Électronique Numérique 2

Le cours ELN4302 — Électronique Numérique 2 (Semestre 4, UE3 « Électronique & Commande ») fait passer l’étudiant du microcontrôleur isolé aux systèmes numériques communicants des réseaux électriques modernes. Il couvre la conception matérielle sur FPGA en VHDL, le traitement numérique du signal appliqué à la mesure des réseaux (filtres RIF et RII, FFT et analyse harmonique, PLL numérique), les protocoles des « smart grids » (Ethernet industriel, OPC UA, MQTT, DLMS/COSEM pour les compteurs intelligents) et le développement de micrologiciels temps réel sous FreeRTOS, jusqu’à la mise à jour à distance. Le fil conducteur est la supervision d’un mini-réseau solaire rural : mesurer la qualité de la tension, relever les compteurs, remonter les données vers une plateforme IoT et maintenir les équipements à distance.

Objectifs d’apprentissage

• Concevoir des systèmes numériques complexes sur FPGA avec le langage VHDL.
• Maîtriser le traitement numérique du signal (DSP) appliqué à l’analyse des réseaux.
• Comprendre les protocoles de communication numérique avancés pour les smart grids.
• Développer des firmwares embarqués pour systèmes de mesure et de contrôle GEEL.

Prérequis

Électronique Numérique (ELN3301) : codage, logique, FPGA (notions), STM32 en C, UART/SPI/I2C/Modbus. Signaux & Systèmes Linéaires 1 (SSL2302) : convolution, transformée de Fourier, fonctions de transfert, échantillonnage.

Plan du cours

1. Leçon 1 — FPGA et VHDL
2. Leçon 2 — Traitement Numérique du Signal (DSP)
3. Leçon 3 — Protocoles Avancés pour Smart Grid
4. Leçon 4 — Systèmes Embarqués Avancés

Travaux pratiques

• TP1 : Filtre FIR sur FPGA Basys3 — mesure et validation (Leçon 1).
• TP2 : Analyse harmonique en temps réel (FFT) sur STM32 (Leçon 2).
• TP3 : Passerelle Modbus→MQTT avec publication sur ThingsBoard (Leçon 4).

Modalités d’évaluation

Volume horaire : CM 16 h, TD 8 h, TP 10 h, travail personnel (TPE) 26 h, soit 60 h de charge totale pour 3 crédits. Évaluation mixte : contrôle continu (CC) 40 % — TD, code et comptes rendus de TP, quiz en ligne — et examen terminal (ET) 60 %, épreuve écrite (VHDL, calculs DSP, analyse de protocoles, ordonnancement temps réel).

Bibliographie

• Brown S. & Vranesic Z., Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design, McGraw-Hill.
• Proakis J. & Manolakis D., Digital Signal Processing: Principles, Algorithms and Applications, Pearson.
• Barry R., Mastering the FreeRTOS Real Time Kernel, guide pratique (freertos.org).
• Chu P., FPGA Prototyping by VHDL Examples, Wiley.