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  • COLE POLYTECHNIQUE DE MONTRAL

    Cours : Analyse des Signaux ELE2700 Professeur M. Corinthios

    Dpartement de Gnie lectrique

    Sance 4-TP3

    Partie 1

    Introduction la technologie

    STM32F407 pour le traitement numrique du signal (DSP)

    Saad Chidami 2014

    Table des matires

  • Introduction ................................................................................................................................ 4

    Objectif du laboratoire ................................................................................................................ 7

    Gnration de signal laide de Matlab ..................................................................................... 8

    Gnration du signal laide du DSP ......................................................................................... 9

    Acquisition de signal laide du DSP ........................................................................................17

    Filtrage laide du DSP ............................................................................................................22

    Conclusion ................................................................................................................................28

    2

  • Liste des figures

    Figure 1 : Bloc Diagramme reprsentant le flux gnral dune application de DSP ....................... 4 Figure 2 : Composantes dun processeur Cortex-M4f .......................................................................... 5 Figure 3 : Photo du microcontrleur sur la carte de dveloppement STM32F4DISCOVERY ....... 6 Figure 4 : Script Matlab pour la gnration de signal ........................................................................... 8 Figure 5 : Signal gnr avec une frquence de 60 Hz ....................................................................... 8 Figure 6 : Signal additionn de bruit (1 kHz) .......................................................................................... 8 Figure 7 : Localisation du Bloc Target Setup ......................................................................................... 9 Figure 8 : Dtail du bloc Target Setup .................................................................................................. 10 Figure 9 : Bloc Simulink pour le Arbitrary Waveform Generator ....................................................... 11 Figure 10 : Dtail du bloc Arbitrary Waveform Generator .................................................................. 12 Figure 11 : Configuration du gnrateur de formes ............................................................................ 14 Figure 12 : Schma Simulink pour la gnration de signal ............................................................... 15 Figure 13 : Bouton pour la compilation des blocs et la programmation du DSP ............................ 15 Figure 14 : Signal gnr par le DSP mesur l'oscilloscope ......................................................... 16 Figure 15 : Bloc Simulink pour le Regular ADC .................................................................................. 17 Figure 16 : Dtail du bloc Regular ADC................................................................................................ 18 Figure 17 : Schma prliminaire Simulink ............................................................................................ 19 Figure 18 : Configuration du niveau de priorit gnrateur de signaux ........................................... 20 Figure 19 : Configuration du niveau de priorit gnrateur de lADC .............................................. 20 Figure 20 : Signaux gnrs et chantillonns par le DSP, mesurs l'oscilloscope .................. 21 Figure 21 : Bloc Simulink pour le Digital Filter Design ....................................................................... 22 Figure 22 : Paramtres pour le filtre coupe-bande ............................................................................. 23 Figure 23 : Bloc Simulink pour Switch .................................................................................................. 24 Figure 24 : Blocs Simulink pour Debounce et Digital Input ............................................................... 24 Figure 25 : Configuration du bloc Digital Input .................................................................................... 25 Figure 26 : Configuration du bloc Debounce ....................................................................................... 26 Figure 27 : Schma Simulink reprsentant le systme implmenter ........................................... 27 Figure 28 : Signal mesur et signal filtr .............................................................................................. 27

    3

  • Introduction

    Lors du dveloppement dapplications qui requirent lanalyse de signaux, lutilisation de

    matriel spcialis est souvent ncessaire. Ce matriel consiste en un microprocesseur

    spcialis appel : DSP ou Digital Signal Processor (processeur de signaux numriques).

    Ce microprocesseur peut tre programm laide dinstructions spcialises qui permettent le

    traitement de signaux en temps rel ou du moins le plus rapidement possible. Ces processeurs

    se retrouvent dans diffrentes applications comme : les baladeurs audio, les appareils

    biomdicaux, les systmes tlphoniques et les applications vido.

    Un systme autonome ou embarqu qui ncessite du traitement de signal, se rsume en gnral

    au schma suivant :

    Figure 1 : Bloc Diagramme reprsentant le flux gnral dune application de DSP 1

    Le signal analogique est chantillonn laide dun priphrique appel ADC ( analog to digital

    converter ) ou CAN (convertisseur analogique-numrique). Cette tape permet la conversion

    dune unit analogique (des Volts en gnral) vers une unit numrique (binaire) utilisable par le

    DSP.

    Lorsque le traitement voulu (programm) est effectu, le systme transfre les nouvelles donnes

    vers le monde extrieur laide dun priphrique DAC ( Digital to Analog converter ) ou CNA

    (convertisseur numrique-analogique).

    Cette reprsentation peut tre diffrente et dpendra uniquement de lapplication, mais la

    prsence du DSP est essentielle au fonctionnement du systme.

    1 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/bc/DSP_block_diagram.svg/410px-DSP_block_diagram.svg.png

    4

    http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/bc/DSP_block_diagram.svg/410px-DSP_block_diagram.svg.png

  • Le DSP qui sera utilis dans les laboratoires est un processeur Cortex-M4f dvelopp par

    la compagnie ARM2.

    Figure 2 : Composantes dun processeur Cortex-M4f

    Ce processeur a une architecture Harvard de 32bits avec une extension DSP et un coprocesseur

    en point flottant.

    La compagnie ARM est dite fabless , cest--dire quelle est spcialise en conception et

    quelle ne fabrique pas elle-mme les composantes, mais quelle vend des licences dautres

    compagnies qui possdent des units de production (Apple, Texas Instrument, etc). Le matriel

    utilis est dvelopp par la compagnie STmicroelectronics, le processeur est intgr dans le

    microcontrleur STM32F407.

    Un microcontrleur est un : systme embarqu (ou systme enfoui) est dfini comme un systme lectronique et informatique autonome, souvent temps rel, spcialis dans une tche bien

    prcise. Le terme dsigne aussi bien le matriel informatique que le logiciel utilis. Ses ressources

    sont gnralement limites. Cette limitation est gnralement d'ordre spatial (encombrement rduit)

    et nergtique (consommation restreinte). 3

    2 http://www.arm.com/products/processors/cortex-m/cortex-m4-processor.php

    3 http://fr.wikipedia.org/wiki/Syst%C3%A8me_embarqu%C3%A9

    5

    http://www.arm.com/products/processors/cortex-m/cortex-m4-processor.phphttp://fr.wikipedia.org/wiki/Syst%C3%A8me_embarqu%C3%A9

  • Figure 3 : Photo du microcontrleur sur la carte de dveloppement STM32F4DISCOVERY

    6

  • Objectif du laboratoire

    Lobjectif du laboratoire est de sinitier lutilisation du matriel pour une application dans le

    domaine du traitement de signal.

    La premire tape consiste utiliser la carte comme un gnrateur de signal :

    - construction du signal laide de Matlab.

    - Configuration de la carte de dveloppement laide de Simulink

    - Utilisation et configuration du priphrique DAC pour gnrer le signal construit

    La deuxime tape consiste dvelopper une application DSP :

    - Configurer un des priphrique ADC du microcontrleur

    - Connecter la sortie du signal du gnrateur (construit lors de la premire tape)

    - Initiation aux filtres numriques et implmentation

    - Implmenter de la logique travers Simulink

    - Restituer le rsultat du filtre travers un DAC

    7

  • Gnration de signal laide de Matlab

    Le script Matlab, figure 4, permet de gnrer un signal sinusodal ayant une frquence de

    60 Hz comme nous pouvons lobserver sur la figure 5.

    Sur ce mme signal est superpos un signal ayant une frquence de 1kHz (figure 6). Ce signal

    sera considr comme du bruit pour le restant du laboratoire.

    Figure 5 : Signal gnr avec une frquence de 60 Hz

    Figure 6 : Signal additionn de bruit (1 kHz)

    f=60; % frquence du signal time=1/f; % (priode) Ts=1/10000; % priode d'chantillonnage t=Ts:Ts:time; % vecteur temps pour une priode w= 1.65 + sin(2*pi*f*t); % construction du signal plot(t,w) % affichage xlabel('secondes') ylabel('amplitude') figure fn = 1000;