2023-2024 / SPAT0015-1

Acquisition et traitement du signal : application aux systèmes embarqués

Durée

10h Th, 30h Pr

Nombre de crédits

 Master en sciences spatiales, à finalité (années paires, pas organisé en 2023-2024) 4 crédits 

Enseignant

Christian Servais

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue française

Organisation et évaluation

Enseignement au deuxième quadrimestre

Horaire

Horaire en ligne

Unités d'enseignement prérequises et corequises

Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme

Contenus de l'unité d'enseignement

Les systèmes embarqués (embedded systems) sont des dispositifs, en général électromécaniques, capables d'effectuer des tâches de manière autonome. Ces systèmes sont déjà importants lorsque ces tâches doivent être effectuées, pour des raisons de coût, avec un minimum de présence humaine, mais totalement indispensables lorsque l'environnement est hostile (espace, mer, volcans, montagne...).

Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement

Ce cours approfondira dans un premier temps les connaissances des étudiants dans le domaine de l'électronique programmable. Ensuite, il abordera le domaine du traitement du signal en temps réel et leur permettra d'implémenter leurs propres systèmes embarqués en utilisant des outils de conception assistée et des cartes de développement spécialisées. Les domaines abordés couvriront le contrôle du mouvement, l'acquisition de capteurs, le traitement numérique « hardware », la transmission de données et enfin, les systèmes incorporant des microcontrôleurs embarqués implémentés en logique reprogrammable.

Savoirs et compétences prérequis

- Le cours de traitement de données PHYS0931 ou équivalent.

- Le cours de "Physique expérimentale : électronique et instrumentation" PHYS0905 ou équivalent.

Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement

  • Electronique programmable : rappels généraux, Field Programmable Gate Arrays
  • Les langages HDL, le VHDL, modèle comportemental /RTL/physique d'un circuit, compilation et simulation logique. Application à des circuits logiques simples implémentés dans des FPGAs, logiciels ISE, Modelsim, Chipscope.
  • Systèmes embarqués - définition, particularités, utilisation, exemples.
  • Compléments théoriques dans le domaine du traitement de l'information, modèles d'implémentation physique. Contrôle d'un Moteur pas à pas en mode half-step.
  • Digital Signal Processing hardware, IP's (Intellectual Property modules) et aides au développement. Générateurs de fonctions DSP, logiciel Coregen, Moteur pas à pas avec rampes d'accélération, Moteur pas à pas en mode microstepping, Synthèse digitale directe (DDS).
  • Dispositifs physiques d'acquisition et de traitement de données, convertisseurs R-2R, delta-sigma, etc... Simulation de systèmes DSP. Logiciels Matlab/ Simulink, Filtrage analogique en temps réel, décimation. Application en audio, analyseur de spectre.
  • Codage, sérialisation, couplage AC/DC, synchronisation, détection d'erreurs. Transmission de données par fibres optiques et câble coaxial.
  • Modulation d'amplitude/de phase/I-Q, exemples (ADSL, Ethernet, FM...). Transmission de données par ondes radio entre un dispositif autonome et un PC.
  • Processeurs embarqués implémentés en logique programmable. Contrôle d'un robot par CPU et DSP embarqués avec transmission des données/ordres par radio depuis un PC distant.

Mode d'enseignement (présentiel, à distance, hybride)

Cours donné exclusivement en présentiel


Explications complémentaires:

Cours théorique : séances d'environ 2h ayant lieu - autant que possible - juste avant ou en mélange avec les travaux pratiques. Des démonstrations ont lieu pendant ces cours théoriques.


Travaux pratiques : exercices sur ordinateur et systèmes de développement FPGA. Séances d'environ 2h consacrées à la résolution de problèmes de traitement de données, de communication ou de contrôle à distance.

Idealement, ce cours s'adresse à un petit groupe d'étudiants (typ. 3-4) afin de pouvoir réaliser un projet plus intéressant en partageant entre eux la réalisation de différentes fonctions nécessaires à ce projet. Cela permet aussi de developper l'aspect obligatoirement collaboratif d'un projet d'ampleur professionnelle.

Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours

  • Differents ouvrages de référence dans le domaine du traitement digital de l'information,
  • Manuels des outils informatiques utilisés,
  • Copies des présentations du cours.

Modalités d'évaluation et critères

L'examen comporte deux problèmes à résoudre sur ordinateur + système de développement. Ces problèmes sont du type de ceux réalisés lors des séances d'exercices et seront suivis d'une discussion des résultats et de la théorie sous-jacente. L'accent sera placé sur la compréhension des grands principes appliqués et non sur la mémorisation de détails spécifiques aux exercices.

Stage(s)

Remarques organisationnelles et modifications principales apportées au cours

Il est vivement recommandé de disposer d'un accès à un PC relativement récent afin de pouvoir s'exercer avec les logiciels utilisés pendant les travaux pratiques. La lecture des manuels de ces programmes requiert la maîtrise d'un anglais technique de niveau moyen.
Le cours est donné une année sur deux, soit les années académiques commençant sur une année civile paire.
Les séances de cours se partagent en une première partie théorique suivie immédiatement par une application de cette théorie soit par des démonstrations, soit par des expériences de laboratoire. Le cours requiert donc d'être donné en présentiel et il est vivement déconseillé en cette période de pandémie.

Contacts

Dr. Christian Servais

Institut d'Astrophysique, Geophysique et Oceanographie
Allée du 6 Aout, 17, Batiment B5a, Local R/2
B-4000 Liege (Sart Tilman) Belgium
Phone : +32 4 366 97 84 (Lab: 366 97 67)
Fax : + 32 4 366 97 47

Association d'un ou plusieurs MOOCs