Phân tích phổ trên cơ sở xử lý số tín hiệu

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI PHÂN TÍCH PHỔ TRÊN CƠ SỞ XỬ LÝ SỐ TÍN HIỆU CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ NGÀNH: 60.52.70 Tác giả: NGUYỄN TRỌNG LUẬT TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2002 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: Tiến só NGUYỄN NHƯ ANH Cán chấm nhận xét 1: PGS Tiến só VŨ ĐÌNH THÀNH Cán chấm nhận xét 2: Thạc só HỒ TRUNG MỸ Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 01 tháng 07 năm 2002 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên: NGUYỄN TRỌNG LUẬT Ngày tháng năm sinh: 12 – 01 – 1970 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Khoá: 08 Giới tính: Nam Nơi sinh: Tp Hồ Chí Minh Mã số ngành: 60.52.70 I Tên đề tài: PHÂN TÍCH PHỔ TRÊN CƠ SỞ XỬ LÝ SỐ TÍN HIỆU II Nhiệm vụ nội dung: - Tổng quan lý thuyết xử lý số tín hiệu - Thiết kế phần cứng kit DSP có khả giao tiếp PC - Viết chương trình lọc số FIR, phân tích phổ giao tiếp PC III IV V VI VII Ngày giao nhiệm vụ: Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Họ tên cán hướng dẫn: Họ tên cán chấm nhận xét 1: Họ tên cán chấm nhận xét 2: Tiến só NGUYỄN NHƯ ANH PGS Tiến só VŨ ĐÌNH THÀNH Thạc só HỒ TRUNG MỸ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ PHẢN BIỆN CÁN BỘ PHẢN BIỆN TS NGUYỄN NHƯ ANH PGS TS VŨ ĐÌNH THÀNH THS HỒ TRUNG MỸ Nội dung đề cương luận văn thạc só thông qua hội đồng chuyên ngành Phòng quản lý khoa học – sau đại học Ngày tháng năm 2002 Chủ nhiệm ngành PGS TS VŨ ĐÌNH THÀNH MỞ ĐẦU Trong nhiều năm qua, lónh vực khoa học điện tử, viễn thông, vật lý … phát triển nhanh nhiều ứng dụng tác động lớn đến đời sống Trong lónh vực trên, xử lý tín hiệu số (DSP – Digital Signal Processing) đóng vai trò quan trọng xử lý tiếng nói, xứ lý đại lượng vật lý hạt nhân, xử lý tín hiệu tim, … Trước đây, tín hiệu xử lý thiết bị điện tử tương tự (analog) Nhưng với phát triển mạnh mẽ thiết bị điện tử số (digital), đời phát triển máy tính (PC), hình thành lónh vực mới, xử lý tín hiệu số Xử lý tín hiệu số máy tính giúp thực cách tiện lợi linh hoạt mà với kỹ thuật tương tự không thực Tuy nhiên, có nhược điểm tốc độ xử lý chậm dẫn đến việc áp dụng với hệ thống cần xử lý theo thời gian thực Ngày với phát triển nhanh chóng công nghệ vi điện tử mà chip xử lý số chuyên dụng tạo Các chip DSP có tốc độ tính toán cao với giá thành hạ; trở thành linh kiện thiếu hệ thông tin liên lạc, thiết bị xử lý ảnh, xử lý tiếng nói, … Các ứng dụng xử lý tín hiệu số thực phép toán lý thuyết xử lý tín hiệu như: phân tích phổ, lọc số, lượng phổ … Trong phạm vi phân tích phổ lọc số, có nhiều ứng dụng thực tế: - Xử lý âm thanh: lọc số tín hiệu, đáp ứng tần số thiết bị khuếch đại, … - Xử lý tiếng nói: tổng hợp nhận dạng tiếng nói, … - Y tế: chẩn đoán tình trạng bệnh nhân thông qua phổ tín hiệu cảm biến - Cơ khí, địa chất: xác định khuyết tật sản phẩm, xác định thành phần khoáng chất Hiện nay, công ty điện tử lớn TEXAS INSTRUMENT, MOTOROLA, ANALOG DEVICES, … đưa chip DSP có tốc độ xử lý cao Với chip DSP này, thiết kế thành kit DSP hoàn chỉnh với giá thành hạ phù hợp với nhu cầu thực tế Từ đặc điểm trên, thực đề tài với chip ADSP-2181 công ty ANALOG DEVICES Lời Cảm Ơn Tôi xin chân thành cảm ơn Cô Nguyễn Như Anh, người trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ suốt trình thực luận án cao học Tôi xin cảm ơn giảng dạy tận tình quý thầy cô cung cấp cho kiến thức khoa học Tôi xin cảm ơn động viên quý báu thầy cô bạn đồng nghiệp Bộ môn Điện Tử MỤC LỤC CHƯƠNG I: LÝ THUYẾT VỀ XỬ LÝ SỐ TÍN HIỆU 1.1 CÁC KHÁI NIỆM VỀ TÍN HIỆU RỜI RẠC 1.1.1 Định nghóa .1 1.1.2 Tín hiệu lượng tín hiệu công suất 1.1.3 Phép biến đổi tín hiệu rời rạc 1.2 HỆ THỐNG RỜI RẠC .3 1.2.1 Định nghóa .3 1.2.2 Phân loại 1.3 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG TUYẾN TÍNH BẤT BIẾN 1.3.1 Các phương pháp phân tích hệ thống tuyến tính bất biến .5 1.3.2 Đáp ứng xung 1.3.3 Đáp ứng xung hệ thống tuyến tính bất biến nhân 1.3.4 Tính ổn định hệ thống tuyến tính bất biến .9 1.4 BIẾN ĐỔI FOURIER 10 1.4.1 Định nghóa .10 1.4.2 Điều kiện tồn biến đổi Fourier 11 1.4.3 Phổ biên độ, phổ pha phổ mật độ lượng 12 1.4.4 Tính chất biến đổi Fourier 13 1.4.5 Phân tích hệ thống tuyến tính bất biến miền tần số 18 1.4.6 Lấy mẫu khôi phục tín hiệu .20 1.4.7 Tính chất DFT .28 1.5 TÍNH TOÁN NHANH FFT 34 1.5.1 Tính trực tiếp DFT 35 1.5.2 Thuật toán FFT số 35 1.5.3 Thuật toán FFT số 38 1.5.4 Thuật toán Goertzel 40 1.5.5 Thuật toán tính IFFT .41 1.6 MẠCH LỌC SỐ CÓ ĐÁP ỨNG XUNG HỮU HẠN FIR 41 1.6.1 Thiết kế mạch lọc FIR pha tuyến tính phương pháp cửa sổ 42 1.6.2 Thiết kế mạch lọc FIR phương pháp lấy mẫu tần số 45 1.7 MẠCH LỌC SỐ CÓ ĐÁP ỨNG XUNG VÔ HẠN IIR 46 1.7.1 Thieát kế mạch lọc IIR từ mạch lọc tương tự 47 1.7.2 Thiết kế mạch lọc IIR phương pháp tương đương vi phân 48 1.7.2 Thiết kế mạch lọc IIR phương pháp đáp ứng xung bất biến 50 CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU ADSP 2181 2.1 TỔNG QUAN 52 2.1.1 Các đơn vị chức 53 2.1.2 Giao tiếp nhớ hệ thống 54 2.1.3 Đặc tính DSP 54 2.2 CẤU TRÚC BÊN TRONG 55 2.2.1 Các đơn vị tính toán 55 2.2.2 Caùc tạo địa liệu xếp chương trình 56 2.2.3 Hệ thống bus 56 2.3 DI CHUYỂN DỮ LIỆU 57 2.3.1 Bộ cấp phát địa liệu 57 2.3.2 Các truy xuất liệu lập trình 60 2.3.3 Trao đổi bus PMD DMD 62 2.4 CÁC NGOẠI VI 63 2.4.1 Port nối tiếp 63 2.4.2 Boä Timer .65 2.5 TỔNG QUÁT VỀ YÊU CẦU MỘT HỆ THỐNG DSP (ADSP 2181) 66 2.6 MÔ TẢ CHỨC NĂNG CHÂN ADSP 2181 68 CHƯƠNG III: GIAO TIẾP PC VÀ CODEC AD1847 3.1 GIAO TIẾP NỐI TIẾP RS232 70 3.1.1 Giới thiệu 70 3.1.2 Các đặc trưng 70 3.1.3 Đầu nối cổng nối tiếp PC .71 3.2 GIAO TIEÁP SONG SONG (ISA BUS) .73 3.2.1 Tổng quát 73 3.2.2 Đặc ñieåm card ISA 75 3.3 CODEC AD1847 .76 3.3.1 Mô tả tổng quát .76 3.3.2 Chức naêng .78 3.3.3 Các ghi điều khiển 79 3.3.4 Các thủ tục 84 3.3.5 Mô tả chức Codec AD1847 88 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 4.1 GIỚI THIỆU SƠ LƯC VỀ KIT ADSP 91 4.1.1 Yêu cầu chung .91 4.1.2 Lựa chọn phương án thiết kế 91 4.2 THIEÁT KEÁ KIT ADSP 92 4.2.1 Khoái giải mã địa Card ISA 92 4.2.2 Khối giao tiếp PC qua RS232 95 4.2.3 Khối dao động .96 4.2.4 Khoái nút bấm 97 4.2.5 Khối hiển thị trạng thaùi 98 4.2.6 Khối giao tiếp Analog 98 CHƯƠNG V: THIẾT KẾ PHẦN MỀM ADSP 5.1 LỌC SỐ 100 5.1.1 Lọc số FIR 100 5.1.2 Lọc số IIR 113 5.2 XỬ LÝ FFT .127 5.2.1 Phân tích FFT ADSP 127 5.2.2 Lưu đồ chương trình FFT 136 5.3 KEÁT QUẢ THI CÔNG 159 tài liệu tham khảo THE SCIENTIST AND ENGINEER’S GUIDE TO DIGITALSIGNAL PROCESSING Steven W.Smith Ph.D DIGITAL SIGNAL PROCESSING: PRINCIPLES, ALGORITHMS, AND APPLICATION John G.Proakis and Dimitris G.Manolakis DISCRETE TIME SIGNAL PROCESSING Alan V Oppenheim and Ronald W.Schafer ADSP-2100 FAMILY DSP APPLICATION VOL1, AD1847 SERIAL PORT 16-BIT CODEC ADSP-2100 FAMILY EZ-KIT LITE REFERENCE MANUAL Luận án tốt nghiệp cao học Chương I: Lý thuyết xử lý số tín hiệu Chương I: LÝ THUYẾT XỬ LÝ SỐ TÍN HIỆU 1.1 CÁC KHÁI NIỆM VỀ TÍN HIỆU RỜI RẠC: 1.1.1 Định nghóa Tín hiệu biểu vật lý thông tin Về mặt toán học, tín hiệu hàm vài biến độc lập Hầu hết tín hiệu thực tế tín hiệu thoại, tín hiệu địa chấn, sinh học, tín hiệu radar tín hiệu thông tin liên lạc khác tín hiệu phát truyền hình tín hiệu tương tự Để xử lý tín hiệu tương tự phương pháp số, cần phải biến đổi chúng thành dạng số, tức biến đổi chúng thành chuỗi số có giá trị hữu hạn Thủ tục gọi biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số tương ứng với thiết bị có tên gọi biến đổi tương tự – số (Analog to Digital Converter) Về mặt toán học, ta thấy tín hiệu tương tự hàm liên tục (xa(t)) với biến số liên tục (t), tín hiệu số hàm số mà giá trị rời rạc hóa (x(n) với biến số rời rạc n) Để hiểu rõ hơn, ta xét trình lấy mẫu từ tín hiệu tương tự xa(t) thành tín hiệu rời rạc x(n) Ta xét tín hiệu tương tự xa(t), ví dụ xa(t) = Acos(Ωt + θ) Trong đó, Ω hiểu tần số tín hiệu tương tự có thứ nguyên rad/s; Ω = 2πf (f có thứ nguyên Hz) Các giá trị tín hiệu lấy với khoảng thời gian cách Δt=T Khi Δt= T gọi chu kỳ lấy mẫu (Sampling period) hay khoảng cách lấy mẫu (Sampling interval) giá trị nghịch đảo Fs = 1/T gọi tốc độ lấy mẫu (Sampling rate) hay tần số lấy mẫu (Sampling frequency) 1.1.2 Tín hiệu lượng tín hiệu công suất: a Tín hiệu tuần hoàn Ta nói tín hiệu tuần hoàn với chu kỳ N ta coù: x(n) = x(n + N) = x(n + kN) ∀n (1.1) b Độ dài tín hiệu rời rạc Độ dài tín hiệu xác định số mẫu có mặt biểu diễn tín hiệu Độ dài tín hiệu ký hiệu: L[x(n)] Ví dụ + u(n) tín hiệu có độ dài vô hạn :L[x(n)] = ∞ + δ(n) tín hiệu có độ dài : L[x(n)] = GVHD: TS Nguyễn Như Anh Trang HVTH: Nguyễn Trọng Luật Luận án cao học Chương V: Thiết kế phần mềm DSP SB = expadj ar, dm (i0,m1) =ar; {check for bit growth, x0 = x0 + [x1 (C) - y1(-S)]} ar = ax1 + ay1; {ar = y0 + [y1 (C) + x1 (-S)]} bfly_loop: SB = expadj ar, dm(i2,m1) = ar; {check for bit growth, y0 = y0 + [y1 (C) + x1 (-S)]} modify (i0,m2); {phần tử thực x0 nhóm kế} modify (i1,m2); {phần tử ảo x1 nhóm kế} modify (i2,m2); {phần tử thực y0 nhóm kế} group_loop: modify (i3,m2); {phần tử ảo y1 nhóm kế} call bfp_adj; (hiệu chỉnh giá trị ra) SI = dm (bflys_per_group); SR = ashift SI by (lo); dm (node_space) = sr0; stage_loop: {node_space = 2.node_space} dm (bflys_per_group) = sr0; {bflys_per_group = 2.bflys_per_group} {**************** FFT tầng cuối ******************************} i0 = ^inplacereal; i1 = ^inplacereal + nover2; i2 = ^inplaceimag; i3 = ^inplaceimag + nover2; cntr = nover2; m2 = dm (node_space); m4 = 1; i4 = ^twid_real; i5 = ^twid_imag; my0 = pm (i4,m4), mx0 = dm (i1,m0); {my0 = C, mx0 = x1} my1 = pm (i5,m4), mx1 = dm (i3,m0); {my1 = -S, mx1 = y1} bfly_lp until ce; mr = mx0*my1 (SS), ax0 = dm (i0,m0); {mr = x1 (-S), ax0 = x0} mr = mr + mx1*my0 (RND), ax1 = dm (i2,m0); {mr = y1 (C) + x1 (-S), ax1 = y0} GVHD: Nguyeãn Như Anh Trang 154 HVTH: Nguyễn Trọng Luật Luận án cao học Chương V: Thiết kế phần mềm DSP ay1 = mr1, mr = mx0*my0 (SS); {ay1 = y1 (C) + x1 (-S), mr = x1 (C)} mr = mr - mx1*my1 (RND); {mr = x1 (C) - y1 (-S)} ay0 = mr1, ar = ax1 - ay1; {ay0 = x1 (C) - y1 (-S), ar = y0 - [y1 (C) + x1 (-S)]} SB = expadj ar; dm (i3,m1) = ar; {check for bit growth, y1 = y0 - [y1 (C) + x1 (-S)]} ar = ax0 - ay0, mx1 = dm (i3,m0), my1 = pm (i5,m4); {ar = x0 - [x1 (C) - y1 (-S)], mx1 = next y1, my1 = next (-S)} SB = expadj ar; dm (i1,m1) = ar; {check for bit growth, x1 = x0 - [x1 (C) - y1 (-S)]} ar = ax0 + ay0, mx0 = dm (i1,m0), my0 = pm (i4,m4); {ar = x0 + [x1 (C) - y1 (-S)], mx0 = next x1, my0 = next C} SB = expadj ar, dm (i0,m1) = ar; {check for bit growth, x0 = x0 + [x1 (C) - y1 (-S)]} ar = ax1 + ay1; {ar = y0 + [y1 (C) + x1 (-S)]} bfly_lp: SB = expadj ar, dm (i2,m1) = ar; {check for bit growth, y0 = y0 + [y1 (C) + x1 (-S)]} call bfp_adj; call average; {gọi chương trình tính biên độ phổ} ax0 = N_div_2; dm (groups) = ax0; ax0 = 2; dm (bflys_per_group) = ax0; dm (node_space) = ax0; ax0 = dm (blk_exponent); dm (blockexp) = ax0; ax0 = 0; dm (blk_exponent) = ax0; ax0 = 1; dm (passed) = ax0; { passed flag FFT =1} jump main; {************* Block Floating-Point scaling *******************************} GVHD: Nguyễn Như Anh Trang 155 HVTH: Nguyễn Trọng Luật Luận án cao học Chương V: Thiết kế phần mềm DSP bfp_adj: ay0 = cntr; ar = ay0 - 1; ay0 = -2; ax0 = SB; ar = ax0 - ay0; if eq rts; {check for SB = -2} {nếu SB =-2 không tràn thoát} i0 = ^inplacereal; {i0=read pointer} i1 = ^inplacereal; {i1=write pointer} ay0 = -1; my0 = H#4000; {set my0 to shift bit right} ar = ax0 - ay0, mx0 = dm (i0,m1); {kieåm tra SB=-1} if eq jump strt_shift; {nếu SB = -1, dịch khối liệu bit} ax0 = -2; my0 = H#2000; {set my0 to shift bits right} strt_shift: cntr = Ntimes2 - 1; {khởi động vòng lặp} shift_loop until ce; {dịch khoái data} mr = mx0*my0 (RND), mx0 = dm (i0,m1); shift_loop: dm (i1,m1) = mr1; mr = mx0*my0 (RND); ay0 = dm (blk_exponent);{cập nhật số mũ khối} dm (i1,m1) = mr1, ar = ay0 - ax0; dm (blk_exponent) = ar; rts; average: {Chương trình tính phố} i0 = ^inplacereal; i1 = ^inplaceimag; i3 = ^magnitude; m0 = 1; m1 = 1; GVHD: Nguyễn Như Anh Trang 156 HVTH: Nguyễn Trọng Luật Luận án cao học Chương V: Thiết kế phần mềm DSP m3 = 1; l0 = %inplacereal; l1 = %inplaceimag; l3 = %magnitude; cntr = l0; ar = pass 0;{-1;} {first compute the magnitude} magn until ce; mx0 = dm (i0,m0); {lấy phần thực} mx1 = dm (i1,m1); (lấy phần ảo} mr = mx0*mx0 (ss); mr = mr + mx1*mx1 (rnd); {tính biên độ phổ} magn: dm (i3,m3) = mr1; cntr = l0; {Tính bậc } i1 = ^magnitude; m1 = 1; l1 = %magnitude; m2 = 0; ax0 = ^squareval; {bảng tham chiếu tính caên} ay0 = dm (i3,m3); squareroot until ce; ar = ax0 + ay0, ay0 = dm (i3,m3); i2 = ar; ax1 = dm (i2,m2); squareroot: dm (i1,m1) = ax1; {****** Các chương trình phục vụ ngắt ******************************} {****** Chương trình ngắt thu ***********************} input_samples: ena sec_reg; {sử duïng bank ghi phuï} ax1 = dm (rx_buf + 1); GVHD: Nguyễn Như Anh {nhận data từ Codec AD1847} Trang 157 HVTH: Nguyễn Trọng Luật Luận án cao học Chương V: Thiết kế phần mềm DSP dm (i0,m0) = ax1; {nạp vào đệm liệu) ax0 = i0; {kiểm tra nạp dũ 1024 mẫu} ay0 = ^inputreal; ar = ax0 - ay0; if eq ar = pass 0; dm (passed) = ar; ax0 = dm (i1,m1); dm (tx_buf + 1) = ax0; {xuất liệu Codec Ad1847} dm (tx_buf + 2) = ax0; dis sec_reg; rti; {****** Chương trình ngắt phát để khởi động Codec AD1847 ******} next_cmd: ena sec_reg; ax0 = dm (i3, m1); dm (tx_buf) = ax0; ax0 = i3; ay0 = ^init_cmds; ar = ax0 - ay0; if gt rti; ax0 = 0x8000; dm (tx_buf) = ax0; ax0 = 0; dm (stat_flag) = ax0; (status flag = 0} rti; endmod; GVHD: Nguyễn Như Anh Trang 158 HVTH: Nguyễn Trọng Luật Luận án cao học Chương V: Thiết kế phần mềm DSP 5.3 KẾT QUẢ THI CÔNG: 5.3.1 Lọc số: Với phần mềm DSP để lọc số trên, ta nhận thấy mạch lọc số có chung cách tính dù lọc thông thấp (lowpass), thông cao (highpass), thông dãi (bandpass), triệt dãi (bandstop) Đặc tính mạch lọc phụ thuộc vào hệ số lọc, ưu điểm mạch lọc số Trong chương trình điều khiển mạch lọc số từ máy tính, ta chọn lựa kiểu lọc số Sau nạp phần mềm lọc số hệ số mạch lọc cho kit DSP Trong chương trình thực tế, người thực chọn vài kiểu mạch lọc điển hình để khảo sát Các hệ số mạch lọc lưu file dat để đưa thông số chương trình kit DSP Các giao diện chương trình điều khiển mạch lọc Giao diện mạch lọc thông thấp (Hamming) GVHD: Nguyễn Như Anh Trang 159 HVTH: Nguyễn Trọng Luật Luận án cao học Chương V: Thiết kế phần mềm DSP Giao diện mạch lọc thông dãi (Hamming) Giao diện mạch lọc thông cao (Rectangular) GVHD: Nguyễn Như Anh Trang 160 HVTH: Nguyễn Trọng Luật Luận án cao học Chương V: Thiết kế phần mềm DSP Nhận xét: - Khi ta thay đổi tần số tín hiệu ngõ vào, quan sát tín hiệu ngõ thấy dạng sóng qua tần số cắt khác tương ứng với loại mạch lọc - Với yêu cầu thực giải thuật lọc số kit ADSP, ta có kết mong muốn Tuy nhiên phần mềm điều khiển hạn chế sử dụng hệ số mạch lọc có sẳn chương trình điều khiển cho phép thực chọn kiểu mạch lọc cho trước Ngoài phần mềm kit ADSP yêu cầu phải có hệ số mạch lọc cố định để cung cấp đệm data, chương trình cho phép cố định số lượng hệ số mạch lọc - Như vậy, để có linh hoạt sử dụng ta cần khắc phục điểm: viết chương trình tính hệ số mạch lọc cho phép sử dụng số lượng hệ số (bậc mạch lọc) 5.3.2 Phân tích FFT: Chương trình tính FFT chạy kit DSP cho ta kết dao động ký Trong chương trình tính phổ ta có tần số lấy mẫu 48KHz (tần số tối đa Codec AD1847) Phổ sóng vuông có tần số 1KHz (lấy dãi rộng) GVHD: Nguyễn Như Anh Trang 161 HVTH: Nguyễn Trọng Luật Luận án cao học Chương V: Thiết kế phần mềm DSP Phổ sóng vuông có tần số 1KHz (lấy dãi hẹp) Phổ sóng sin có tần số 1KHz Nhận xét: - Trong thực nghiệm, với tín hiệu vào dạng sóng sin dạng phổ xuất vạch phổ hài Tuy nhiên dao động ký quan sát dạng phổ mà không quan sát giá trị tần số hài Với tín hiệu sóng vuông, ta có GVHD: Nguyễn Như Anh Trang 162 HVTH: Nguyễn Trọng Luật Luận án cao học Chương V: Thiết kế phần mềm DSP dạng phổ gồm vạch tương ứng với thành phần tần số hài khác Trên dao động ký ta có vạch phổ (trên hình phổ1 2) đặn tương ứng với hài bậc cao so với hài Mặc dù không tính xác tần số thành phần hài, tính tỉ lệ hài bậc cao Với cấu trúc lệnh đa chức năng, nhân tích lũy, DSP với thời gian thực nhanh (có chu kỳ máy 30 ns) ta có phân tích phổ theo thời gian thực Việc ta nhận thấy dao động ký thay đổi tần số khoảng cách hài tăng theo tỉ lệ - Cũng từ hình phổ thứ nhất, ta thấy khuyết điểm việc xử lý ADSP Trên hình vẽ ta thấy có khoảng DC lần tính FFT, thời gian tính FFT Khi ta thấy khoảng thời gian rút ngắn việc phân tích phổ thời gian thực có ý nghóa - Từ khuyết điểm ta thấy ta giảm thời gian tính phổ kết tốt Ta thực việc tính phổ phần cứng (ví dụ VHDL) đề có thời gian đáp ứng nhanh - Ngoài để lưu trữ đánh giá phổ cách xác hơn, ta cần thiết kế phần mềm để lấy giá trị phổ đưa tính máy tính Việc thu thập liệu PC theo thiết kế qua cổng COM qua bus ISA Kết phân tích phổ nhận PC: - Trên dạng phổ có trục ngang biểu diễn tần số (đơn vị tính KHz) tương ứng với đến 48 KHz Trên hình phổ sóng sin vạch, thành phần hài Trên hình phổ sóng vuông ta thấy có xuất thành phần hài lẻ, không xuất thành phần hài bậc chẳn Phổ tín hiệu sóng Sin (4 KHz) có lấy cửa sổ Hanning (Fs = 8KHz) GVHD: Nguyễn Như Anh Trang 163 HVTH: Nguyễn Trọng Luật Luận án cao học Chương V: Thiết kế phần mềm DSP Phổ tín hiệu sóng Sin (4 KHz) không qua cửa sổ Hanning Phổ tín hiệu sóng vuông (4 KHz) có lấy cửa sổ Hanning (Fs = 48KHz) Phổ tín hiệu sóng vuông (4 KHz) không qua cửa sổ Hanning GVHD: Nguyễn Như Anh Trang 164 HVTH: Nguyễn Trọng Luật Luận án cao học Chương V: Thiết kế phần mềm DSP Phổ tín hiệu sóng vuông tần số KHz (Fs = 48 KHz) Phổ tín hiệu sóng vuông tần số 12 KHz (Fs = 48 KHz) Phổ tín hiệu sóng vuông tần số 24 KHz (Fs = 48 KHz) Khi thay đổi tần số tín hiệu lớn 24KHz (=1/2 Fs) phổ tín hiệu không xác định GVHD: Nguyễn Như Anh Trang 165 HVTH: Nguyễn Trọng Luật Luận án cao học Chương V: Thiết kế phần mềm DSP - Thay đổi tần số lấy mẫu Fs = 8KHz Phổ tín hiệu sóng vuông tần số KHz (Fs = KHz) có Hanning Phổ tín hiệu sóng vuông tần số KHz (Fs = KHz) Hanning GVHD: Nguyễn Như Anh Trang 166 HVTH: Nguyễn Trọng Luật Luận án cao học Chương V: Thiết kế phần mềm DSP - Phổ tín hiệu sóng vuông có tần số lấy mẫu Fs = 48 KHz Phổ tín hiệu sóng vuông 1kHz (Fs= 48KHz) Phổ tín hiệu sóng vuông 4KHz (Fs = 48KHz) Phổ tín hiệu sóng vuông 500 Hz (Fs = 48KHz) GVHD: Nguyễn Như Anh Trang 167 HVTH: Nguyễn Trọng Luật Luận án cao học Chương V: Thiết kế phần mềm DSP - Thay đổi số điểm tính FFT tín hiệu sóng vuông tần số 100Hz (Fs = 8KHz) FFT 128 điểm FFT 256 điểm FFT 1024 điểm Ta thấy số điểm tính FFT cao dạng phổ dễ quan sát nhiên thời gian tính toán lại tăng GVHD: Nguyễn Như Anh Trang 168 HVTH: Nguyễn Trọng Luaät ... lý tín hiệu số thực phép toán lý thuyết xử lý tín hiệu như: phân tích phổ, lọc số, lượng phổ … Trong phạm vi phân tích phổ lọc số, có nhiều ứng dụng thực tế: - Xử lý âm thanh: lọc số tín hiệu,... Khoá: 08 Giới tính: Nam Nơi sinh: Tp Hồ Chí Minh Mã số ngành: 60.52.70 I Tên đề tài: PHÂN TÍCH PHỔ TRÊN CƠ SỞ XỬ LÝ SỐ TÍN HIỆU II Nhiệm vụ nội dung: - Tổng quan lý thuyết xử lý số tín hiệu - Thiết... đời sống Trong lónh vực trên, xử lý tín hiệu số (DSP – Digital Signal Processing) đóng vai trò quan trọng xử lý tiếng nói, xứ lý đại lượng vật lý hạt nhân, xử lý tín hiệu tim, … Trước đây, tín