Prof. Dr.-Ing. Peter Schulz

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1 Wahlpflichtfächer für Antriebe und Automation Motivation: Antriebe Antriebssysteme enthalten Mess- und Regelkreise, z.b.: - Drehzahlmessung und -regelung - Positionserfassung und -regelung - Verschleißmessung durch Schwingungsanalyse Automation Komponenten in Automatisierungssystemen: - Rechner für Steuer- und Regelprozesse - Messwerterfassung und Sensorik - Aktuator-Interfaces Bildquelle: Bachelorthesis von Alexander Walsemann 1

2 A&A-Themen Berührungspunkte mit WP-Themen Komponente besondere Eigenschaft Ist eine spezielle Mikroelektronik für die Realisierung sinnvoll? Findet dort eingebettete Signalverarbeitung statt? Sensor intelligent ja (SoC) ja Echtzeit nein (Standard-HW) ja (extreme Anf.) ja Motorregler agile Systeme nein (Standard-HW) ja (im Motor integriert) ja Messwertverarbeitung Schwingungsanalyse Echtzeit (Schadensvermeidung) nein (Standard-HW) ja (im Bauteil integriert) Aktuatoren vernetzt ja (SoC) ggf. im unterlagerten Regelkreis SPS-ähnliche Rechner Echtzeitkommunikation nein (Rechnen) ggf. ja (Kommunikation) ja langsame Signalverarbeitung FPGA: Top-Skill VDI-Nachrichten

3 Stellenanzeigen im Januar 2017 Quelle: Suchwort: FPGA 11 Treffer nur für Januar (Abfrage war am 9.1.!), davon 4 für Praktikum/Abschlussarbeit Digitale Systeme 6 SWS Wahlpflichtfach aus dem Katalog Informationselektronik Eingebettete Systeme der Signalverarbeitung (ESS) 3 SWS Mikroelektronik (MEL) 3 SWS 3

4 Übersicht Eingebettete Systeme der Signalverarbeitung (ESS) Digitale Signalverarbeitung mit Matlab-Simulink Signalverarbeitungsschaltungen für FPGA (Einführung in VHDL) Praktische Übungen Modellierung und Simulation mit Matlab-Simulink Übergang zur FPGA- Implementierung Ergänzung zu ESS: Mikroelektronik (MEL) Integrierte Schaltungen Digitaler Schaltungsentwurf Vertiefung in VHDL Praktische Übungen VHDL-Entwurf Digitale Schaltungssimulation Implementierung auf FPGA ET-Stud.: Die Veranstaltungen ESS kann einzeln als 3 SWS-Fach werden. Ergänzend kann Mikroelektronik als 3SWS-Fach hinzugenommen werden. Bei Wahl beider Einzelfächer kann die Prüfung für das 6 SWS-Modul Digitale Systeme gemeinsam abgenommen werden. (gilt für IuK-Stud.) Erläuterungen zu den Lehrinhalten FPGA (Field Programmable Gate Array) programmierbarer Logikbaustein Realisierung komplexer Schaltnetze und Schaltwerke Pool von Logikressourcen konfigurierbar (z.b. boolesche Funktion) Verknüpfungen programmierbar Zusatzressourcen Taktmanagement Speicherblöcke Rechenwerke für SV Kommunikationscontroller 4

5 Erläuterungen zu den Lehrinhalten VHDL Hardwarebeschreibungssprache ähnlich einer normalen Programmiersprache am PC simulierbar digitale Schaltungen realisierbar (Synthese Digitaler Systeme) verschiedene Abstraktionsebenen Gatter, Funktionseinheiten, System bool. Gleichungen, math. Algorithmen QuestaSim bzw. ActiveHDL Simulationsprogramm für Hardwarebeschreibungssprachen Hersteller: Mentor Graphics bzw. Aldec Screenshots von ActiveHDL, erstellt von E. Naroska Erläuterungen zu den Lehrinhalten Simulink Erweiterung von Matlab zur grafischen Programmierung Grundidee: Lösung von Differentialgleichungen über Integrationsverfahren Beschreibung und Simulation kontinuierlicher Systeme auch geeignet zur Beschreibung diskreter Systeme somit anwendbar für digitale Signalverarbeitung Aus Simulink heraus kann Code generiert werden für Standardprozessoren (in C) für Signalprozessoren (in C) für ASICs oder FPGAs (in VHDL) 5

6 weitere Angebote: Seminar IT-Projekt Projekt- und Abschlussarbeiten IE-Seminar 1 Informationselektronik Seminare Recherche, Ausarbeitung, Präsentation Themen aus aktuellen Forschungsbereichen IE-Seminar 2 Lösung einer Aufgabenstellung, Ausarbeitung Präsentation Mögliche Themen Leiterplattendesign mit Altium Designer FPGA-Plattformen zur Messdatenerfassung und verarbeitung (Wir bauen uns ein Digitaloszilloskop) Im Sommersemester 2017 wird ein Seminar nur auf Anfrage angeboten. IE-Seminare 6

7 Und sonst? Projekt- und Abschlussarbeiten im Kontext Mikrocontroller / Sensoren / Embedded Systems / FPGA / PCB Flugsimulatoranlage mit HiL-Komponenten (Hardware-in-the-Loop) - Sensorsimulation (Hardware und Software) (Schaltungsentwurf analog/digital, Leiterplattenentwurf, FPGA-Programmierung, Echtzeitprogrammierung auf ARM-Prozessoren) - Programmierung von Flugregelung und Navigation Robotik / Mechatronik - Sensordatenfusion (Hardware und Software) - Navigation (Software) - Antriebssteuerung Testsysteme für Chips und Baugruppen - FPGA-basierte Test-Hardware (Leiterplattenentwurf, FPGA-Programmierung) - Programmierung von Prüfabläufen (Echtzeitprogrammierung auf ARM-Prozessoren) - Cloud-Kommunikation (Embedded Linux) Sowie: Ihr Thema / Ihre Ideen / Ihre Interessen Projekt- und Abschlussarbeiten Laborsprechstunde Informationselektronik Wann? Mittwoch, 1. Februar, 14:00 Uhr Wo? Labor A504 Was? detaillierte Vorstellung des IuK-/IT-Projektes detaillierte Vorstellung der Lehrinhalte im Wahlpflichtbereich Vorstellung von Geräten und Entwicklungssystemen Informationselektronik 7