Đồ án Nghiên cứu dàn lọc số và triển khai trên kit DSP TMS320C6713 (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu dàn lọc số và triển khai trên kit DSP TMS320C6713 (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG NGHIÊN CỨU DÀN LỌC SỐ VÀ TRIỂN KHAI TRÊN KIT DSP TMS320C6713 GVHD: Th.S NGUYỄN NGƠ LÂM SVTH: SỬ MINH HỊA MSSV: 10117029 SVTH: VÕ VÃN QUÂN MSSV: 10117056 S K L 0 0 3 2 3 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2014
2. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CƠNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG Đề tài: NGHIÊN CỨU DÀN LỌC SỐ VÀ TRIỂN KHAI TRÊN KIT DSP TMS320C6713 GVHD : Th.S NGUYỄN NGƠ LÂM SVTH : SỬ MINH HÕA - 10117029 VÕ VĂN QUÂN - 10117056 TP. HỒ CHÍ MINH - 08/2014
3. Trang i LỜI CẢM ƠN Đồ n tốt nghiệp là h i ể ho sinh vi n làm quen v i nghi n ứu khoa họ và h tr nh ày vấn ề khoa họ nhất, t o iều kiện ể sau này i làm ng nh thự hiện ng tr nh nghi n ứu khoa họ . Nhĩm thực hiện ề tài hân thành ảm n thầy Nguyễn Ng Lâm ã h ng dẫn hi tiết, tận t nh và a ra h ng i thể gi p nhĩm v t qua khĩ kh n ể hồn thành Đồ n tốt nghiệp này. Nhĩm thự hiện ề tài xin gửi lời cảm n ến thầy trong m n Điện tử Viễn th ng ã giành nhiều thời gian quý u ể gi p nhĩm và ồng thời ng cảm n ến n trong l p 10117 ã ĩng gĩp ý kiến ể nhĩm thự hiện hồn thành ề tài. Đặ iệt, nhĩm thự hiện xin ảm n tất ả quý thầy gi o ã y ung ấp những kiến thứ nền tảng v ng quý u ể tập Đồ n này hồn thành. Nhĩm ng xin gởi lời ảm n ến gia nh ã t o iều kiện về nhiều mặt ề hồn thành ề tài. Trong qu tr nh i n so n uốn Đồ n ng kh ng thể tr nh khỏi sai xĩt, mong quý thầy và n ĩng gĩp ý kiến ể nhĩm thự hiện h nh sửa và hồn thiện ề tài. Sinh vi n thực hiện Sử Minh Hịa Võ V n Quân
4. Trang ii MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU i MỤC LỤC ii LIỆT KÊ BẢNG v LIỆT KÊ HÌNH vi LIỆT KÊ TỪ VIẾT TẮT ix TĨM TẮT . x ABSTRACT xi CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1 1.1. VAI TRÕ VÀ ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI 1 1.2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 1 1.3. BỐ CỤC ĐỒ ÁN 1 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BỘ LỌC 3 2.1. BỘ LỌC TƯƠNG TỰ 3 2.1.1. BỘ LỌC THỤ ĐỘNG 3 2.1.1.1. PHÂN LOẠI BỘ LỌC 3 2.1.1.2. ƯU KHUYẾT ĐIỂM CỦA MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG 5 2.1.2. MẠCH LỌC TÍCH CỰC 5 2.1.2.1. CÁC LOẠI MẠCH LỌC TÍCH CỰC 5 2.1.2.2. ƯU KHUYẾT ĐIỂM CỦA MẠCH LỌC TÍCH CỰC 10 2.1.3. MƠ PHỎNG CÁC MẠCH LỌC SỬ DỤNG MATLAB 10 2.1.3.1. MƠ PHỎNG MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG 10 2.1.3.2. MƠ PHỎNG MẠCH LỌC TÍCH CỰC 11 2.2. BỘ LỌC SỐ 13 2.2.1. TỔNG QUAN VỀ BỘ LỌC SỐ 13 2.2.1.1. TỔNG QUAN VỀ CẤU TRƯC 14 2.2.1.2. CƠNG CỤ TỐN HỌC ĐỂ THIẾT KẾ BỘ LỌC SỐ 16 2.2.1.3. PHÂN LOẠI BỘ LỌC DỰA VÀO ĐÁP ỨNG TẦN SỐ 28 2.2.1.4. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA BỘ LỌC 20 2.2.1.5. CÁC BƯỚC THIẾT KẾ BỘ LỌC SỐ 21 2.2.1.6. THIẾT KẾ BỘ LỌC FIR DÙNG PHƯƠNG PHÁP CỬA SỔ 21 2.3. GIỚI THIỆU VỀ CƠNG CỤ THIẾT KẾ BỘ LỌC SPTOOL TRONG MATLAB 27 2.3.1. GIỚI THIỆU VỀ CƠNG CỤ SPTOOL 27 2.3.1.1. THIẾT KẾ BỘ LỌC SỐ BẰNG CƠNG CỤ SPTOOL 27 2.3.1.2. PHÂN TÍCH BỘ LỌC 28 2.3.1.3. THIẾT KẾ NHỮNG BỘ LỌC BỔ SUNG 28 2.3.1.4. EXPORT BỘ LỌC TỪ FDATOOL 29 2.3.1.5. THỂ HIỆN ĐỐI TƯỢNG EXPORT TRONG MATLAB COMMAND 30 CHƢƠNG 3: DÀN LỌC SỐ 31 3.1. TĂNG, GIẢM VÀ THAY ĐỔI TỐC ĐỘ MẪU 31 3.1.1. ĐẶC TRƯNG PHỔ CỦA CÁC BỘ TĂNG, GIẢM TỐC ĐỘ MẪU 31 3.1.1.1. BỘ GIẢM TỐC ĐỘ MẪU 31
5. Trang iii 3.1.1.2. BỘ TĂNG TỐC ĐỘ MẪU 32 3.1.2. MẠCH LỌC TRONG CÁC HỆ THỐNG THAY ĐỔI TỐC ĐỘ MẪU 33 3.1.2.1. MẠCH LỌC GIẢM TỐC ĐỘ MẪU 33 3.1.2.2. MẠCH LỌC TĂNG TỐC ĐỘ MẪU 34 3.1.2.3. SỬ DỤNG MATLAB ĐỂ THAY ĐỔI TỐC ĐỘ MẪU 34 3.1.3. CÁC BỘ TĂNG VÀ GIẢM TỐC ĐỘ MẪU ĐA TẦNG 37 3.2. DÀN LỌC SỐ 38 3.2.1. DÀN LỌC DFT ĐỒNG NHẤT 38 3.2.2. DÀN LỌC ĐỒNG NHẤT ĐA PHA 41 3.2.3. CÁC MẠCH LỌC BÙ 45 3.2.3.1. CÁC MẠCH LỌC BÙ TRỄ 45 3.2.3.2. CÁC MẠCH LỌC BÙ CƠNG SUẤT 46 3.3. DÀN LỌC ẢNH GƯƠNG VUƠNG GĨC 47 3.3.1. MỞ ĐẦU 47 3.3.2. CẤU TRƯC CỦA DÀN LỌC QMF 2 KÊNH 47 3.3.3. QUAN HỆ GIỮA CÁC TÍN HIỆU TRONG DÀN LỌC QMF 48 3.3.4. DÀN LỌC QMF KHƠNG CHỒNG PHỔ 49 3.3.5. THỰC HIỆN DÀN LỌC QMF KHƠNG CHỒNG PHỔ ĐƠN GIẢN 51 3.3.6. DÀN LỌC QMF M KÊNH 53 3.3.6.1. QUAN HỆ GIỮA CÁC TÍN HIỆU DÀN LỌC QMF M KÊNH 54 3.3.6.2. SỰ CHỒNG PHỔ VÀ TẠO ẢNH 55 3.3.6.3. SỰ MÉO DẠNG BIÊN ĐỘ VÀ PHA 57 3.3.6.4. MA TRẬN TRUYỀN 58 3.4. ỨNG DỤNG CỦA DÀN LỌC TRONG CÁC HỆ THỐNG SỐ 59 3.4.1. ỨNG DỤNG MÃ HĨA BĂNG CON 59 3.4.2. ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN DỮ LIỆU TRUYỀN KÊNH 60 CHƢƠNG 4: CÀI ĐẶT VÀ LIÊN KẾT MATLAB VỚI CCS 62 4.1. CHƯƠNG TRÌNH CODE COMPOSER STUDIO V3.3 62 4.2. TỔNG QUAN VỀ CHƯƠNG TRÌNH CCS 62 4.2.1. CÀI ĐẶT 62 4.2.1.1. YÊU CẦU HỆ THỐNG 62 4.2.1.2. CÁC BƯỚC CÀI ĐẶT CCS 62 4.2.2. CÀI ĐẶT CẤU HÌNH CHO CCS 63 4.2.3. KẾT NỐI CHƯƠNG TRÌNH CCS VỚI DSK 65 4.2.4. TẠO MỘT DỰ ÁN MỚI 66 4.2.4.1. TẠO TẬP TIN DỰ ÁN CĨ ĐUƠI .PIT 66 4.2.4.2. TẠO VÀ LƯU TẬP TIN MÃ NGUỒN CĨ ĐUƠI .C 66 4.2.4.3. ĐƯA TẬP TIN NGUỒN, TẬP TIN THƯ VIỆN VÀ CÁC TẬP TIN TIÊU ĐỀ VÀO DỰ ÁN 67 4.2.5. LƯU DỰ ÁN VỪA TẠO 67 4.3. HƯỚNG DẪN BIÊN DỊCH TỪ SIMULINK TRONG MATLAB SANG CCS 67 CHƢƠNG 5: MƠ PHỎNG VÀ TRIỂN KHAI TRÊN KIT DSP 71 5.1. MƠ PHỎNG GIẢI THUẬT TRÊN M-FILE CỦA MATLAB 71
6. Trang iv 5.1.1. THIẾT KẾ DÀN LỌC QMF HAI KÊNH KHƠI PHỤC HỒN HẢO 71 5.1.2. THIẾT KẾ DÀN LỌC QMF 5 KÊNH 75 5.2. KẾT QUẢ MƠ PHỎNG TRÊN SIMULINK VÀ TRÊN KÍT DSP 78 5.2.1. KẾT QUẢ MƠ PHỎNG TRÊN SIMULINK 78 5.2.2. KẾT QUẢ TRÊN KIT DSP 81 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 83 6.1. KẾT LUẬN 83 6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84
7. Trang v LIỆT KÊ BẢNG Bảng 2.1 Ưu khuyết iểm của m ch lọc th ng 5 Bảng 2.2 Ưu khuyết iểm của m ch lọ tí h ực 10 Bảng 2.3 Th ng số m t số lo i hàm ửa sổ 25
8. Trang vi LIỆT KÊ HÌNH H nh 2.1 C p ứng m ch lọ lý t ởng 3 H nh 2.2 Đ p ứng i n LPF 3 H nh 2.3 M ch LPF 3 H nh 2.4 Đ p ứng i n HPF 4 H nh 2.5 M ch HPF 4 H nh 2.6 M ch lọc chắn dải 4 H nh 2.7 Đ p ứng tần số lo i m ch lọ tí h ực 5 H nh 2.8 M phỏng p ứng i n LPF 10 H nh 2.9 M phỏng p ứng i n HPF 10 H nh 2.10 Đ p ứng i n m ch lọc th ng ải 11 H nh 2.11 Đ p ứng i n m ch lọc chắn dải 11 H nh 2.12 M phỏng m ch lọ th ng thấp tí h ực 12 H nh 2.13 M phỏng m ch lọ th ng ao tí h ực 12 H nh 2.14 M phỏng m ch lọ th ng ải. 13 H nh 2.15 M phỏng m ch lọc chắn dải 13 H nh 2.16 S ồ cấu tr ng chuẩn tắt 1 của hệ IIR ệ quy 14 H nh 2.17 S ồ cấu tr huyển vị của hệ IIR ệ quy 15 H nh 2.18 S ồ cấu tr ng chuẩn tắc 2 của IIR ệ quy 15 H nh 2.19 S ồ cấu tr ủa hệ xử lý số FIR 16 H nh 2.20 B lọ th ng thấp lý t ởng 19 H nh 2.21 B lọ th ng ao lý t ởng 19 H nh 2.22 B lọ th ng ải lý t ởng 20 H nh 2.23 B lọc chắn dải lý t ởng 20 H nh 2.24 Đặc tuyến i n 21 H nh 2.25 C lo i cửa sổ th ng ng 22 H nh 2.26 H nh ng và phổ của lo i cửa sổ th ng ng 23 H nh 2.27 Xét ảnh h ởng của cửa sổ l n p ứng xung 24 H nh 2.28 Xét ảnh h ởng của cửa sổ l n p ứng tần số 24 H nh 2.29 C tính hất của cửa sổ 24 H nh 2.30 Đ p ứng xung và p ứng pha của b lọc 26 H nh 2.31 Giao diện ng sptool 27 H nh 2.32 Giao diện của Filter Designer 28 H nh 2.33 Th ng số thiết kế b lọc. 29 H nh 2.34 B lọ ã c thiết kế 29 H nh 2.35 Xuất ra workspace 30 H nh 3.1 Tín hiệu vào và ra ủa b giảm tố mẫu 31 H nh 3.2 a) M ch giảm tố mẫu hồn h nh, ) p ứng tần số lý t ởng của m ch lọc giảm tố mẫu 33 H nh 3.3 S ồ khối của m ch lọ t ng tố mẫu hồn h nh 34 H nh 3.4 Ảnh h ởng của m ch lọ t ng tố mẫu 34 H nh 3.5 Tín hiệu vào và ra ủa b giảm tố mẫu hệ số M=2 35 H nh 3.6 Tín hiệu vào và ra ủa b t ng tố mẫu hệ số L=3 36 H nh 3.7 Tín hiệu vào và ra ủa b thay ổi tố mẫu hệ số 5/3 37 H nh 3.8 a) B t ng tố mẫu 2-tầng, b) B giảm tố mẫu 2-tầng 38 H nh 3.9 a) Dàn lọ phân tí h, ) Dàn lọc tổng h p 38 H nh 3.10 Đ p ứng tần số của 4 m ch lọ ầu ti n của àn lọc 41 H nh 3.11 Đ p ứng tần số của àn lọ DFT ồng nhất 8-k nh 41
9. Trang vii H nh 3.12 S ồ thự thi àn lọ ồng nhất a pha. 43 H nh 3.13 Dàn lọ phân tí h DFT ồng nhất a pha hiệu quả cao 44 H nh 3.14 Dàn lọ DFT ồng nhất a pha 44 H nh 3.15 S ồ thự thi àn lọ ồng nhất a pha 4-k nh 45 H nh 3.16 Dàn lọc QMF 2-k nh ựa tr n mã hĩa và giải mã 48 H nh 3.17 Đ p ứng tần số của àn lọ phân tí h QMF 48 H nh 3.18 Dàn lọc QMF 2-k nh ti u iểu 48 H nh 3.19 Dàn lọ kh i ph c l i hồn hảo của ví 3.1 51 H nh 3.20 Thự thi àn lọ QMF a pha: a) Cấu tr QMF a pha ng trực tiếp b) Cấu tr ĩ hiệu quả tính to n ao 53 H nh 3.21 Cấu tr ủa àn lọc QMF M-k nh 54 H nh 3.22 a), ). ) Đ p ứng i n của m ch lọ phân tí h và phi n ản dịch chuyển; ) p ứng i n của m ch lọc tổng h p; e),f),g) số h ng chồng phổ v i l=1 57 H nh 3.23 S ồ khối hệ thống mã hĩa ng on 59 H nh 3.24 Cấu tr n phân giải của àn lọ phân tí h 4-k nh 59 H nh 3.25 Cấu tr a phân giải của àn lọ phân tí h 5-k nh 60 H nh 3.26 a) S ồ khối b dồn k nh phân hia theo thời gian, ) S ồ khối b phân k nh phân hia theo thời gian 60 H nh 3.27 S ồ của b truyền dẫn dồn k nh TDM 2-k nh. 61 H nh 3.28 S ồ khối b dồn k nh phân hia theo tần số 61 H nh 3.29 S ồ truyền dẫn dồn k nh tồn số 61 H nh 4.1 I on h ng tr nh CCS V3.3 63 H nh 4.2 Cấu h nh CCS V3.3 ằng Setup CCSStudio V3.3 63 H nh 4.3 Add cấu h nh ã họn cho hệ thống 64 H nh 4.4 Save và khởi ng CCS V3.3 64 H nh 4.5 Kiểm tra kết nối m y tính v i kit bằng h ng tr nh 6713 DSK Diagnoti s Utility V3.3 65 H nh 4.6 Màn h nh hính ủa h ng tr nh CCS V3.3 65 H nh 4.7 Kết nối CCS v i kít C6713 66 H nh 4.8 T o tập tin dự n u i .pit 66 H nh 4.9 T o tập tin mã u i . 66 H nh 4.10 Chọn tập tin nguồn vừa t o 67 H nh 5.1 S ồ khối àn lọc QMF 2-k nh kh i ph hồn hảo 71 H nh 5.2 L u ồ giải thuật thiết kế và lọ tín hiệu qua àn lọc QMF 2 72 H nh 5.3 Giao diện m phỏng hính 73 H nh 5.4 Đ p ứng i n m ch lọ phân tí h 73 H nh 5.5 Méo i n của àn lọ QMF sở 74 H nh 5.6 Phổ tín hiệu sau khi qua m ch lọc h0 74 H nh 5.7 Phổ tín hiệu sau khi qua m ch lọc h1 74 H nh 5.8 Phổ tín hiệu ngõ vào àn lọ phân tí h 75 H nh 5.9 Phổ tín hiệu ngõ ra àn lọc tổng h p 75 H nh 5.10 S ồ khối àn lọ phân tí h 75 H nh 5.11 S ồ khối àn lọc tổng h p 76 H nh 5.12 Đ p ứng i n của àn lọ phân tí h t ng ng v i àn lọc QMF 5-k nh. 76 H nh 5.13 a) Phổ ngõ ra k nh 1, ) Phổ ngõ ra k nh 2 77 H nh 5.14 a) Phổ ngõ ra k nh 3, ) Phổ ngõ ra k nh 4 77 H nh 5.15 Phổ ngõ ra k nh 5 77 H nh 5.16 a) Phổ của tín hiệu ngõ vào, ) Phổ tín hiệu ngõ ra ủa àn lọc QMF 78 H nh 5.17 S ồ cấu tr àn lọc trực tiếp 4 k nh 78 H nh 5.18 Phân tí h phổ scope1 79
10. Trang viii H nh 5.19 Phân tí h phổ scope2 79 H nh 5.20 Phân tí h phổ scope3 79 H nh 5.21 Phân tí h phổ scope4 79 H nh 5.22 Phân tí h phổ scope5 79 H nh 5.23 S ồ cấu tr àn lọ QMF 2 k nh 80 H nh 5.24 Phân tí h phổ scope1 80 H nh 5.25 Phân tí h phổ scope2 80 H nh 5.26 Phân tí h phổ scope3 80 H nh 5.27 Phân tí h phổ scope4 80 H nh 5.28 S ồ cấu tr àn lọ QMF 4 k nh . 81 H nh 5.29 Phân tí h phổ ngõ vào 81 H nh 5.30 Phân tí h phổ ngõ ra 81 H nh 5.31 Dàn lọ QMF hai k nh 81 H nh 5.32 Khi ngõ vào là 1,5kHz 82 H nh 5.33 Khi ngõ vào là 2,24kHz. 82 H nh 5.34 Khi ngõ vào là 3kHz 82 H nh 5.35 Khi ngõ vào là 1,25kHz 82
11. Trang ix LIỆT KÊ TỪ VẾT TẮT B BBF Band Pass Filter B lọ th ng ải BSF Band Stop Filter B lọ hắn ải C CCS Code Composer Studio D DEMUX Demultiplexer B phân k nh DFT Discrete Fourier Transform Biến ổi Fourier rời r DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số DTFT Discrete Time Fourier Transform Biến ổi Fourier thời gian rời r F FFT Fast Fourier Transform Biến ổi Fourier nhanh FIR Finite Impulse Respone Đ p ứng xung hữu h n H HPF High Pass Filter B lọ th ng ao I IIR Infinite Impulse Respone Đ p ứng xung v h n L LPF Low Pass Filter B lọ th ng thấp M MUX Multiplexer B ghép k nh Q QMF Quadrature-Mirror Filter Bank Dàn lọ ảnh g ng vu ng gĩ
12. Trang x TĨM TẮT Đồ n ã làm rõ vấn ề hính về àn lọc số, tr nh ày h thiết kế àn lọc từ n giản ến phức t p và thực hiện m phỏng ể kiểm chứng. C àn lọc này ĩ tính ứng d ng cao trong những hệ thống mã hĩa tín hiệu tiếng nĩi và h nh ảnh mà hiện nay ã c thực thi rất phổ biến và em l i hiệu quả cao. Trong ồ n ng ã h ng dẫn chi tiết h t o n n àn lọc dựa vào ng c SPTOOL của Matla và h y tr n KIT DSP và thực hiện xử lý m t số tín hiệu âm thanh ản. Ch ng ta ĩ thể dựa tr n sở ĩ ể ph t triển thành hệ thống xử lý nâng ao h n và hiệu quả h n. Và h ng tr nh kiểm chứng tr n phần mềm matlab (code m-file + simulink) trong ồ n là sở tốt nhất ể ph t triển thành hệ thống ứng d ng m i. V i ề tài này h ng em mong muốn sẽ gĩp phần vào việc thiết kế hệ thống mã hĩa âm thanh và h nh ảnh.
13. Trang xi ABSTRACT Project has clarified the problem of the digital filter, presentation ways filter design from simple to complex and perform simulations to test. The filter banks has high applicable in the signal encoding system voices and images that have now been enforce very popular and highly effective. In the project also has detailed instructions ways create filter banks on tool SPTOOL of matlab and execution on KIT DSP also perform process some basic audio signal. We can rely on basic to develop the systems process more advanced and more effective. The verifiable program on matlab software (code M-file and Simulink) in the project is best basic to develop the systems new application. With this theme we wish will to contribute to the design of audio encoding system and image.
14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 1 CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 VAI TRÕ VÀ ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI C ng v i sự ph t triển m nh mẽ của khoa học kỹ thuật ngành kỹ thuật iện tử, ặc biệt là ngành C ng Nghệ Điện Tử Viễn Th ng ã ĩ những ph t triển v t bậ . Nĩ ang ngày àng ĩ những ĩng gĩp to l n vào u h m ng khoa học kỹ thuật. Nĩ ảnh h ởng l n ho t ng của tất cả ngành ng nghiệp ho t ng kinh tế và kinh tế xã h i. V i y u ầu ngày àng ao trong việc xử lý ữ liệu âm thanh, h nh ảnh trong nhiều ứng d ng kh nhau th xử lý tín hiệu số ã ra ời và ph t triển nhanh hĩng p ứng tốt những y u ầu này. Và m t trong những thành ng ĩ là sự ra ời của filter banks ( àn lọc). M í h ủa filter anks là phân tí h tín hiệu ngõ vào thành nhiều thành phần tín hiệu ĩ ải tần t y ý, ể xử lí c lập sau ĩ m i tổng h p l i. V i sự ra ời của ph ng ph p filter anks th việc xử lý âm thanh, h nh ảnh t hiệu quả ao h n rất nhiều c thể là về tố và tỷ lệ l i it. Filter anks là ph ng ph p ịn kh m i l cần phải t m hiểu và triển khai ứng d ng r ng rãi àng s m àng tốt v hiệu quả của nĩ là v ng to l n. Sau thời gian học tập và nghi n ứu lý thuyết tr n tr ờng, nhĩm sinh vi n thực hiện ã lĩnh h i c những kiến ản li n quan ến ề tài nghi n ứu. Nh ng h a ĩ h i t m hiểu và ứng d ng m t h hi tiết và huy n sâu. Nay v i sự h ng dẫn của Ths.Nguyễn Ng Lâm nhĩm sinh vi n sẽ t m hiểu và nghi n ứu kỹ h n về filter banks. Y u ầu của ề tài là t m hiểu về lọ t ng tự, số và àn lọc filter banks, triển khai ứng d ng tr n KIT DSP. Sau ĩ, so s nh u khuyết iểm của ph ng ph p, r t ra kết luận cuối ng ể từ ĩ iết h sử d ng ph ng ph p lọ em l i hiệu quả cao nhất. V ây là ề tài kh m i mẽ, ồ n tốt nghiếp ch dừng l i ở việ t m hiểu lý thuyết về filter anks sau ĩ thực hiện m phỏng tr n phần mềm matla và triển khai m t số ứng d ng ản tr n KIT DSP ng phần mềm CCS phi n ản 3.3. V vậy nhĩm sinh vi n lấy t n ồ n là “ nghiên cứu dàn lọc số và thực thi trên KIT TMS320C6713”. 1.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI  T m hiểu lý thuyết về lọ t ng tự và số.  M phỏng lọ t ng tự và số sử ng phần mềm matla .  T m hiểu àn lọ filter anks.  Thiết kế và m phỏng filter anks sử ng matla .  Triển khai filter anks tr n KIT DSP. 1.3 BỐ CỤC CỦA ĐỒ ÁN - Ch ng 1: Gi i thiệu Chương 1: GIỚI THIỆU.
15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 2 N u m ti u và ứng ng ủa ề tài, m í h thự hiện ề tài và ố ủa ồ n. - Ch ng 2: Tổng quan lo i m h lọ . Trong h ng này nhĩm sinh vi n nhắc l i m t h tổng quan những kiến thứ ã c học về m ch lọ t ng tự và số. Đồng thời ng m phỏng m t số ph ng ph p thiết kế m h tr n phần mềm matla ể ĩ i nh n tổng qu t và sâu h n về lo i m ch lọ . Sau ĩ so s nh u khuyết iểm của lo i m ch lọc v i nhau. - Ch ng 3: Dàn lọ số Nĩi về t ng, giảm tố mẫu, m h lọ t ng, giảm tố mẫu. Tr nh ày lý thuyết àn lọ số, h thiết kế àn lọ QMF n phân giải và a phân giải. Tính to n àn lọ QMF kh ng hồng phổ n giản. - Ch ng 4: Cài ặt và li n kết Matla v i CCS H ng dẫn ài ặt và li n kết Matlab v i CCS, h ng dẫn c thể c i n ịch h ng từ simulink qua KIT DSP. Kết nối h ng tr nh s v i dsk. H ng dẫn i n ịch từ simulink trong matlab sang ccs. - Ch ng 5: M phỏng và triển khai àn lọ tr n KIT DSP Thực hiện m phỏng m t số àn lọ QMF tr n Matla , m phỏng hệ thống tr n simulink và thự thi tr n KIT DSP. Nhận xét và giải thí h kết quả thu c. - Ch ng 6: Kết luận và h ng ph t triển Tĩm tắt n i ung ồ n và n u m t số h ng ph t triển ho ề tài. Chương 1: GIỚI THIỆU.
16. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 3 CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BỘ LỌC 2.1 BỘ LỌC TƢƠNG TỰ 2.1.1 BỘ LỌC THỤ ĐỘNG 2.1.1.1 PHÂN LOẠI BỘ LỌC M ch lọc th ng ch sử d ng lịnh kiện th ng iện trở R, cu n ây L và t iện C. Theo p ứng tần số m ch lọ hia thành 4 lo i: m ch lọ th ng thấp, m ch lọ th ng ao, m ch lọ th ng ải và m ch lọc chắn dải. a) M h lọ th ng thấp ) m h lọ th ng ao b) M h lọ th ng ải ) m h lọ hắn ải Hình 2.1. C p ứng m h lọ lý t ởng. M h lọ th ng thấp. Cho tín hiệu ĩ tần số nhỏ h n tần số ắt fC i qua. Chặn tín hiệu ĩ tần số l n h n tần số ắt. Hình 2.2. Đ p ứng i n LPF Hình 2.3. M ch LPF Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BỘ LỌC.
17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 4 V 1 Hàm truyền: G(j ) o (2.1) Vi 1 j RC 1 Thành phần i n : | G(j ) | 1  2RC 2 2 Thành phần pha:  arg G (j  ) tan 11 (  RC ) tan (1/  RC ) M h lọ th ng ao. Cho tín hiệu ĩ tần số l n h n tần số ắt f i qua. Hình 2.4. Đ p ứng i n HPF Hình 2.5. M ch HPF V j RC Hàm truyền: G(j ) o (2.2) Vi 1 j RC Thành phần i n : RC | G(j ) | 1  2RC 2 2 Thành phần pha: M h lọ th ng ải. Cho tín hiệu ĩ tần số thu khoản (f 1,f 2) i qua. V R j RC Hàm truyền: o (2.3) G(j ) 2 Vi j L 1/ j  C R  LC 1 j  RC M h lọ hắn ải. Chặn tín hiệu ĩ tần số thu khoản (f 1,f 2). Hình 2.6. m ch lọc chắn dải Hàm truyền: Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BỘ LỌC.
18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 5 V j L 1/ j  C 22 RC 1  1 o (2.4) G(j ) 22 Vi j L 1/ j  C R  LC 1 j  RC  j  ( R / L ) 1/ LC 2.1.1.2 ƢU KHUYẾT ĐIỂM CỦA MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG Bảng 2.1. Ưu khuyết iểm của m ch lọc th ng Ƣu điểm Khuyết điểm M h n giản, ễ thự hiện, M h lọ ậ ao rất ồng hi phí thấp. kềnh. M h th ờng ho t ng ở tần Dễ xảy ra ng h ởng m h số ao (>100kHz). kh ng ổn ịnh. Sai số l n v sử ng linh kiện th ng, ễ ị thay ổi gi trị o nhiệt và ẩm m i tr ờng. Ch ĩ hứ n ng lọ tín hiệu mà kh ng khuế h i. Đ ố ủa ờng p ứng i n thấp, ễ gây méo ng tín hiệu. 2.1.2 MẠCH LỌC TÍCH CỰC 2.1.2.1 CÁC LOẠI MẠCH LỌC TÍCH CỰC M ch lọ tí h ự ng sử d ng linh kiện nh m ch lọc th ng nh ng ng th m op-amp ĩ nhiệm v khuế h i tín hiệu. Theo p ứng tần số th m ch lọ tí h ự ng hia thành 4 lo i: m ch lọ th ng thấp, th ng ao, th ng ải và hắn dải. Cĩ nhiều ph ng ph p thiết kế m ch lọ tí h ự nh : Bessel, Butterworth, Tschebyscheff, Sallen-key ĩ ng p ứng m tả nh H nh 2.7. M i ph ng ph p ều ĩ u, nh iểm ri ng về g n dải th ng và dố ờng p ứng i n giữa dải th ng v i dải chắn. Hình 2.7. Đ p ứng tần số lo i m ch lọ tí h ực Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BỘ LỌC.
19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 6 Mạch lọc thơng thấp Bậc 1: Hàm truyền: R2 1 V (2.5) As() 0 R3 VRCSic1  11 Đ l i: R a A 1 2 R 1 0 1 R3 2 fCc 1 a11 c R C RRA2 3( 0 1) Ví dụ: Thiết kế m ch lọ tí h ực bậ 1 th ng thấp, tần số cắt fc=1khz. Chọn C1 47 nF . a1 1 Suy ra: RK1 39 3.38(  ) . 2 fcC1 2 10 47.10 Bậc 2: Hàm truyền: A0 A(s) 22 (2.6) 1 ccCRR1 ( 1 2 ) (1 ARCs 0 ) 1 2 RRCCs 1 2 1 2 Đ l i: R3 A0 1 R4 Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BỘ LỌC.
20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 7 Hàm truyền: 1 A(s) 22 1 ccC1 ( R 1 R 2 ) s R 1 R 2 C 1 C 2 s (2.7) Đ l i: A0 1 a1 c C 1() R 1 R 2 2 b1 c RRCC 1 2 1 2 22 a1 C 2 a 1 C 24b 1 C 1 C 2 R2,1 4 fc C12 C 4b 1 CC21 2 a1 Ví dụ: Thiết kế m ch lọ tí h ự th ng thấp, bậc 2, sử d ng ph ng ph p Tschebyscheff, tần số cắt f =3khz, g n ãy th ng là 3 B. Giải Tra bảng thiết kế m ch lọc bằng ph ng ph p Tschebyscheff v i g n 3dB ta hệ số a1=1.0650, b1=1.9305. 4b1 9 4.1.9305 Chọn C1 =22nF. Tính C2 dựa vào C21 C22 22.10 . 150nF a1 1.065 1.065.150.10 9 (1.065.150.10 9 ) 2 4.1.9305.22.10 9.150.10 9 RK 1.26  1 4 .3.103 .22.10 9 .150.10 9 1.065.150.10 9 (1.065.150.10 9 ) 2 4.1.9305.22.10 9.150.10 9 RK 1.30  2 4 .3.103 .22.10 9 .150.10 9 Ví : M ch lọ th ng thấp bậ 5 ng ph ng ph p Butterworth l i n (A=0dB). Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BỘ LỌC.
21. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 8 Mạch lọc thơng cao Bậc 1: R2 Hàm truyền: 1 As() R3 (2.8) 11 1. c RCS11 R 1 Đ l i: 2 A 1 R1 R3 2 fc a11 C 1 a1 RRA23 ( 1) c RC11 Bậc 2: Hàm truyền: A(s) (2.9) RCCRC2( 1 2 ) 1 2 (1 ) 1 1 1 1 22 ccR1 R 2 C 1 C 2 s R 1 R 2 C 1 C 2 s R 1 4 Đ l i: R3 Chọn CC12 ta : 2 1 a1 R1 c RC1 fc Ca1 1 a R 1 b1 22 2 c RRC12 4 fc Cb1 Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BỘ LỌC.
22. S K L 0 0 2 1 5 4