ハードウェア実験 (アナログデータ処理入門)
担当教員
授業の到達目標及びテーマ
本講座はアナログ情報からデジタル情報への情報変換について、ハードウェア記述言語(HDL)を使って電子回路を設計し動作実験を通して理解することを目的とする。
授業の概要と方法
物理量はアナログデータである。このアナログデータを信号処理するためにはデジタルデータに変換することによって行うこともできる。本講座ではアナログデータをデジタルデータに変換を行う回路を含む電子回路をハードウェア記述言語(HDL)を用いて設計し、動作検証を行うことでデータ変換、アナログデータ処理、デジタルデータ処理の仕組みについて理解を深める。アナログデータとして音声を対象に実験を進める。
授業計画
| 回 | テーマ | 内容 |
|---|---|---|
| 1 | 実験内容、実験環境及び実験装置の説明 | ガイダンス、実験環境の説明、開発ツールの説明 |
| 2 | HDLによるデジタル回路の設計1 | LED制御とスイッチ入力 |
| 3 | HDLによるデジタル回路の設計2 | スイッチ入力と7セグLED出力 |
| 4 | HDLによるデジタル回路の設計3 | レジスタ、カウンタの設計 |
| 5 | HDLによるデジタル回路の設計4 | 演算回路の設計 |
| 6 | AD、DA変換器の仕組み1 | デジタルアナログ変換(DAC)とアナログデータ出力 |
| 7 | AD、DA変換器の仕組み2 | アナログデータ入力とアナログ - デジタル変換(ADC) |
| 8 | AD、DA変換器の仕組み3 | ADC、DACを使った周波数特性の計測 |
| 9 | デジタル信号処理1 | 演算回路とデジタル低域通過フィルタ回路の設計 |
| 10 | デジタル信号処理2 | 演算回路とデジタル高域通過フィルタ回路の設計 |
| 11 | デジタル信号処理3 | 各種フィルタ回路を使った周波数特性の計測 |
| 12 | HDLを使ったエコー回路の設計1 | エコー回路の仕組み |
| 13 | HDLを使ったエコー回路の設計2 | 演算回路とエコー回路の設計 |
| 14 | HDLを使ったエコー回路の設計3 | 演算回路とエコー回路の実装 |
| 15 | 成果発表 | エコー回路の動作検証と結果報告 |
授業外に行うべき学習活動
実験ではハードウェア記述言語の一つであるVerilog-HDLを利用する。 実験準備として、毎回の実験で利用するVerilog-HDLの記述例を参考書などで予習しておくことが必要である。また、各回の実験内容をWebページを公開するので読んでおくこと。
テキスト
担当教員が作成した資料を事前にWebページ上で提示する。
参考書
並木秀明: 改訂新版 ディジタル回路とVerilog HDL、技術評論社 中村尚五: デジタル信号処理 (ビギナーズ) 東京電機大学出版局 鈴木昌治: ディジタル数値演算回路の実用設計 CQ出版社 山崎芳男: 音・音場のディジタル処理 コロナ社
成績評価基準
レポート内容、授業中の取り組みの姿勢で評価する。
情報機器使用
ネットワークを利用 各自所有のノートPCにWindowsベースの開発ツールをインストールしておこなう。
前年度の授業改善アンケートからの気づき
複数の週に渡って実験成果を積み重ねて行うので各回の実験が完了しないと次回の実験が行えなくなっていた。これを改善するために実験準備の改善を行う。また、学生自身が実験準備を行えるように次回実験テーマを確実に伝えるようにしたい。
その他
第1回目の授業では実験に関わるガイダンスを行い、続いて開発ソフトウェアのインストールを行うのでノートPCを持参すること。 レポートは指定された様式に自分なりの表現で書き、期日内に提出することが必要である。