TR B GIÁO D C & ĐÀO T O NG Đ I H C S PH M K THU T TP H CHÍ MINH KHOA ĐI N – ĐI N T B MÔN ĐI N T CÔNG NGHI P – Y SINH - Đ ÁN T T NGHI P NGÀNH CÔNG NGH K THU T ĐI N T TRUY N THÔNG Đ TÀI: THI T K , MÔ PH NG B L C NHI U TÍN HI U ĐI N TIM DÙNG MATLAB VÀ CHUY N MÃ VHDL GVHD: ThS Nguy n Thanh Nghƿa SVTH: Tr n Phan Ái M MSSV: 14141200 Tp H Chí Minh – 01/2019 TR B NG ĐH SPKT TP H CHÍ MINH C NG HỊA XÃ H I CH NGHƾA VI T NAM KHOA ĐI N-ĐI N T Đ C L P - T DO - H NH PHÚC MÔN ĐI N T CÔNG NGHI P – Y SINH o0o -Tp HCM, ngày 03 tháng 10 năm 2018 NHI M V Đ ÁN T T NGHI P H tên sinh viên: Tr n Thanh Lâm Tr n Phan Ái Mỹ Chuyên ngành: Đi n t công nghi p H đào t o: Đ i h c quy Khóa: 2014 I TÊN Đ TÀI: MSSV: 14141160 MSSV: 14141200 Mã ngành: 14941 Mã h : K14941 L p: 14941DT THI T K , MÔ PH NG B L C NHI U TÍN HI U ĐI N TIM DÙNG MATLAB VÀ CHUY N MÃ VHDL II NHI M V Các s li u ban đ u: - Tín hi u n tim ECG đ - S dụng bợ x lý kit FPGA Altera – DE2-115 c thu th p Matlab Nội dung th c hi n: - Tìm hiểu về bộ l c thông th p, l c thông cao, l c thông d i - L a ch n ph n cứng, nghiên cứu, phân tích ngun tắc ho t đợng của từng kh i để xây d ng mô hình hoàn chỉnh cho h th ng - Thi t k mơ ph ng bợ l c tín hi u n tim Matlab chuyển mã VHDL III NGÀY GIAO NHI M V : 03/10/2018 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 10/01/2019 V H VÀ TÊN CÁN B H CÁN B H NG D N NG D N: ThS Nguy n Thanh Nghĩa BM ĐI N T CÔNG NGHI P – Y SINH Trang i TR B NG ĐH SPKT TP H CHÍ MINH C NG HÒA XÃ H I CH NGHƾA VI T NAM KHOA ĐI N - ĐI N T Đ C L P - T DO - H NH PHÚC MÔN ĐI N T CÔNG NGHI P – Y SINH o0o -Tp HCM, ngày 05 tháng 10 năm 2018 L CH TRÌNH TH C HI N Đ H tên sinh viên 1: Tr n Thanh Lâm L p: 14941DT H tên sinh viên 2: Tr n Phan Ái Mỹ L p: 14941DT Tên đề tài: THI T K , MÔ PH NG B ÁN T T NGHI P MSSV: 14141160 MSSV: 14141200 L C NHI U TÍN HI U ĐI N TIM DÙNG MATLAB VÀ CHUY N MÃ VHDL Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tìm ý t ởng cho đề tài, xây d ng đề Tu n c ng, sắp x p lịch trình th c hi n đồ 03/10/2018 – 08/10/2018 án Tu n 2, 3, Phân tích yêu c u h th ng, tìm hiểu 09/10/2018– 29/10/2018 c sở lý thuy t về tín hi u n tim, lý thuy t về bộ l c Tu n 5, 6, Tìm hiểu lý thuy t về kit FPGA 30/10/2018 – 19/11/2018 De2_115 Tu n 20/11/2018– 26/11/2018 Xây d ng phân tích s đồ kh i của h th ng Tu n 9, 10 Ti n hành l p trình, thi t k bộ l c 27/11/2018 – 10/12/2018 FDATool của Matlab Tu n 11, 12 Ti n hành mô ph ng, ch y th ho t 11/12/2018 – 24/12/2018 động của bộ l c chỉnh s a l i Tu n 14, 15 25/12/2018 – 10/01/2018 Vi t hoàn thi n báo cáo GV H NG D N (Ký ghi rõ h tên) Trang ii L I CAM ĐOAN Đề tài nhóm chúng em th c hi n d a vào một s tài li u công trình nghiên cứu tr c khơng chép từ tài li u hay cơng trình có tr Ng Tr n Thanh Lâm c i th c hi n đề tài Tr n Phan Ái M Trang iii L IC M N L i đ u tiên, nhóm em xin g i l i c m n chân thành sâu sắc nh t đ n Th y Nguy n Thanh Nghĩa Th y t n tình h ng d n, góp ý định h ng, t o m i điều ki n cho nhóm em su t trình th c hi n đề tài t t nghi p Nhóm em xin chân thành c m n đ n t t c th y cô Khoa Đi n – Đi n t , Tr ng Đ i H c S Ph m Kỹ Thu t Tp HCM, nh ng ki n thức kinh nghi m quý báu mà chúng em nh n đ c từ th y cô su t trình theo h c s hành trang t t nh t giúp chúng em v ng b c s nghi p của mình Nhóm em xin chân thành c m n Ban Giám Hi u Tr ng Đ i H c S Ph m Kỹ Thu t Tp HCM t o điều ki n cho chúng em làm đồ án Cu i cùng, chúng em xin g i nh ng l i tri ân đ n gia đình, b n bè, nh ng ng i thân yêu nh t quan tâm t o điều ki n t t nh t cho chúng em su t trình h c t p Trang iv M CL C NHI M V Đ ÁN T T NGHI P i LỊCH TRÌNH TH C HI N Đ ÁN T T NGHI P ii L I CAM ĐOAN iii L I C M N iv M C L C v LI T KÊ HÌNH ix LI T KÊ B NG xi DANH M C CÁC TỪ VI T T T xii CH NG 1: T NG QUAN 1.1 Đ T V N Đ 1.2 M C TIÊU 1.3 N I DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GI I H N 1.5 B C C CH NG 2: C S LÝ THUY T 2.1 T NG QUAN V TÍN HI U ĐI N TIM ECG 2.1.1 Khái ni m về tín hi u n tim ECG 2.1.2 C u trúc gi i ph u chức của tim 2.1.3 Nhịp tim 2.1.4 Các trình n h c của tim 2.1.5 Quá trình hình thành tín hi u n tim 2.1.5.1 Nhĩ đồ 2.1.5.2 Th t đồ 2.1.6 S hình thành d ng sóng của tim 2.1.6.1 Tính d n truyền 2.1.6.2 Tính tr th i kì tr 2.1.6.3 Đi n tr ng của tim 10 2.1.7 Các thành ph n của tín hi u n tim ECG 10 2.1.8 Các d i t n tín hi u n tim ECG 13 Trang v 2.1.9 Các ph ng pháp đo tín hi u ECG 14 2.1.9.1 Ph ng pháp Oscillometric 14 2.1.9.2 Ph ng pháp n tim đồ 14 2.1.9.3 Ph ng pháp h p thụ quang h c 15 2.1.10 Các lo i nhi u tác động đ n tín hi u n tim 15 2.2 LÝ THUY T V TÍN HI U S VÀ B L C S 17 2.2.1 T ng quan về tín hi u s 17 2.2.2 H x lý s 19 2.2.2.1 Mô t h x lý s 19 2.2.2.2 H x lý s đ quy không đ quy 22 2.2.3 T ng quan về bộ l c s 22 2.3.3.1 Bộ l c thông th p LPF 23 2.3.3.2 Bộ l c thông cao HPF 25 2.3.3.3 Bộ l c thông d i BPF 25 2.3 T NG QUAN V CÔNG C MATLAB 25 2.3.1 Gi i thi u chung 25 2.3.2 L p trình matlab 26 2.3.2.1 M-File 26 2.3.2.2 Một s câu l nh c b n 30 2.3.3 Trình mô ph ng Simulink 34 2.3.4 Công cụ thi t k bộ l c s FDATool của Matlab 38 2.3.4.1 Gi i thi u ph ng pháp thi t k theo mô hình 38 2.3.4.2 T ng quan về hộp công cụ thi t k bộ l c s (FDATool) 39 2.3.4.3 Thi t k bộ l c s dụng giao di n FDATool 41 2.4 T NG QUAN V FPGA (ALTERA) VÀ PH N M M QUARTUS II 45 2.4.1 Lịch s đ i phát triển của FPGA 45 2.4.2 Khái ni m FPGA 46 2.4.3 Ứng dụng FPGA 48 2.4.4 Ý nghĩa FPGA 48 2.4.5 Ph n mềm h tr thi t k Quatus II 49 2.5 T NG QUAN V KIT DE2 -115 ALTERA 51 Trang vi 2.5.1 Gi i thi u 51 2.5.2 Kit DE2 Cyclone IV EP4CE115F29C7N 52 2.5.3 C p nguồn cho kit DE2 55 2.6 GI I THI U NGÔN NG VHDL 55 2.6.1 Gi i thi u 55 2.6.2 C u trúc một mô hình h th ng mô t VHDL 57 2.6.3 Cú pháp ng nghĩa 59 2.6.3.1 Đ i t ng VHDL 59 2.6.3.2 Kiểu d li u VHDL 61 CH NG 3: THI T K VÀ THI CÔNG 62 3.1 GI I THI U 62 3.2 TÍNH TỐN VÀ THI T K H TH NG 62 3.2.1 Thi t k s đồ kh i h th ng 62 3.2.2 Tính tốn thi t k bợ l c d ng FIR 62 3.2.2.1 K t c u cho kiểu l c t n s d ng FIR: 62 3.2.2.2 C u hình t ng quát của bộ l c FIR 68 3.2.3 Thi t k bộ l c s d ng FIR theo ph ng pháp MBD 69 3.2.3.1 Xây d ng s đồ kh i 69 3.2.3.2 Thi t k , mô ph ng chuyển mã VHDL 70 3.3 THI CÔNG H TH NG 80 3.3.1 Biên dịch ch ng trình Quartus II 80 3.3.2 S đồ kh i Quartus 83 3.3.3 Mô ph ng bộ l c dùng ModelSim 84 3.3.3.1 T ng quát về ph n mềm mô ph ng ModelSim 84 3.3.3.2 Mô ph ng m ch l c ModelSim 85 3.3.4 Th nghi m kiểm tra 86 CH NG 4: K T QU - NH N XÉT - ĐÁNH GIÁ 87 4.1 K T QU 87 4.1.1 K t qu mô ph ng bộ l c Matlab 87 4.1.2 K t qu d ng sóng mơ ph ng ModelSim 99 4.2 NH N XÉT – ĐÁNH GIÁ 99 Trang vii CH NG 5: K T LU N VÀ H NG PHÁT TRIỂN 101 5.1 K T LU N 101 5.2 H NG PHÁT TRIỂN 101 TÀI LI U THAM KH O 102 PH L C 103 Trang viii LI T KÊ HÌNH Hình 2.1 C u t o tim ng i Hình 2.2 H th ng d n truyền tim Hình 2.3 Kh c c tâm nhĩ s hình thành sóng P Hình 2.4 Kh c c vách liên th t s hình thành sóng Q Hình 2.5 D ng sóng tín hi u n tim 10 Hình 2.6 Máy huy t áp kỹ thu t s s dụng Oscillometric 14 Hình 2.7 Thu th p tín hi u ECG từ n c c 14 Hình 2.8 D ng sóng của b nh thi u máu cục bộ c tim 17 Hình 2.9 S đờ kh i của h x lý s .20 Hình 2.10 S đồ kh i của h x lý s phức t p 20 Hình 2.11 Ký hi u ph n t cộng 21 Hình 2.12 Ký hi u ph n t nhân 21 Hình 2.13 Ký hi u ph n t nhân v i s 21 Hình 2.14 Ký hi u ph n t tr đ n vị 22 Hình 2.15 S đờ kh i bợ l c thơng th p d ng tắc .24 Hình 2.16 S đờ kh i bợ l c thông th p d ng chuyển vị 24 Hình 2.17 Giao di n trình mô ph ng Simulink 35 Hình 2.18 Kh i Sine Wave thông s cài đ t 36 Hình 2.19 Kh i Scope hình hiển thị 36 Hình 2.20 Kh i Random Source thông s cài đ t 37 Hình 2.21 Kh i Sum thông s cài đ t .37 Hình 2.22 Kh i Gain thông s cài đ t 38 Hình 2.23 Giao di n thi t k của FDATool 41 Hình 2.24 Thơng s kỹ thu t bợ l c thông th p 43 Hình 2.25 Đáp n biên đợ_ t n s pha của bộ l c thông th p 44 Hình 2.26 Chuyển thi t k FDATool sang mã VHDL 45 Hình 2.27 Ki n trúc t ng quan của FPGA 46 Hình 2.28 C u trúc SRAM FPGA (SRAM Logic Cell) 47 Hình 2.29 C u trúc của OTP FPGA (OTP Logic Cell) 47 Hình 2.30 Giao di n ph n mềm Quatus II .50 Hình 2.31 Kit DE2-115 Altera 52 Hình 2.32 Adapter 9V- 1.3A 55 Hình 3.1 S đồ kh i của h th ng 62 Hình 3.2 Đ c tính biên đợ t n s của bộ l c thông th p lý t ởng 63 Hình 3.3 Đ c tính biên độ t n s của bộ l c thông cao lý t ởng 65 Hình 3.4 Đ c tính biên đợ t n s của bộ l c thông d i lý t ởng 67 Hình 3.5 C u hình t ng quát của bộ l c FIR đáp ứng xung h u h n 68 Trang ix ... MSSV: 14141200 Mã ngành: 14941 Mã h : K14941 L p: 14941DT THI T K , MƠ PH NG B L C NHI U TÍN HI U ĐI N TIM DÙNG MATLAB VÀ CHUY N MÃ VHDL II NHI M V Các s li u ban đ u: - Tín hi u n tim ECG đ - S... cho h th ng - Thi t k mô ph ng bợ l c tín hi u n tim Matlab chuyển mã VHDL III NGÀY GIAO NHI M V : 03/10/2018 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 10/01/2019 V H VÀ TÊN CÁN B H CÁN B H NG D N NG D N:... Ái Mỹ L p: 14941DT Tên đề tài: THI T K , MÔ PH NG B ÁN T T NGHI P MSSV: 14141160 MSSV: 14141200 L C NHI U TÍN HI U ĐI N TIM DÙNG MATLAB VÀ CHUY N MÃ VHDL Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tìm