT) para colocar a forma de onda no domínio da freqüência.

O Projeto


Por que um analisador

Análises Médicas analisador de sinais e espectro.

EEG, ECG, EMG, EOG, ...

Defeitos na retina

Análise das vibrações de instrumentos musicais

Detecção de Aromas

Uso FFT para reconhecer padrões para identificar subtâncias químicas.

Por que um analisador ?


Por que um analisador1
Por que um analisador ? analisador de sinais e espectro.

  • Geologia

    • Medir e armazenar ondas sísmicas

  • Processamento de sinal digital

  • Comunicações

  • Astronomia

  • Óptica


O analisador
O Analisador analisador de sinais e espectro.


Circuito anal gico
Circuito Analógico analisador de sinais e espectro.

  • Recebe sinais analógicos de entrada e dá como saída uma representação digital de 8 bits desse sinal.


Restri es do conversor a d
Restrições do conversor A/D analisador de sinais e espectro.

  • O conversor A/D utilizado foi o ADC0804 que possui algumas restrições

    • Ocasionaram o adicionamento de alguns dos módulos mostrados na figura anterior

    • Converte sinais com amplitude entre 0 e 5 volts. Em função dessa restrição um circuito de deslocamento(Displacement) foi adicionado na entrada do circuito

    • O conversor tem um tempo de conversão de 100µs, ou seja ele possui uma freqüência de 10kHz.

  • Passa–baixa com uma freqüência de corte em torno de 3kHz.


Amplificador
Amplificador analisador de sinais e espectro.

  • Usado para podermos lidar com sinais de pequena amplitude

    • Facilitando assim a conversão desse sinais, já que sinais de baixa amplitude dificultariam a conversão pelo conversor A/D.

    • Amplificação de 6 vezes a amplitude do sinal de entrada.


Conversor a d
Conversor A/D analisador de sinais e espectro.

  • Funciona no modo free–running

    • Começa uma conversão e, assim que a termina, inicia outra sem a necessidade de qualquer comando

  • O resultado da conversão é um inteiro de 8 bits, que é passado para o FPGA


Dip switches
Dip Switches analisador de sinais e espectro.

  • Falta de dip switches no FPGA utilizado

    • Construído um circuito que possui três switches, necessários para a entrada do sistema.


O controle
O Controle analisador de sinais e espectro.

  • Fluxo de projeto


Modelagem comportamental
Modelagem Comportamental analisador de sinais e espectro.

  • Descreve as funcionalidades do projeto (algoritmo)

  • Independente de tecnologia e arquitetura de implementação

  • Não descreve FSM ou recursos, pois isso é feito pela síntese comportamental.

  • A síntese comportamental possibilita a automação do processo de síntese de circuitos digitais

    • Aumentando a produtividade

    • Diminuindo erros

    • Proporcionando a exploração de várias arquiteturas.


O cynthesizer
O Cynthesizer analisador de sinais e espectro.

  • Ferramenta de síntese comportamental

    • SystemC comportamental Verilog RTL sintetizável

  • Voltado para aplicações orientada a algoritmos e que não tenham predominância de entradas e saídas condicionais

    • Módulos nos quais dados de entrada são processados por algum algoritmo conhecido (ex.:FFT) e então repassados a um outro circuito


O cynthesizer1
O Cynthesizer analisador de sinais e espectro.

  • Mesmo testebench para todos o níveis de abstração

    • Comportamental, SystemC RTL e Verilog RTL

  • Possibilita otimizações de latência e/ou de área, sem mudanças no código fonte


As otimiza es
As Otimizações analisador de sinais e espectro.

  • Duas maneiras para especificar as otimizações:

    • Diretivas

      • Incluir no código SystemC para afetar partes específicas do mesmo

    • Linhas de comando

      • Especificar globalmente para atingir o projeto como um todo

      • Especificar para uma específica configuração de síntese comportamental


As otimiza es1
As Otimizações analisador de sinais e espectro.

  • Dicas de como otimizar o programa mudando algumas partes do código.


As otimiza es2
As Otimizações analisador de sinais e espectro.


As otimiza es3
As Otimizações analisador de sinais e espectro.


As otimiza es4
As Otimizações analisador de sinais e espectro.

  • Latência

  • Área


A prototipa o
A Prototipação analisador de sinais e espectro.

  • Foi usada ferramentas da Altera,o Quartus II 4.1 e o FPGA Altera Stratix II EP2S60F672C5ES

  • FPGA 50MHz

  • Com o uso de um divisor de frequência

    • Frequência 12.5MHz

    • Clock 80ns


A paralela
A Paralela analisador de sinais e espectro.

  • Modo EPP:

  • Pinos utilizados:

    • 2 – 9 -> para receber dados.

    • 11 - wait: sent_data.

    • 14 - data strobe: display_ready.

    • 18 - 25 –> ground.


Prote o da paralela
Proteção da Paralela analisador de sinais e espectro.

  • Restringi o valor da corrente que é passada para a paralela

    • Utilização do buffer 74HC244N que apenas recebe um sinal (0 ou 5 volts) e o repassa com um valor de corrente que a paralela aceita.


O protocolo de handshake
O Protocolo de Handshake analisador de sinais e espectro.

  • Alta freqüência de trabalho do FPGA (~15MHz).

  • Leitura da paralela no modo EPP tem taxa de transferência na faixa de 500KB/S a 2MB/S.

  • Dispositivos trabalham em freqüências distintas.

  • Necessidade de transmissão assíncrona.

  • Controle preciso para troca de informações entre a paralela e o FPGA.


O protocolo de handshake1
O Protocolo de Handshake analisador de sinais e espectro.

  • Display_ready: interface pronta para receber dados

  • Sent_data: dados enviados pelo FPGA

  • Data: byte enviado pelo FPGA.


O protocolo funcional
O Protocolo Funcional analisador de sinais e espectro.

  • Define semântica para os dados enviados pelo FPGA.

  • Dados possíveis:

    (0x00) modo trigger,

    (0x20) sensibilidade vertical,

    (0x40) base de tempo,

    (0x60) posição trigger,

    (0x80) amostras,

    (0xC0) nível trigger,

    (0xE0) modo FFT.


A interface
A Interface analisador de sinais e espectro.

  • Ilustrar os resultados obtidos no processamento do FPGA

  • Prover uma maior usabilidade para o usuário

  • Melhor visualização do sinal em relação aos displays convencionais


A interface1
A Interface analisador de sinais e espectro.

  • Modo automático – onda senoidal

Segundos / Divisão

Volts / Divisão

Iniciar Captura

Modo Trigger


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