Chương trình Bồi dưỡng công nghệ mới Thiết kế bộ lọc số

1

Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội
tổng cục dạy nghề
_______________








Chương trình Bồi dưỡng công nghệ mới
Thiết kế bộ lọc số
(Dùng bồi dưỡng nâng cao năng lực cho GVDN)










Hà Nội, năm 2009
2


Contents

MÔDUL: TÍN HIỆU VÀ HỆ THỐNG SỐ 23

TÍN HIỆU SỐ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN TÍN HIỆU SỐ 23

A.

Lý thuyết 23

1.

Tín hiệu số và biểu diễn tín hiệu số 23

2.

Một số dãy tín hiệu rời rạc cơ bản 25

3.

Một số khái niệm cơ bản 27

4.

Một số phép tính trên tín hiệu rời rạc 28

B.

Thực hành 28

1.

Giới thiệu về Matlab 28

2.

Khởi động và làm việc trong Matlab 29

3.

Các lệnh thông dụng trong Matlab 31

4.

Biểu diễn và biến đổi tín hiệu số trong Matlab 33

C.

Bài tập 43

Bài tập kết hợp với Matlab 43

HỆ THỐNG TUYẾN TÍNH BẤT BIẾN THỜI GIAN LTI 46

A. Lý thuyết 46

1. Hệ thống tuyến tính bất biến LTI 46

2.

Hệ thống tuyến tính bất biến nhân quả 49

3. Hệ thống tuyến tính bất biến ổn định 50
4.

Phương trình sai phân tuyến tính hệ số hằng (PT-SP-TT-HSH) 51

B. Thực hành 57

1. Hệ thống tuyến tính bất biến 57

2. Khảo sát các tính chất của hệ thống tuyến tính bất biến 60

C.

Bài tập 66

1.

Bài tập củng cố lý thuyết 66

2.

Một số bài tập với Matlab 68

BIẾN ĐỔI Z 69

A. Lý thuyết 69

1. Biến đổi Z 69

2. Biến đổi Z ngược 71

3

3. Các tính chất của biến đổi Z 74

4.

Biểu diễn hệ thống trong miền Z 75

B. Thực hành 86

1. Bài tập củng cố lý thuyết 86

2. Bài tập với Matlab 87

C.

Bài tập 93

BIỂU DIỄN TÍN HIỆU VÀ HỆ THỐNG RỜI RẠC TRÊN MIỀN TẦN SỐ
LIÊN TỤC 96

A. Lý thuyết 96

1. Biến đổi Fourier của tín hiệu rời rạc trong miền tần số liên tục 96

2. Biến đổi Fourier ngược 105

3. Các tính chất của biến đổi Fourier 106

4. Biểu diễn tín hiệu và hệ thống rời rạc trong miền tần số liên tục 107

B. Thực hành 110

1. Bài tập củng cố lý thuyết 112

2.Bài tập với Matlab 113

C.

Bài tập 129

MÔDUL: THIẾT KẾ BỘ LỌC SỐ 131

BIỂU DIỄN TÍN HIỆU VÀ HỆ THỐNG RỜI RẠC TRÊN MIỀN TẦN SỐ
RỜI RẠC 131

A.

Lý thuyết 131

1.

Biến đổi Fourier thời gian rời rạc 131

2.

Các tính chất của phép biến đổi Fourier tần số rời rạc đối với các dãy
có chiều dài hữu hạn. 133

3.

Tích chập phân đoạn 135

4.

Khôi phục biến đổi Z và biến đổi Fourier từ DFT 138

B.

Thực hành 139

Bài tập với Matlab 139

C. Bài tập 156
BIẾN ĐỔI FOURIER NHANH(FFT) VÀ PHÂN TÍCH PHỔ 160

A.

Lý thuyết 160

1.

Độ phức tạp tính toán của DFT 160

2. Thuật toán FFT cơ số 2 phân chia theo thời gian ( FFT – R
2
) 162

4

B.

Thực hành 168

1.Nhân chập nhanh dùng FFT 169

2.Phân tích phổ dùng FFT 169

3. Dùng FFT để tính mật độ phổ công suất của tín hiệu nhiễm tạp âm 171

C.

Bài tập 173

THIẾT KẾ BỘ LỌC SỐ CÓ ĐÁP ỨNG XUNG CHIỀU DÀI HỮU HẠN FIR
175

A.

Lý thuyết 175

1.

Bộ lọc số FIR 175

2.

Các đặc trưng của bộ lọc FIR pha tuyến tính 176

3.

Đáp ứng tần số của các bộ lọc FIR pha tuyến tính 181

4.

Tổng hợp bộ lọc FIR có pha tuyến tính sử dụng phương pháp cửa sổ.
186

B.

Thực hành 192

1.Thiết kế các mạch lọc số FIR dùng các hàm cửa sổ 194
2.Thiết kế mạch lọc số FIR thông dải và chặn dải 198

C.

Bài tập 205

THIẾT KẾ BỘ LỌC SỐ CÓ ĐÁP ỨNG XUNG CHIỀU DÀI VÔ HẠN IIR
207

A.

Lý thuyết 207

1.Cơ sở tổng hợp bộ lọc số IIR 208

2.Phương pháp bất biến xung 209

3.Phương pháp biến đổi song tuyến 212

4. Bộ lọc tương tự Butterworth 214

5. Bộ lọc tương tự Chebyshev 215

B.

Thực hành 218

Thiết kế mạch lọc số IIR dùng Matlab 218

C.

Bài tập 228

Phụ lục A: Giới thiệu về Matlab 230
PHỤ LỤC B: CÁC HÀM THƯ VIỆN THÔNG DỤNG TRONG TOOLBOX
- DSP / XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ 244



5


6

NỘI DUNG CỦA CHƯƠNG TRÌNH
1. Thông tin chung

CHƯƠNG TRÌNH BỒI DƯỠNG CÔNG NGHỆ
MỚI:
THIẾT KẾ BỘ LỌC SỐ
SỐ LƯỢNG
MÔ ĐUN 02
Tên công
nghệ
Thiết kế bộ lọc số Thuộc nghề: Điện tử
Thời gian
120 giờ
Đối tượng
Giáo viên dạy nghề
Mục tiêu
chung



- Về kiến thức:

+ Các phương pháp biểu diễn, xử lý tín hiệu số
+ Biểu diễn tín hiệu và hệ thống trong miền biến số phức Z
+ Biểu diễn tín hiệu và hệ thống trong miền tần số liên tục
+ Biểu diễn tín hiệu và hệ thống trong miền tần số rời rạc k
+ Thiết kế bộ lọc số có đáp ứng xung chiều dài hữu hạn FIR

+ Thiết kế bộ lọc số có đáp ứng xung chiều dài vô hạn IIR
+ So sánh ưu nhược điểm giữa các phương pháp thiết kế bộ
lọc số
- Về kỹ năng:

+ Phân tích, lựa chọn phương pháp thiết kế bộ lọc số tối ưu
theo yêu cầu thực tế
+ Sử dụng phần mềm Matlab để biểu diễn, thiết kế, đánh
giá các tham số các bộ lọc số
- Về thái độ

+ Tích cực học tập, rèn luyện, cập nhật kiến thức công
nghệ mới của nghề
+ Vận dụng phương pháp dạy học hiện đại, tích cực hoá tư
duy người học vào quá trình dạy học.

7

2. Danh mục và phân bổ thời gian cho các mô đun


THỜI GIAN (GIỜ)
STT

TÊN MÔ ĐUN
LT TH TỔNG

1 TÍN HIỆU VÀ HỆ THỐNG SỐ 30 42 72
2 THIẾT KẾ BỘ LỌC SỐ 18 30 48

3. Cấu trúc mô đun

THỜI GIAN (GIỜ)

MÃ MÔ
ĐUN
XLS01
TÊN MÔ ĐUN
TÍN HIỆU VÀ HỆ THỐNG SỐ
LT
30
TH
42
TỔN
G
72
Mục tiêu
mô đun
Sau khi học xong mô đun này, học viên có thể:
- Hiểu phương pháp biểu diễn tín hiệu số, các phép toán trên tín
hiệu số.
- Hiểu tính chất của các hệ thống tuyến tính bất biến, ổn định và
nhân quả.
- Phương trình sai phân tuyến tính hệ số hằng
- Biểu diễn tín hiệu và hệ thống trong miền Z, tần số liên tục và
tần số rời rạc k.
- Khảo sát tính chất của tín hiệu và hệ thống trên các miền biến
số phức, tần số liên tục và tần số rời rạc k.
- Sử dụng phần mềm Matlab biểu diễn, biến đổi tín hiệu số,
khảo sát các đặc trưng của tín hiệu và hệ thống số.
Điều kiện
đầu vào
- Giáo viên dạy nghề điện, điện tử có trình độ từ cao đẳng
sư phạm kỹ thuật điện, điện tử hoặc cao đẳng kỹ thuật điện,

điện tử trở lên, đã và đang tham gia giảng dạy tại các cơ sở dạy
8

nghề trong cả nước.
Đề cương
nội dung
I. Tín hiệu số và các phương pháp biểu diễn tín hiệu số
1. Tín hiệu số và biểu diễn tín hiệu số
2. Một số dãy tín hiệu rời rạc cơ bản
3. Một số khái niệm
3.1. Dãy tuần hoàn
3.2. Dãy có chiều dài hữu hạn
3.3. Dãy năng lượng và dãy công suất
4. Một số phép tính trên tín hiệu rời rạc
4.1. Tổng của hai dãy
4.2. Tích của hai dãy
4.3. Trễ (dịch)
II. Hệ thống tuyến tính bất biến thời gian (LTI)
1. Biểu diễn hệ thống
2. Đáp ứng xung
3. Hệ thống tuyến tính bất biến LTI
4. Hệ thống ổn định
5. Hệ thống nhân quả
6. Ghép nối giữa các hệ thống tuyến tính
7. Phương trình sai phân tuyến tính hệ số hằng
III. Biến đổi Z
1. Biến đổi Z
2. Biến đổi Z ngược
3. Các tính chất của biến đổi Z
4. Biểu diễn hệ thống trong miền Z

IV. Biểu diễn tín hiệu và hệ thống rời rạc trên miền tần
9

số liên tục
1. Biến đổi Fourier trong miền tần số liên tục của tín hiệu
rời rạc
2. Biến đổi Fourier ngược
3. Các tính chất của biến đổi Fourier
4. Biểu diễn tín hiệu và hệ thống trong miền tần số liên tục
V. Biểu diễn tín hiệu và hệ thống rời rạc trên miền tần số
rời rạc
1. Biến đổi Fourier thời gian rời rạc
1.1. Biến đổi Fourier rời rạc đối với dãy tín hiệu tuần hoàn
có chu kỳ N
1.2. Biến đổi Fourier rời rạc đối với các dãy không tuần
hoàn có chiều dài hữu hạn
2. Các tính chất của phép biến đổi Fourier trên miền tần số
rời rạc
3. Biểu diễn tín hiệu và hệ thống trong miền tần số rời rạc
Đánh giá
kết quả
Sau khi kết thúc mô đun, học viên phải thực hiện một bài kiểm
tra trên máy tính: biểu diễn tín hiệu và hệ thống trong miền thời
gian và tần số. Khảo sát các tính chất của tín hiệu và hệ thống
trong miền thời gian và tần số.
- Phòng học dạng phòng LAB có trang bị máy tính
- 15 máy vi tính các nhân cho học viên (một hoặc hai học
viên trên một máy).
- 1 máy vi tính cho giáo viên.
- 1 máy chiếu projector và phông chiếu đồng bộ.

- Phần mềm Matlab
Các nguồn
lực cần thiết
để dạy và
học mô đun
- 1 bảng fooc trắng (1200 x 2000) + 03 hộp bút dạ viết
bảng các màu (xanh, đen, đỏ).
10

- 15 bộ tài liệu học tập về xử lý tín hiệu số trên phần mềm
Matlab (mỗi học viên một bộ).
- Giấy, bút phát cho học viên.

THỜI GIAN (GIỜ)

MÃ MÔ
ĐUN
XLS02
TÊN MÔ ĐUN
THIẾT KẾ BỘ LỌC SỐ
LT
18
TH
30
TỔN
G
48
Mục tiêu
mô đun
Sau khi học xong mô đun này, học viên có thể:

- Hiểu khái niệm về các bộ lọc và các tiêu chuẩn bộ lọc
- Hiểu các phương pháp thiết kế các bộ lọc số và quy trình thiết
kế bộ lọc số
- Khảo sát phổ tần số, phổ năng lượng của tín hiệu
- Sử dụng các công cụ của phần mềm Matlab thiết kế các bộ lọc
số.
- Khảo sát các đặc tính của bộ lọc số đã thiết kế và ứng dụng bộ
lọc số để lọc tín hiệu.
Điều kiện
đầu vào
- Giáo viên dạy nghề điện, điện tử có trình độ từ cao đẳng
sư phạm kỹ thuật điện, điện tử hoặc cao đẳng kỹ thuật điện,
điện tử trở lên, đã và đang tham gia giảng dạy tại các cơ sở dạy
nghề trong cả nước.
Đề cương
nội dung
I. Biến đổi Fourier nhanh FFT và phân tích phổ
1. Các giải thuật FFT
2. Phương pháp tính trực tiếp DFT
3. FFT cơ số 2
4. Ứng dụng của các giải thuật FFT
II. Thiết kế bộ lọc số có đáp ứng xung chiều dài hữu
hạn FIR
11

1. Các tính chất tổng quát của bộ lọc số FIR
2. Các giai đoạn tổng hợp bộ lọc FIR
3. Các đặc trưng của bộ lọc FIR pha tuyến tính
4. Đáp ứng tần số của các bộ lọc FIR pha tuyến tính
5. Các phương pháp tổng hợp bộ lọc số FIR

III. Thiết kế bộ lọc số có đáp ứng xung chiều dài vô hạn
IIR
1. Thiết kế bộ lọc bằng phương pháp bất biến xung
2. Thiết kế bộ lọc bằng phép biến đổi song tuyến
3. Bộ lọc tương tự Butterworth
4. Bộ lọc tương tự Chebyshev

Đánh giá
kết quả
Sau khi kết thúc mô đun, học viên phải thực hiện một bài kiểm
tra trên máy tính: Thiết kế một bộ lọc số theo các chỉ tiêu kỹ
thuật cho trước
- Phòng học dạng phòng LAB có trang bị máy tính
- 15 máy vi tính các nhân cho học viên (một hoặc hai học
viên trên một máy).
- 1 máy vi tính cho giáo viên.
- 1 máy chiếu projector và phông chiếu đồng bộ.
- Phần mềm Matlab
Các nguồn
lực cần thiết
để dạy và
học mô đun
- 1 bảng fooc trắng (1200 x 2000) + 03 hộp bút dạ viết
bảng các màu (xanh, đen, đỏ).
- 15 bộ tài liệu học tập về xử lý tín hiệu số trên phần mềm
Matlab (mỗi học viên một bộ).
- Giấy, bút phát cho học viên.

4. Cấu trúc bài học (công việc)
12

MÔ ĐUN:TÍN HIỆU VÀ HỆ THỐNG SỐ

THỜI GIAN (GIỜ)
MÃ BÀI
HỌC
XLS01_01
TÊN BÀI HỌC
TÍN HIỆU SỐ VÀ CÁC
PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN
TÍN HIỆU SỐ
LT: 5 TH: 8
TS:
13
MỤC TIÊU:
Sau khi học xong bài này, học viên có thể:
- Hiểu các khái niệm cơ bản về tín hiệu rời rạc và tín hiệu số
- Biểu diễn tín hiệu số theo các phương pháp
- Sử dụng phần mềm Matlab để biểu diễn và biến đổi tín hiệu số
NỘI DUNG:
A. Lý thuyết
1. Tín hiệu số và biểu diễn tín hiệu số
2. Một số dãy tín hiệu rời rạc cơ bản
3. Một số khái niệm
1.1. Dãy tuần hoàn
1.2. Dãy có chiều dài hữu hạn
1.3. Dãy năng lượng và dãy công suất
4.Một số phép tính trên tín hiệu rời rạc
4.4. Tổng của hai dãy
4.5. Tích của hai dãy

4.6. Trễ (dịch)
B. Thực hành
1. Giới thiệu phần mềm Matlab
2. Khởi động và làm việc trong Matlab
3. Các lệnh thông dụng trong Matlab
13

4. Biểu diễn và biến đổi tín hiệu số trong Matlab

14


THỜI GIAN (GIỜ) MÃ BÀI
HỌC
XLS01-02
TÊN BÀI HỌC
HỆ THỐNG TUYẾN TÍNH
BẤT BIẾN THỜI GIAN LTI
LT: 7
TH:
10
TS:
17
MỤC TIÊU:
Sau khi học xong bài này, học viên có thể:
- Hiểu khái niệm hệ thống số
- Hiểu các tính chất của hệ thống số
- Mô phỏng một số hệ thống tuyến tính bất biến thời gian (LTI) đơn giản
và nghiên cứu các tính chất của chúng trên lĩnh vực thời gian.
NỘI DUNG:

A. Lý thuyết
1. Hệ thống tuyến tính bất biến LTI
2. Hệ thống tuyến tính bất biến nhân quả
3. Hệ thống tuyến tính bất biến ổn định
4. Phương trình sai phân tuyến tính hệ số hằng
B. Thực hành
1. Hệ thống tuyến tính bất biến
2. Khảo sát các tính chất của hệ thống tuyến tính bất biến



15


THỜI GIAN (GIỜ)
MÃ BÀI HỌC
XLS01-03
TÊN BÀI HỌC
BIẾN ĐỔI Z
LT: 6 TH: 6
TS:
12
MỤC TIÊU:
Sau khi học xong bài này, học viên có thể:
- Chuyển đổi cách biểu diễn tín hiệu từ miền thời gian rời rạc sang miền Z
và ngược lại
- Hiểu các tiêu chuẩn của hệ thống tuyến tính, bất biến, nhân quả và ổn định
trên miền Z
- Giải phương trình sai phân tuyến tính hệ số hằng trong miền Z
- Khảo sát tín hiệu và hệ thống rời rạc trong miền Z sử dụng phần mềm

Matlab
NỘI DUNG:
A. Lý thuyết
1. Biến đổi Z
2. Biến đổi Z ngược
3. Các tính chất của biến đổi Z
4. Biểu diễn hệ thống trong miền Z
B.Thực hành

1. Đánh giá biến đổi Z trên vòng tròn đơn vị
2. Phân tích biến đổi Z
3. Giản đồ điểm cực/điểm không
4. Xác định các điểm cực và điểm không
5. Khai triển biến đổi Z thành thừa số
6. Biến đổi Z ngược


16


THỜI GIAN (GIỜ)
MÃ BÀI
HỌC
XLS01-04
TÊN BÀI HỌC
BIỂU DIỄN TÍN HIỆU VÀ
HỆ THỐNG RỞI RẠC
TRÊN MIỀN TẦN SỐ
LIÊN TỤC
LT: 6

TH: 8
TS:
14
MỤC TIÊU:
Sau khi học xong bài này, học viên có thể:
- Biến đổi tín hiệu và hệ thống từ miền thời gian rời rạc sang miền tần số
liên tục
- Hiểu các tính chất của hệ thống trên miền tần số liên tục
- Khảo sát hệ thống LTI trên miền tần số bằng phần mềm Matlab
NỘI DUNG:
A. Lý thuyết
1. Biến đổi Fourier của tín hiệu rời rạc trong miền tần số liên tục
2. Biến đổi Fourier ngược
3. Các tính chất của biến đổi Fourier
4. Biểu diễn tín hiệu và hệ thống rời rạc trong miền tần số liên tục
4.1. Đáp ứng tần số
4.2. Các bộ lọc số lý tưởng
4.3. Các chỉ tiêu kỹ thuật của bộ lọc số thực tế
B. Thực hành
1. Tính toán đáp ứng tần số
2. Khảo sát các tính chất của biến đổi Fourier




17

THỜI GIAN (GIỜ)
MÃ BÀI
HỌC
XLS01-05
TÊN BÀI HỌC
BIỂU DIỄN TÍN HIỆU VÀ HỆ
THỐNG RỜI RẠC TRÊN
MIỀN TẦN SỐ RỜI RẠC
LT: 6
TH:
10
TS:
16
MỤC TIÊU:
Sau khi học xong bài này, học viên có thể:
- Biến đổi tín hiệu từ miền tần số rời rạc sang miền tần số
- khôi phục biến đổi Z và biến đổi Fourier từ DFT
-Biểu diễn tín hiệu và hệ thống trong miền tần số rời rạc
NỘI DUNG:
A. Lý thuyết
1. Biến đổi Fourier thời gian rời rạc
2.
Các tính chất của phép biến đổi Fourier tần số rời rạc đối với các dãy có
chiều dài hữu hạn.

3.
Tích chập phân đoạn

4.
Khôi phục biến đổi Z và biến đổi Fourier từ DFT

B. Thực hành
1. Tính toán DTFT
2. Khảo sát các tính chất của DTFT
2.1. Tính chất dịch chuyển về thời gian
2.2. Tính chất dịch chuyển về tần số
2.3. Tính chất điều chế
2.4. Tính chất ngược thời gian

18








MÔDUL: THIẾT KẾ BỘ LỌC SỐ

THỜI GIAN (GIỜ)
MÃ BÀI
HỌC
XLS02-01
TÊN BÀI HỌC
BIẾN ĐỔI FOURIER
NHANH VÀ PHÂN TÍCH
PHỔ

LT: 6
TH:
10
TS:
16
MỤC TIÊU:
Sau khi học xong bài này, học viên có thể:
-Hiểu được các thuật toán tính Fourier nhanh
-Áp dụng FFT để tính tích chập, phân tích phổ trên phần mềm Matlab
NỘI DUNG:
A. Lý thuyết
1. Độ phức tạp tính toán của DFT
2. Thuật toán FFT cơ số 2 phân chia theo thời gian
B. Thực hành
1. Nhân chập nhanh dùng FFT
2. .Phân tích phổ dùng FFT
3. Dùng FFT để tính mật độ phổ công suất của tín hiệu nhiễm tạp âm


19


THỜI GIAN (GIỜ)
MÃ BÀI
HỌC
XLS02-02
TÊN BÀI HỌC
THIẾT KẾ BỘ LỌC SỐ CÓ ĐÁP
ỨNG XUNG CÓ CHIỀU DÀI HỮU
HẠN FIR

LT:
6
TH:
10
TS:
16
MỤC TIÊU:
Sau khi học xong bài này, học viên có thể:
-Hiểu ý nghĩa các tham số của bộ lọc số
- Hiểu các phương pháp thiết kế bộ lọc số có đáp ứng xung chiều dài hữu
hạn FIR
-Thiết kế các bộ lọc số theo yêu cầu trên phần mềm Matlab với các hàm
cửa sổ khác nhau.
NỘI DUNG:
A. Lý thuyết
1. Bộ lọc số FIR
2. Các đặc trưng của bộ lọc FIR pha tuyến tính
3. Đáp ứng tần số của các bộ lọc FIR pha tuyến tính
4. Tổng hợp bộ lọc FIR có pha tuyến tính sử dụng phương pháp cửa sổ.
B. Thực hành
1. Thiết kế mạch lọc số FIR dùng các hàm cửa sổ
1.1. Cửa sổ Hanming và Hamming
1.2. Cửa sổ Blackman
1.3. Cửa sổ Kaiser
2. Thiết kế mạch lọc số FIR thông dải và chặn dải



20

THỜI GIAN (GIỜ)
MÃ BÀI HỌC
XLS02-03
TÊN BÀI HỌC
THIẾT KẾ BỘ LỌC SỐ
CÓ ĐÁP ỨNG XUNG CÓ
CHIỀU DÀI VÔ HẠN IIR
LT: 6
TH:
10
TS:
16
MỤC TIÊU:
Sau khi học xong bài này, học viên có thể:
- Hiểu các phương pháp thiết kế bộ lọc số có đáp ứng xung chiều dài vô hạn
-Thực hiện được các phương pháp thiết kế bộ lọc số có đáp ứng xung có
chiều dài vô hạn IIR
- Đánh giá ưu nhược điểm của từng phương pháp thiết kế
NỘI DUNG:
A. Lý thuyết
1. Cơ sở tổng hợp bộ lọc số IIR
2. Phương pháp bất biến xung
3. Phương pháp biến đổi song tuyến
4. Bộ lọc tương tự Butterworth
5. Bộ lọc tương tự Chebyshev
B. Thực hành
1. Thiết kế bộ lọc số từ mạch lọc Butterworth thông thấp

2. Thiết kế bộ lọc số IIR thông cao, thông dải và chặn dải
C. Kiểm tra kết thúc mô đun


21

H-íng dÉn sö dông ch-¬ng tr×nh

Chương trình bồi dưỡng "thiết kế bộ lọc số" được biên soạn theo cấu trúc
mô đun.
- Chương trình được giảng dạy dưới dạng tích hợp tại phòng máy tính
giáo viên hướng dẫn đến đâu, học viên thực hiện đến đó theo hướng đào tạo tiếp
cận bởi năng lực thực hiện. Yêu cầu phòng máy như sau:
+ Phòng học dạng phòng LAB có trang bị máy tính 15 máy vi tính cá
nhân cho học viên (một hoặc hai học viên trên một máy). (Ghi chú: Các
máy tính có cấu hình tối thiểu Chip Dual core 2.0Ghz, Ram 1Ghz, ổ CD
rom, ổ cứng còn trống 5Gb.)
+ 1 máy vi tính cho giáo viên.
+ 1 máy chiếu projector và phông chiếu đồng bộ.
+ 1 Bộ đĩa phần mềm Matlab 7.0 gồm 3 đĩa CD.
+ 1 bảng fooc trắng(1200 x 2000) + 03 hộp bút dạ viết bảng các màu
(xanh, đen, đỏ).
- Vật tư bao gồm:
- 15 bộ tài liệu học tập về Modul phát cho học viên (mỗi học viên một bộ).
- Giấy, bút phát cho học viên.
- Sau mỗi mô đun cần có các bài kiểm tra đánh giá năng lực của học viên. Các
bài kiểm tra đánh giá được thực hiện trực tiếp trên máy tính với thời gian nhất
định nhằm kiểm tra kiến thức và kỹ năng xây dựng, lập trình mô phỏng của học
viên.
- Học viên tham dự lớp học phải là giáo viên dạy nghề điện, điện tử có trình

độ từ cao đẳng sư phạm kỹ thuật điện, điện tử hoặc cao đẳng kỹ thuật điện, điện
tử trở lên, đang giảng dạy tại các cơ sở dạy nghề trong cả nước.
- Có kiến thức cơ bản về công nghệ thông tin đạt trình độ B tin học văn
phòng trở lên.
- Bài kiểm tra thứ nhất tiến hành sau khi hoàn thành modul XLS01-04, kiểm
tra khả năng biểu diễn, khảo sát các tính chất của tín hiệu và hệ thống của học
viên trên phần mềm Matlab. Thời gian kiểm tra cho mỗi học viên 45 phút. Trọng
số điểm 40%.
22

- Bài kiểm tra thứ hai thực hiện sau khi kết thuc modul XLS02-03, đánh giá
được thực hiện trực tiếp trên máy tính với thời gian 60 phút nhằm kiểm tra kiến
thức và kỹ năng của học viên về phân tích phổ của tín hiệu, thiết kế bộ lọc số
theo yêu cầu cho trước. Trọng số điểm 60%.

Hµ Néi, th¸ng 06 n¨m 2009

23

MÔDUL: TÍN HIỆU VÀ HỆ THỐNG SỐ
THỜI GIAN (GIỜ)
MÃ SỐ BÀI HỌC

XLS01-01
TÊN BÀI HỌC
TÍN HIỆU SỐ VÀ CÁC
PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN
TÍN HIỆU SỐ
LT: 5 TH:8 TS:13
MỤC TIÊU:

Sau khi học xong bài này, học viên có thể:
- Hiểu các khái niệm cơ bản về tín hiệu rời rạc và tín hiệu số
- Biểu diễn tín hiệu số theo các phương pháp
- Sử dụng phần mềm Matlab để biểu diễn và biến đổi tín hiệu số

NỘI DUNG:

A. Lý thuyết
1. Tín hiệu số và biểu diễn tín hiệu số
Định nghĩa:
Tín hiệu:
Tín hiệu là một đại lượng vật lý chứa thông tin (information). Về mặt
toán học, tín hiệu được biểu diễn bằng một hàm của một hay nhiều biến độc
lập.
Ví dụ: - Tín hiệu âm thanh là dao động cơ học lan truyền trong không khí,
mang thông tin truyền đến tai. Khi biến thành tín hiệu điện (điện áp hay dòng
điện) thì giá trị của nó là một hàm theo thời gian.
- Tín hiệu hình ảnh tĩnh hai chiều được đặc trưng bởi một hàm cường
độ sáng của hai biến không gian. Khi biến thành tín hiệu điện, nó là hàm một
biến thời gian.
Để thuận tiện, ta qui ước (không vì thế mà làm mất tính tổng quát) tín
hiệu là một hàm của một biến độc lập và biến này là thời gian (mặc dù có khi
không phải như vậy, chẳng hạn như sự biến đổi của áp suất theo độ cao).
24

Giá trị của hàm tương ứng với một giá trị của biến được gọi là biên độ
(amplitude) của tín hiệu. Ta thấy rằng, thuật ngữ biên độ ở đây không phải là
giá trị cực đại mà tín hiệu có thể đạt được.
Phân loại tín hiệu:
Tín hiệu được phân loại dựa vào nhiều cơ sở khác nhau và tương ứng có các

cách phân loại khác nhau. Ở đây, ta dựa vào sự liên tục hay rời rạc của thời
gian và biên độ để phân loại. Có các loại tín hiệu như sau:
- Tín hiệu tương tự (Analog signal): thời gian liên tục và biên độ cũng liên
tục.
- Tín hiệu lượng tử hóa (Quantified signal): thời gian liên tục và biên độ
rời rạc. Đây là tín hiệu tương tự có biên độ đã được rời rạc hóa.
- Tín hiệu rời rạc (Discrete signal): Là tín hiệu được biểu diễn bởi hàm của
các biến rời rạc.
+ Tín hiệu lấy mẫu: Hàm của tín hiệu rời rạc là liên tục (không được lượng tử
hoá)
+ Tín hiệu số: Hàm của tín hiệu rời rạc là rời rạc. Tín hiệu số là tín hiệu được
rời rạc cả biên độ và biến số
Các loại tín hiệu trên được minh họa trong Hình 1 .
25


Hình 1: Các loại tín hiệu
Nhận xét: Do tín hiệu số là một trường hợp đặc biệt của tín hiệu rời rạc nên các
phương pháp xử lí tín hiệu rời rạc đều hoàn toàn được áp dụng cho xử lí tín hiệu
số.
2. Một số dãy tín hiệu rời rạc cơ bản
2.1. Tín hiệu xung đơn vị (Unit inpulse sequence):
Đây là một dãy cơ bản nhất, ký hiệu là δ(n) , được định nghĩa như sau:
1, 0
0,
( )
0
n
n
nδ =

=


≠


( )
n
δ
được biểu diễn bằng đồ thị như Hình 2,a
Nhận xét: Một tín hiệu rời rạc bất kỳ có thể biểu diễn bởi công thức:
( ) ( ) ( )
k
x n x k n k
δ
+∞
=−∞
= −
∑

2.2. Dãy chữ nhật
Dãy chữ nhật được kí hiệu là rect
N
(n) (Hình 2,b) và được định nghĩa như
sau: