ATELIER : Le traitement du signal sans stress
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Le traitement du signal propose des méthodes et des modèles pour analyser et interpréter l’information contenue dans toute forme d’observations. Il offre ainsi plusieurs « visions » des signaux acquis grâce à une grande variété de transformées. Outre l’analyse et l’interprétation, il propose des modèles quant à leur synthèse et des solutions quant à leur traitement. L’introduction de techniques numériques a largement contribué à sa banalisation sous le vocable de traitement numérique du signal (TNS). Ce séminaire expose les éléments de base utiles à l’abord du TNS à travers les résultats fondamentaux concernant les signaux déterministes et les transformées courantes que l’on peut leur appliquer.
L’objectif
Démystifier le traitement du signal par une approche très orientée applications, associant des présentations théoriques les plus simples possibles des algorithmes fondamentaux, des exemples concrets, une présentation des composants électroniques clés dans de telles architectures, et surtout des travaux pratiques pour se familiariser avec les concepts présentés. Ces travaux pratiques seront réalisés sur l’outil open source SciLab mais seront facilement transposables dans tout environnement de développement.
PROGRAMME
JOUR 1
Introduction
Qu’est-ce que le traitement du signal ?
Structure générale d’une chaîne de traitement du signal
Panorama des algorithmes typiques
Panorama des applications
Ordres de grandeurs économiques
Un outil gratuit adapté au traitement du signal : SciLab
Origine et fonctionnalités
Interface utilisateur
Types de données
La syntaxe des principales commandes
Courbes et graphiques
Lecture/écriture de fichiers audio
La programmation sous SciLab
Les bibliothèques dédiées au traitement du signal
TP : Mise en œuvre de Scilab
Création d’un vecteur pseudo-aléatoire, programmation d’une moyenne glissante, graphiques
Expérimentation avec un fichier audio : inversion temporelle, ramping de niveau...
Les signaux échantillonnés
Les bases, et Shannon...
Le repliement de spectre qu’est-ce que c’est ?
Sur-échantillonnage et décimation
La conception de filtres anti-repliement – Exemples
Conversion temps-fréquence
Introduction à la transformée de Fourier
L’algorithme roi : la FFT
Fenêtrage : pourquoi ?
Exemples
TP : Mise en œuvre d’une FFT sous Scilab
Génération d’un fichier bruité, FFT, analyse
Quels processeurs pour le traitement de signal ?
Les DSP. Exemple du processeur Blackfin (ADI)
Les micro-DSP
Les FPGA
Et les microcontrôleurs ?
La délocalisation des traitements sur PC
Bibliothèques de fonctions : Quand ne pas réinventer la roue ?
DSP : quelles erreurs éviter ?
Exemples de produits typiques
TP/Démo : Mise en œuvre d’un kit d’évaluation DSP Blackfin
Compilation, outils de mise au point, mesure du temps d’exécution d’une FFT, influence des banques mémoire
JOUR 2
La conversion Analogique/Numérique
Les différents types de convertisseurs A/N (SAR, Sigma-Delta, Flash, Pipeline)
Les caractéristiques d’un ADC : DNL, INLR, SFDR, ENOB, etc.
Composants disponibles : acteurs et état de l’art
L’horloge d’échantillonnage : Du jitter au SNR
Drivers et filtres anti-repliements
Un autre élément fondamental : la référence de tension
L’alimentation d’un ADC...
Le casse-tête du routage d’une carte signaux mixtes
ADC et plan(s) de masse
Les différents types de convertisseurs N/A (R-2R, réseau capacitif, par MLI, etc.)
Les CODEC audio dédiés
TP : Expérimentation d’un ADC
Mise en œuvre d’un kit d’évaluation d’ADC rapide, SFDR, FFT, mesure de l’influence de la qualité de l’horloge
La modulation sigma-delta
Limitation d’un convertisseur N/A type MLI
Le principe sigma-delta dans le cas N/A
Et pour un convertisseur N/A ?
L’état de l’art
Faire un sigma-delta par logiciel ?
TP : Codage d’un modulateur sigma-delta en SciLab
Génération d’une tension DC par MLI puis par sigma-delta, comparaison des spectres
Le filtrage numérique à réponse finie
De la FFT aux filtres FIR
Conception d’un filtre FIR
Pourquoi le moyennage n’est pas un bon filtre ?
Exemple de design de FIR sur microcontrôleur
Pourquoi un traitement multirate ?
Le filtrage rapide : les filtres CIC
TP : Codage d’un filtre FIR sous Scilab
Conception du filtre et filtrage passe-bande d’un signal audio
Introduction aux filtres récursifs
Un filtre récursif basique : la moyenne pondérée glissante
Forme générique d’un filtre récursif
Du filtre analogique au filtre IIR
Outils de conception
La génération de signaux
Introduction aux techniques DDS/NCO
L’influence des paramètres
Comment moduler ?
TP : Développement d’un DDS en Scilab
Génération d’une sinusoïde, d’un sweep, d’une somme de sinusoïdes
JOUR 3
Quelques autres techniques utiles
Décimation et interpolation
La détection synchrone
Verrouillage de phase
Les mélangeurs numériques
Introduction aux techniques de régulation
Le régulateur PID
Comment régler un PID en pratique
Notion de filtre de Kalman
TP : Expérimentation d’un PID en SciLab
Modèle d’un élément chauffant, régulation bang-bang, PID, réglage des paramètres
Traitement du signal & Mise au point : Quelles spécificités ?
La difficulté de l’observation
Méthodologie de développement
Quels outils pour investiguer ?
Et la maintenance ?
Synthèse
Les grandes tendances
Les grandes erreurs à éviter
Les grandes réussites
Bilan de la formation et questions/réponses
INFORMATIONS PRATIQUES
Public visé et prérequis : Cet atelier est destiné en particulier à des ingénieurs R&D, développeurs logiciels, chefs de projets et électroniciens.
Date et lieu :
11 au 13 avril 2018 de 09h00 à 12h30 et de 13h30 à 17h00
LAAS/CNRS – 7, avenue du Colonel Roche - 31000 TOULOUSE