Consulta de Guías Docentes



Academic Year/course: 2023/24

440 - Bachelor's Degree in Electronic and Automatic Engineering

29852 - Digital Design and Control with FPGA


Syllabus Information

Academic year:
2023/24
Subject:
29852 - Digital Design and Control with FPGA
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
440 - Bachelor's Degree in Electronic and Automatic Engineering
ECTS:
6.0
Year:
4
Semester:
First semester
Subject type:
Optional
Module:
---

1. General information

This subject aims to train professionals who know the current digital design techniques and in particular the digital controls implementation techniques. Not only the basics to implement with FPGA digital systemsof certain complexity are studied , but it is also intended to achieve analysis and design capabilities.

These approaches and objectives are aligned with some of the Sustainable Development Goals, SDGs, of the Agenda 2030 (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/) and certain specific targets, in such a way that the acquisition of the learning results of the subject provides training and competence to the student body to contribute to some extent to the achievement of targets 7.2 and 7.3 of Goal 7, and target 9.4 of Goal 9.

2. Learning results

  • Know how to select an FPGA based on its architecture, internal structure and characteristics.
  • Be able to analyze, design, simulate and experimentally validate digital circuits using FPGA.
  • Know the design methodology of digital systems in FPGAs using VHDL, be able to identify the basic elementary blocks necessary to build a digital system, and perform behavioral and synthesizable descriptions of them in VHDL.
  • Be is able to design test-benches in VHDL for the designed digital systems.
  • Have experience working with FPGA digital design CAD tools: design capture, FPGA implementation, constraint application, temporal analysis.
  • Be able to experimentally validate in the laboratory the designed system on a commercial development board.

 

3. Syllabus

Contents:

  • Advanced aspects of VHDL
  • Arithmetic operations in VHDL
  • Implementation of discrete LTI systems on FPGA.
  • Synchronous design.
  • FPGA architecture.

The program of the practical sessions will consist of 8 sessions of directed practices, where we will develop digital designs with FPGA and we will work with the advanced options offered by CAD tools: CAD tools:

  • 1-wire temperature sensor reading
  • Asynchronous serial communication (AXI Bus)
  • Interface with serial A/D converter
  • Embedded system with MicroBlaze.
  • Quadrature digital oscillator (2 sessions)
  • Digital control of a buck-type step-down power converter (2 sessions)

In addition, the last 2 lab sessions will be dedicated to develop a free design containing some of the elements worked on during the subject, such as IP cores, LTI systems, board peripherals.

4. Academic activities

  • Lectures (20 hours). The syllabus will be explained, relating it to the bibliographic sources in order to encourage self-learning.
  • Problem solving and case studies (10 hours). A set of representative problems will be solved. The statements will be available to students through the Digital Teaching Ring.
  • Laboratory practices (30 hours). The internship is structured in 10 sessions of 3 hours each. The practical exercises will be available to the students in the Digital Teaching Ring.
  • Personal study and work (84 hours). This activity includes both personal study aimed at achieving an adequate follow-up of the subject, the preparation of the practices, the exam and tutorials.
  • Assessment tests (6 hours)

 

5. Assessment system

The assessment of this subject is global. At each official call, the assessment will consist of two parts:

  • Laboratory Practices (50 %). Laboratory practices and possible associated work will be valued. They will be graded by observation of the students' work in the laboratory and by analysis of the previous preparatory work and the reports of practices elaborated. If the tasks in the practical sessions have not been completed, the student may request a practical exam. CL rating from 0 to 10 points.
  • Written exam (50%). There will be an individual written exam consisting of theoretical-practical test-type questions and/or short answer questions and/or problems, to be taken at the official calls. The course materials will be available at the exam. CT rating from 0 to 10 points.

If a CL grade greater than or equal to 4 points has been obtained, the overall grade for the subject will be (0.5*CL + 0.5*CT).

Otherwise, the overall grade will be the minimum between 4 and the result of applying the above formula. The subject is passed with an overall grade of 5 out of 10.


Curso Académico: 2023/24

440 - Graduado en Ingeniería Electrónica y Automática

29852 - Diseño digital y control con FPGA


Información del Plan Docente

Año académico:
2023/24
Asignatura:
29852 - Diseño digital y control con FPGA
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
440 - Graduado en Ingeniería Electrónica y Automática
Créditos:
6.0
Curso:
4
Periodo de impartición:
Primer semestre
Clase de asignatura:
Optativa
Materia:
---

1. Información básica de la asignatura

En esta asignatura se pretende formar profesionales que conozcan las técnicas de diseño digital actuales y en particular las técnicas de implementación de controles digitales. No solo se estudian las bases para implementar con FPGA sistemas digitales de cierta complejidad, sino que se pretende conseguir capacidad de análisis y de diseño.

Estos planteamientos y objetivos están alineados con algunos de los Objetivos de Desarrollo Sostenible, ODS, de la Agenda 2030 (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/) y determinadas metas concretas, de tal manera que la adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura proporciona capacitación y competencia al estudiantado para contribuir en cierta medida al logro de las metas 7.2 y 7.3 del Objetivo 7, y de la meta 9.4 del Objetivo 9.

2. Resultados de aprendizaje

  • Sabe seleccionar una FPGA en base a su arquitectura, estructura interna y características.
  • Es capaz de analizar, diseñar, simular y validar experimentalmente circuitos digitales utilizando FPGA.
  • Conoce la metodología de diseño de sistemas digitales en FPGAs utilizando VHDL, es capaz de identificar los bloques básicos elementales necesarios para construir un sistema digital, y realizar descripciones comportamentales y sintetizables de los mismos en VHDL.
  • Es capaz de diseñar en VHDL bancos de pruebas (test-bench) para los sistemas digitales diseñados.
  • Tiene experiencia en el trabajo con herramientas CAD de diseño digital con FPGA: captura de diseño, implementación en la FPGA, aplicación de restricciones, análisis temporal.
  • Es capaz de validar experimentalmente en el laboratorio el sistema diseñado en una placa de desarrollo comercial.

3. Programa de la asignatura

Temario:

  • Aspectos avanzados de VHDL
  • Operaciones aritméticas en VHDL
  • Implementación de sistemas LTI discretos en FPGA.
  • Diseño síncrono.
  • Arquitectura FPGA.

El programa de las sesiones de prácticas consistirá en 8 sesiones de prácticas dirigidas, dónde se desarrollarán diseños digitales con FPGA y se trabajará con las opciones avanzadas que ofrecen las herramientas CAD:

  • Lectura de sensor de temperatura 1-wire
  • Comunicación serie asíncrona (Bus AXI)
  • Interfaz con conversor A/D serie
  • Sistema empotrado con MicroBlaze.
  • Oscilador digital en cuadratura (2 sesiones)
  • Control digital de un convertidor de potencia reductor tipo Buck (2 sesiones)

Además, se dedicarán las 2 últimas sesiones de laboratorio para desarrollar un diseño libre que contenga algunos elementos de los trabajados a lo largo del curso, como por ejemplo IP cores, sistemas LTI, periféricos de la placa.

4. Actividades académicas

  • Clase magistral (20 horas). Se expondrán los contenidos de la asignatura, relacionándolos con las fuentes bibliográficas para fomentar el auto- aprendizaje.
  • Resolución de problemas y casos (10 horas). Se resolverá un conjunto de problemas representativos. Los enunciados estarán a disposición del estudiantado a través del Anillo Digital Docente.
  • Prácticas de laboratorio (30 horas). Las prácticas están estructuradas en 10 sesiones de 3 horas cada una. Los enunciados de las prácticas estarán a disposición del estudiantado en el Anillo Digital Docente.
  • Estudio y trabajo personal (84 horas). Esta actividad comprende tanto el estudio personal encaminado a lograr el seguimiento adecuado de la asignatura, la preparación de las prácticas, del examen y las tutorías.
  • Pruebas de evaluación (6 horas).

5. Sistema de evaluación

La evaluación de esta asignatura es de tipo global. En cada convocatoria oficial, la evaluación comprenderá dos partes:

  • Prácticas de Laboratorio (50 %). Se valorarán las prácticas de laboratorio y los posibles trabajos asociados. Se calificarán mediante observación del trabajo del estudiantado en el laboratorio y mediante análisis del trabajo preparatorio previo y de los informes de prácticas elaborados. Si no se han realizado las prácticas o se ha obtenido una calificación de prácticas inferior a 4, se deberá realizar un examen de prácticas. Calificación CL de 0 a 10 puntos.
  • Examen escrito (50 %). Se realizará un examen escrito individual compuesto por cuestiones teórico-prácticas tipo test y/o de respuesta corta y/o problemas, a realizar en las convocatorias oficiales. En el examen se podrán consultar los materiales del curso. Calificación CT de 0 a 10 puntos.

Si se ha obtenido una calificación CL mayor o igual que 4 puntos, la calificación global de la asignatura será (0.5*CL + 0.5*CT). En otro caso, la calificación global será la mínima entre 4 y el resultado de aplicar la fórmula anterior. La asignatura se supera con una calificación global de 5 puntos sobre 10.