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MEIJI Universty Science and Technology School Online |
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Year
2020/2021
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By
Renji Mikami
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3/10/2021
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離散フーリエ解析とデジタル信号処理
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内容は随時更新します。ブラウザに古いキャッシュが残っている場合がありますから、必ずリロードしてください。
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B3:コンピューターサイエンス A：HWコース
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B3-CSA | ||
| この実習では、研究や開発分野で広く応用されているフーリエ解析とデジタル信号処理の基礎を学習します。これらは、研究分野でも実社会での開発設計やアルゴリズム開発でも広く使われている、重要で、かつ役にたつものです。またやってみると実に面白く奥の深い分野でもあります。 | ||||
| フィルタ設計では、さらに線形時不変システムも扱います。 | ||||
| これらの広い分野は複数の専門分野に分断され、理学(数学、物理)、工学、コンピュータ科学の専門分野として独立して発展しています。そのため、全体の見通しが難しく、わかりづらくなっています。 | ||||
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具体的には、数学的基礎の復習から始め、実際のフーリエ解析システムの実装までを行います。各専門分野を横串にして、信号処理山頂のゴールを目指します。難しそうな数式や理論も実装してみることで、よくわかります。みんなで山頂から、理工学とシステムのすばらしい眺望を楽しみましょう。わかってしまえば、応用やアイデアが次々とひらめきます。 |
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| 学期の途中で開校対面授業になる場合は、6号館3階6308教室で実施予定です。 | ||||
| 2012年から2019年の皆さんの発表課題が、課題発表Wikiサイトにあります。 | ||||
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最終日の自由課題は、この課題発表Wikiサイトに掲示して発表してもらいます
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担当：三上廉司
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Zoom オンライン授業開始前の予習と確認 | |||
| 1.授業のトップページは読みましたか？ | ||||
| 学年組番号: Rnd.1> Rnd.2> Rnd.3 | 2.全授業共通解説は読みましたか？ | |||
| HW > MM > SW | 2-1.全授業共通解説内の Zoom_Start_RM.pdf は読みましたか？ | |||
| SW > HW > MM | 2-2 .同ページ内の http://mikami.a.la9.jp/Zoom/join.htm は読みましたか？ | |||
| MM > SW > HW | RaiseHandSystem | |||
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ガイダンス (授業前に予習してください) チームでディスカッションします。 | |||
| Guidance_B３C.pdf を読んで予習しておいてください。(HPの更新により資料内HP画面が変わることがあります) | ||||
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REPORT_B35C.pdf レポート |
オンラインの場合の全4回のレポート課題です。 | |||
| 課題発表 Wiki サイト の参照 | Wiki Frontpage を読んでおいてください。 | |||
| チーム研究発表B3 の参照 |
自由課題の代表的な作例を見ておいてください。 |
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| 準備解説資料 CSA_B3_EX-1C.pdf (NA) | ソフトウェアのダウンロードとインストールについて | |||
| Maxima 授業前にインストール | http://maxima.sourceforge.net/download.html | |||
| Maxima Web マニュアル | http://maxima.osdn.jp/maxima.html#Top | |||
| Maxima 以外を使う人向け | ||||
| 数値解析ソフトの比較(参考資料) | https://ja.wikipedia.org/wiki/数値解析ソフトの比較 | |||
| GNU Octave | http://www.gnu.org/software/octave/ | |||
| Scilab | https://www.scilab.org/ | |||
| Zoom 画面共有とコントロール(課題製作時など) | http://mikami.a.la9.jp/Zoom/share.htm | |||
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第1日目 1 | 予習内容の確認とQ&A グループディスカッション | ||
| 予習内容を確認します。 | ブレイクアウトルームの機能を確認し、予習内容をチームディスカッションします。 | |||
| 参考資料 講義の流れ flips2025.pdf | 左の資料の解説ビデオ (参考) | |||
| 第1日目 2 - 3 | ||||
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解説資料 CSA_B3_EX0.pdf |
全体の流れを解説します。 |
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| 演習資料 1 CSA_B3_EX1.pdf | 数式処理ソフトによる演習 (1.3.3項は除きます) | |||
| 1.3.3 項を自分でやる人は、両側3Pのミニジャックを用意してください。 | ||||
| ソフトウェアは、http://efu.jp.net/index.html からダウンロードできます。 | ||||
| 演習資料 2 CSA_B3_EX2.pdf | 直交と積分変換 予習用ビデオ 関数とベクトルの直交と積分変換(ZfLbszoIoEg) | |||
| 積分変換から離散フーリエ変換 予習用ビデオ (Ew-TbIWA5Fo) | ||||
| ビデオ 級数式と係数式 予習用ビデオ (NwecPDw) | ||||
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第2日目 1 - 2 | |||
| 演習資料3 CSA_B3_EX3.pdf | 積分変換から離散フーリエ変換へ 予習用ビデオ (Ew-TbIWA5Fo) | |||
| 演習資料4 CSA_B3_EX4.pdf (P29まで) | 離散フーリエ変換へ 予習用ビデオ 級数式と係数式 (NwecPDw) | |||
| 演習資料 CSA_B3_EX5 は、欠番です。 | 予習用ビデオ 離散フーリエ変換(pLh38sYPDao) | |||
| 参考(講義)資料 CSA_B3_Text_4.pdf | ||||
| 第2日目 3 | ||||
| 講義資料5 CSA_B3_Text_5.pdf | 予習用ビデオ 高速フーリエ変換(egIjMj-XRwk) | |||
| 参考資料 64ポイントFFTのコード | ||||
| OFDM参考資料リンク OFDM_1_2_35.pdf | 次の週では、エクセルを使います。準備しておいてください。 | |||
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第3日目 1 | 演習資料6で使用するアベレージングフィルタのエクセルファイル AF_48_Form.xls | ||
| 演習資料6 CSA_B3_EX6.pdf | デジタルフィルタ 予習ビデオ デジタルフィルタ1 (iN2TCMfpq3c) | |||
| 予習ビデオ デジタルフィルタ2 (oSZfKHvxCNw) | ||||
| 第3日目2-3 | 自由課題の製作 | |||
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第4日目 1 | |||
| 自由課題の製作 | Wiki 作成時、画像ファイル等がアップロードできない場合は wiki_upload.pdf を参照してください | |||
| 第4日目2-3 | ||||
| 自由課題の発表 | 自由課題には”名前”(英語でも日本語でもかまいません)をつけて、共同研究者とともに決定してください。発表は講義の後半を予定しています。キームで共同発表とできればデモを行ってください。時間は１０分とします。目標とした動作までに至らなかった場合は、アプローチと問題となった点を解説してください。各チームとも必ず"考察"を最後に述べてください。 | |||
| 発表内容はWikiフォーマットで作成してください。最低限"課題名","研究者名","内容説明","考察"を記載してください。 | ||||
| TOPに戻る |
ここはB3:コンピュータサイエンスA：HWコースページです。
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対面両用
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http://mikami.a.la9.jp/meiji/b2/MEIJI_2020_2_org.htm | |||
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2020年B3-CSA参考資料(対面授業対比)
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| 授業(演習)の流れ | |||||
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予習用の資料
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予習 (対面およびオンライン授業) | |||
| ガイダンス資料 Guidance_B3.pdf (対面授業) | |||||
| ガイダンス資料 Guidance_B3C.pdf (オンライン授業) | |||||
| 準備資料 CSA_B3_EX-1C.pdf (オンライン授業の準備) | |||||
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テキストは、Maxima ベースですが、他の数値解析ソフトを使用してもいいです。
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Maxima ダウンロード (オンライン 授業前にインストールすること) |
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各自の環境に応じてインストールしてください。
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Maxima WEB マニアル (対面およびオンライン授業) | ||||
| Maxima以外の場合は、GNU Octave Scilab など | |||||
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第１回目の解説資料
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CSA_B3_EX0.pdf (対面授業/オンライン授業) | |||
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全4回のレポート課題 | ||||
| REPORT_B35.pdf (対面授業用) | |||||
| REPORT_B35C.pdf (オンライン授業用) | |||||
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講義の流れ解説資料(参考) flips2015.pdf ミラーサイト 講義の流れの解説ビデオ (wsDAVvVsME8) |
解説資料 CSA_B3_EX0.pdf (解説資料) |
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第１回目に使用する演習資料1-2
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資料1 CSA_B3_EX1.pdf (印刷プリント配布) |
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ビデオ 関数とベクトルの直交と積分変換(ZfLbszoIoEg) |
資料2 CSA_B3_EX2.pdf (印刷プリント配布) | ||||
| ビデオ 積分変換から離散フーリエ変換へ (Ew-TbIWA5Fo) | |||||
| ビデオ 級数式と係数式 (NwecPDw) |
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第二日目 資料3 CSA_B3_EX3.pdf (印刷プリント配布) | |||
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4.離散フーリエ変換 講義資料 |
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第2回目に使用する演習資料3/4
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資料4 CSA_B3_EX4.pdf (印刷プリント配布) | ||||
| ビデオ 離散フーリエ変換(pLh38sYPDao) | CSA_B3_Text_4.pdf (参考資料) | ||||
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第2回目に使用する演習資料5
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5.高速フーリエ変換 CSA_B3_EX5 は、欠番です。 | ||||
| ビデオ 高速フーリエ変換(egIjMj-XRwk) | 講義資料5 CSA_B3_Text_5.pdf (講義資料) | ||||
| 6.デジタルフィルタ | |||||
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第3回目に使用する演習資料6 |
資料6 CSA_B3_EX6.pdf (印刷プリント配布) | ||||
| 資料6の演習で使用するエクセル SIN_5.xlsx | |||||
| ビデオ デジタルフィルタ1 (iN2TCMfpq3c) | 講義資料 CS_HW6_2015.pdf (参考資料) | ||||
| ビデオ デジタルフィルタ2 (oSZfKHvxCNw) |
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第三日目 課題実装 | |||
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第4回目の課題発表サイト
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課題発表用 サイトリンク | ||||
| Wiki 作成時、画像ファイル等がアップロードできない場合は wiki_upload.pdf を参照してください | |||||
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PSoC3/5 開発環境インストール(オンライン授業では除外) |
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マスタープロジェクトのダウンロード(オンライン授業では除外) | ||
| デスクトップ:\psoc_lab5_masterに解凍してください PSoC5_Lab_master2013.lzh | |||||
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サイプレス社のサイトから、PSoC Creater をダウンロードしてください。(演習で使用する基板には、デフォルトではPSoC5が実装されているので、この場合は、バージョン2.1を使用します。PSoC5には、PSoC5とPSoC5LEがありますので、インストールするソフトウェアのバージョンに注意してください。)サイプレス社のサイトから、PSoC Programmerr をダウンロードしてください。 PSoC Createrは、PSoC3/5を開発できます。PSoC Programmerは、PSoC1/3/5 すべてのPSoCの書き込みができるソフトです。 書き込み器は、MiniProgが、PSoC1 用、MiniProg3が、PSoC1/3/5用です。8CKIT-030/050基板には、書き込み回路が基板上にあるので、MiniProgがなくとも書き込みできます。 |
演習の参考プロジェクトです。 プロジェクトは、できるだけ、C:の直下、のなるべく階層の浅い場所に置いてください。 例：C:\PSoC35_Lab\ というディレクトリを作成し、その下にプロジェクト名をつけたサブ・ディレクトリを作成することをお勧めします。 ディレクトのパスには、日本語文字が入らないようにしてください。プロジェクト名も日本語の使用を避けてください。 |
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コンパイラとライセンス (オンライン授業では除外) |
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コース共通参考資料 (演習使用は、8CKIT-050) (オンライン授業では除外) | ||
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PSoC5とPSoC3は、プロセッサ以外のハードウェアは、ほぼ同じです。プロセッサが異なりますので、コンパイラが異なります。PSoC5は、ARM Cortex-M3 32bit用にGCCを使います。PSoC3は、8051プロセッサ用にKEIL社のＣコンパイラを使います。どちらも無償ですが、メイル・アドレスを明記して、有効期間つきのライセンス・コードを取得して、速やかにアクティベーションをしてください。 PSoC3は8bitですが、PSoC5は、32bitになりますので、メモリ・モデルが異なっています。このため、Cベースで設計したPSoC3とPSoC5は、設計プロジェクトレベルでの完全な互換性はありません。これは、DMAを使用した場合の転送元、転送先の指定などで顕著になります。互換性を持たせたコーディングの方法は、DMAの設計資料の中に記載がありますので、互換性を重視する場合は、これ(演習中に解説します)も参照してください。 2012年段階では、PSoC3は、Production版が出荷されています。これに対してPSoC5は、ES1(ES:Engineering Sample)です。エラッタ(演習で解説します)に注意して使用してください。 演習使用の基板等は講座中でも講座前でも終了後でも貸し出しもしますので申し出てください。 |
参考資料 8CKIT-050回路図 8CKIT-030回路図 基板自体の回路図は同じです。搭載しているPSoCデバイスだけが違います。050基板のPSoCチップは、PSoC5が乗っていますが、最新のProduction版はPSoC5LEチップです。交換(=貼り換えはかなり上級の腕が必要とされますが.....)してください。 情報リンク PSoC5/3 のアーキテクチャ、レジスタのTRM(Technical Reference Manual) などをまとめた サイプイレス社のサイトへのリンク (英文 PSoC5 Architecture TRM を参照してください。) 参考資料 : 日本語でスピーディーに PSoC5のアーキテクチャを理解する場合に利用できます。 CY8C53-62940 日本語版デバイス データシート (CY8C53シリーズ用のものですから、設計の場合は、実際に使用するデバイスのデータシートを使用してください。) 参考資料 :8CKIT-050使用デバイス CY8C5588AXI-060 TQFP100 ES1 CY8C55ファミリのデータシートサイト (英文) 参考資料 :8CKIT-030使用デバイス CY8C3866AXI-040 TQFP100 CY8C38ファミリのデータシートサイト (英文/和文) 参考資料: My First Five PSoC3 Design サイト(英文) |
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| A.計算機システムのボトルネックとDMA | |||||
| 講義資料 CS_HWA_2017.pdf (DMAの基礎) PSoC35/DMA参考資料(英文) | |||||
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デバイス概要、技術導入講義 (オンライン授業では除外) |
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情報科学、数学物理学関連導入 | ||
| 1.PSoC5/3について | 1.波、物質とエネルギー、連続と離散 | ||||
| 講義資料 EM35_1.pdf (PSoC 5/3 概要) | 1 | 講義資料 CSA_B3_Text_1.pdf (Fourier Transform への基礎) | |||
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旧版演習資料 2012_B3_EX1.pdf
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| ２.複素関数追補 ネイピア数,ラプラス変換とフーリエ変換の数学 | |||||
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設計演習(デバイス) (オンライン授業では除外) | 1 | 講義資料 CSA_B3_Text_2.pdf (フーリエ変換のための数学の基礎) | ||
| 3.1.文字の表示と設計の流れの理解 |
旧版演習資料 2012_B3_EX2.pdf
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| 1 | 演習資料 3.1 HELLO_WORLD_35.pdf 参考Char_LCD_68591_00_V.pdf | 3.フーリエ級数、フーリエ変換の導出 | |||
| 1 | 講義資料 CSA_B3_Text_3.pdf | ||||
| 3.2.ソフトウェアによるI/O制御 (LEDの点滅) |
旧版演習資料 2012_B3_EX3.pdf
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| 1 | 演習資料 3.2 SW_LED_35.pdf | 4.離散フーリエ変換 | |||
| 1 | 講義資料 CSA_B3_Text_4.pdf (連続関数の離散化) | ||||
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3.3.PWMの実装(LEDの点滅) |
旧版演習資料 2012_B3_EX4.pdf
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| 演習資料 3.3 PWM_LED_35.pdf 参考PWM_69317.pdf (PWM_69317は準備中) |
5.高速フーリエ変換 |
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| 1 | 演習資料 3.3 PWM_LED_B_35.pdf （こちらは参考例) | 2 | 講義資料 CSA_B3_Text_5.pdf (アルゴリズムによる高速化) | ||
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旧版演習資料 2012_B3_EX5.pdf
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| 4.DMAによるメモリデータ転送(サイン波の生成) | 6.デジタルフィルタ (Z変換、線形時不変システム) | ||||
| 2 | 演習資料 4.1 DMA_DAC_35.pdf PSoC35/DMA参考資料(英文) | 2 | 講義資料 CSA_B3_Text_6.pdf | ||
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アベレージング・フィルタ演習用エクセルフォーム AF_48_Form.xls
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| 5.AD変換(デルタ・シグマADCによるAD変換) |
旧版演習資料 2012_B3_EX6.pdf
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| 2 | 演習資料 5.1 ADC_35.pdf ADC_DMA_Example.pdf (英文) | A.計算機システムのボトルネックとDMA | |||
| 講義資料 CS_HWA_2017.pdf (DMAの基礎) PSoC35/DMA参考資料(英文) | |||||
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6.GPIO(ピン入出力信号の制御) |
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| 演習資料 6.1 GPIO_35.pdf |
B.N次化への考察と自由研究 講義資料 CS_HWB_2012.pdf (準備中) |
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| 2次画像、N次応用、ウェーブレット変換 | |||||
| 2 | 7.シリアル通信 (PSoC Creater のExample Project にあります。) | ||||
| UART_TX_35.pdf UART_RX_35.pdf |
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計算ツール （Maxima/エクセル/DFT） | |||
| 3 | 8.デジタル フィルタの設計(FIRによるローパス・フィルタ) | 計算演習 CS_MATH_EX_1.pdf (準備中) エクセル | |||
| LPF_35.pdf Filter_SampleProject.pdf | A.補助講義A CS_APDX_A.pdf (準備中) | ||||
| 参考Filter20_70173.pdf (フィルタ・ユーザーモジュール解説日本語版) | B.補助講義B CS_APDX_B.pdf (準備中) | ||||
| 注 | Compiler_Option (math.h を使うときの設定) |
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Maxima WEB マニアル Maxima ダウンロード | ||
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フーリエ変換システムの実装と研究(標準課題) |
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レポートについて(履修学生の場合のみ)(オンライン授業では除外) | ||
| 参考資料 AN42877_12.pdf 64ポイントFFTのコード | レポートは手書き(鉛筆可)です.(図版,ソース,引用資料リストなど添付資料等は印刷物でもかまいません)使用言語は、日本語または英語とします。 | ||||
| F1.全体のアーキテクチャ | レポート用紙右上空白部に、必ずチーム番号を記入してください。 | ||||
| F2. AD変換部 | |||||
| F3. フィルタ部 | |||||
| F4. DFT計算部 | |||||
| F5. FFT処理部 | |||||
| F6. 表示とデータ転送 | |||||
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FFTの参考サイト 京大大浦先生 | ||||
| 20世紀を変えた10のアルゴリズム | |||||
| フーリエ変換を10倍高速化するアルゴリズム | |||||
| SFFT http://groups.csail.mit.edu/netmit/sFFT/ | |||||
| OFDM参考資料リンク OFDM_1_2_35.pdf | |||||
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デジタルフィルタの設計と実装(拡張課題) (オンライン授業では除外) | ||||
| デジタルフィルターワークショップ：2012_DFWS1.pdf |
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第4回は、課題演習の発表 | ||||
| 発表課題は共同研究者とともに完成してください。発表内容はWikiフォーマットで作成してください。 | |||||
| 最終評価 : S A B C F | |||||
