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In dieser Arbeit wird die Entwicklung einer Filterstruktur in VHDL zur Auswertung eines
Sigma-Delta gewandelten Signals dokumentiert. Dafür werden Funktionsweise, Aufbau und
Verwendung des Modulators und des Filters dargestellt. Zur Überprüfung wird der Filter
sowohl simuliert als auch auf einem Arty Z7 FPGA Board ausgeführt und der Ausgang über
einen DAC mit einem Oszilloskop gemessen.
In dieser Arbeit wird der Aufbau einer Verbindung zwischen einem Linux Rechner unter Verwendung der Programmierumgebung QT-Creator und der D2XX Bibliothek erläutert. Anschließend wird das Mini Modul als I2C-Schnittstelle konfiguriert, und für die Kommunikation mit dem Speicherbaustein EEPROM 24LC256 über das I2C Protokoll verwendet. Zur Umsetzung dieser Ziele wurde eine GUI zur Steuerung des Mini Moduls programmiert und eine Testplatine für die Platzierung der benötigten Bauteile erstellt.
Die mit der GUI programmierte Applikationssoftware erlaubte zunächst nur die Aktivierung von einzelnen LEDs, die auf der Platine angebracht und mit dem Mini-Modul verbunden waren. Schließlich wurde die GUI und die Applikationssoftware um die Ansteuerung des Mini Moduls als I2C-Schnittstelle erweitert, so dass eine I2C Datenübertragung gestartet und die empfangenen Daten ausgewertet werden konnten. Als letztes wurde der Datentransfer anhand eines Oszilloskops überwacht und analysiert.
Im Rahmen dieser Masterthesis soll die bereits im Rahmen meiner Masterstudienarbeit entwickelte Frontend-Platine bestückt und im Zusammenspiel mit einem Zedboard in Betrieb genommen werden. Das Zedboard ist mit einem Baustein von Xilinx bestückt, der sowohl einen FPGA als auch einen ARM-Mikrocontroller beinhaltet. Der FPGA-Mikrocontroller wurde bereits so konfiguriert, dass SPI Schnittstellen implementiert sind, die für die Ansteuerung der ADCs und DACs verwendet werden können. Die Aufgabe dieser Masterthesis besteht darin die Software für den ARM-Mikrocontroller unter Petalinux zu schreiben, mit der die SPI Schnittstellen gelesen und beschrieben werden können. Der Softwareteil, welcher wesentlicher Bestandteil der Thesis ist, konnte zufriedenstellend gelöst werden, sodass alle gewünschten Funktionen enthalten sind. Die Frontendplatine aus der Masterstudienarbeit wurde überarbeitet und eine zweite Version angefertigt, welche bis auf einige kleine Fehler gut funktioniert.
Realisierung einer UART zur CAN Kommunikationsbrücke mit Hilfe eines STM32 ARM Microcontrollers
(2023)
Diese Bachelorarbeit beschäftigte sich mit der Realisierung einer UART-zu-CAN-Kommunikationsbrücke mithilfe eines STM32L476RG ARM Mikrocontrollers. Ziel des Projekts war es, die Kommunikation zwischen zwei PCs und zwei Mikrocontrollern über UART und CAN zu ermöglichen. Die Arbeit umfasste die physische Verbindung der Komponenten, die Programmierung der Mikrocontroller mit Hilfe von STMCubeIDE und CubeMX sowie die Erstellung einer Benutzeroberfläche mit Qt Creator. Die CAN-Protokolleinheit im STM32L476RG Mikrocontroller spielte eine zentrale Rolle in diesem Projekt. Sie ermöglichte die CAN-Kommunikation nach erfolgreicher Konfiguration. Durch die Überwachung der Signale über ein Oszilloskop konnte die ordnungsgemäße Datenübertragung festgestellt werden. Die Arbeit präsentiert die Konfiguration der UART- und CAN-Schnittstellen sowie die Implementierung von Kommunikationsprotokollen, um Nachrichten zwischen den PCs und Mikrocontrollern auszutauschen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kommunikationsbrücke erfolgreich realisiert wurde und die Datenübertragung zuverlässig funktioniert.
Diese Arbeit liefert somit einen wertvollen Beitrag zur Entwicklung von Kommunikationslösungen in eingebetteten Systemen und zeigt, wie Mikrocontroller effektiv für die Realisierung von Kommunikationsbrücken eingesetzt werden können. Dieses Projekt eröffnet Möglichkeiten für zukünftige Anwendungen, bei denen die Vernetzung von Mikrocontrollern und PCs erforderlich ist.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit zwei Konzepten zur Steigerung der Resilienz gegenüber
strahleninduzierten Logikfehlern des MOPS-HUB FPGA Entwurfs im Kontrollsystem
des ATLAS Pixeldetektors am CERN. Um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit
der Detektordaten zu gewährleisten, müssen die elektronischen Systeme robust und
fehlertolerant gegenüber einer strahlenbelasteten Umgebung sein. Zum einen wird
die Möglichkeit der partiellen Rekonfiguration von Xilinx FPGAs als Methode zur
Fehlerbereinigung des FPGA Konfigurationsspeichers näher vorgestellt. Es wurde ein
Testentwurf und ein Programm zur teilweisen Rekonfiguration des FPGA aus der
Anwenderlogik heraus mittels ICAP entwickelt. Als zweites Konzept wurde sich mit
der Anwendung von TMR auf den MOPS-HUB Entwurf beschäftigt. Es wurden Tools
entworfen, welche den manuellen Aufwand der Implementierung von TMR reduzieren
und bei der Validierung unterstützen.
Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, einen Mikrocontroller mit integriertem A/D-Wandler so zu konfigurieren, dass er als Spannungsmessgerät verwendet werden kann, welches mit SCPI-Befehlen gesteuert werden kann. In diesem Projekt wird das STM32L476 Nucleo Board mit acht unabhängigen ADC Kanälen verwendet.
Zur Kommunikation mit dem Board und zum Testen der Programmierung des Mikrocontrollers wurde eine Qt-Applikation entwickelt. Die Qt-Anwendung sendet einen Befehl an den Mikrocontroller. Der Mikrocontroller empfängt den Befehl und auf Basis dieses Befehls wird der entsprechende entsprechende Anweisung ausgeführt.
In dieser Arbeit wird die Strahlenhärtung eines KI Hardware Beschleunigers beschreiben, in dem das Design mit dem Triple Modular Redundancy Generator Toolset (TMRG) vollständig tripliziert wird. Anschließend wird das triplizierte Design mit einer statischen und einer dynamischen Verifikation auf die korrekte Art der Triplizierung und seiner Funktionsweise untersucht. Zuletzt werden Simulationen mit drei verschiedenen Injektionstypen durchgeführt, in dem die tatsächliche Funktion der Voter durch Injektion von Single Event Upsets geprüft wird.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass eine umfassende Untersuchung und Analyse eines Abwärtswandlers im Kontext eines Regelkreises wichtige Erkenntnisse über seine Leistungsfähigkeit, Stabilität und Zuverlässigkeit liefern kann. Die Auswahl der richtigen Komponenten wie Spulen, Kondensatoren und Widerstände sowie die optimale Einstellung der Regelparameter sind entscheidend, um die gewünschte Ausgangsspannung mit minimaler Welligkeit und hohem Wirkungsgrad zu erreichen.
Die Durchführung von AC-Analysen, insbesondere im Bode-Diagramm, ermöglicht eine genaue Abschätzung des Amplituden- und hasenverhaltens des Regelkreises. Dabei ist die Phasenreserve ein entscheidender Faktor für die Stabilität des Systems. Eine ausreichende Phasenreserve stellt sicher, dass der Regelkreis auf Änderungen reagieren kann, ohne in instabile Zustände zu geraten. Ein stabiler Regelkreis ist für eine zuverlässige Leistung und eine effektive Regelung unerlässlich. Insgesamt verdeutlicht die Analyse des Abwärtswandlers als Teil eines Regelkreises die komplexen Zusammenhänge zwischen den elektrischen Komponenten, den Regelparametern und der Systemstabilität. Durch eine sorgfältige Abstimmung und Optimierung dieser Parameter können robuste und zuverlässige Stromversorgungslösungen entwickelt werden, die den Anforderungen eines breiten Anwendungsspektrums gerecht werden.
Darüber hinaus bietet die stromgeführte Regelung im Vergleich zur spannungsgeführten Regelung mehrere Vorteile. Sie ermöglicht eine verbesserte Stabilität, eine bessere Dynamik und eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Laständerungen. In einigen Anwendungen kann
die stromgeführte Regelung auch einfacher zu implementieren sein.
Im Rahmen dieser Arbeit werden digitale Schaltungen für die Berechnung von
Quotienten und die Auswertung der Arkussinusfunktion entworfen und implementiert.
Da diese für die Entwicklung eines kompakten Winkelsensors benötigt
werden, wird für die Realisierung der CORDIC-Algotihmus verwendet, welcher
die Umsetzung und die Funktionsauswertung mit geringem Hardwareaufwand
auf einem FPGA erlaubt. Für die beiden Operationen wird in VHDL jeweils ein
Modul entworfen und simuliert und abschließend auf einem Testboard überprüft.
Durch die Simulation und die Tests wird die korrekte Funktion des Entwurfs sowie
dessen Genauigkeit bei der Berechnung über einen weiten Arbeitsbereich verifiziert.