Tài liệu xử lý số tín hiệu pdf

Xử lý tín hiệu sốTrong những hệ thống điều khiển số, những công việc sau luôn hiện hữu: + Chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số hệ thống thu nhận dữ liệu + Chuyển đổi từ tín

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

BÁO CÁO ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

ĐỀ TÀI : TRÌNH BÀI VÀ MINH HỌA PHƯƠNG PHÁP XỬ

LÝ SỐ

1 www.themegallery.com

Định nghĩa

- Tín hi u (signal) ệ dùng đ ch m t đ i l ể ỉ ộ ạ ượ ng v t lý mang tin t c ậ ứ

- V m t toán h c, ta có th mô t tín hi u nh là m t hàm theo bi n th i gian, không gian hay các bi n đ c ề ặ ọ ể ả ệ ư ộ ế ờ ế ộ

l p khác ậ

VD: x(t ) = 20t2 s( x, y) = 3x + 5xy + y2

- X lý tín hi u (signal processing): ử ệ Các công vi c hay các phép toán đ ệ ượ c th c hi n trên tín hi u nh m đ t m t ự ệ ệ ằ ạ ộ

m c đích nào đó ụ

Xử lý tín hiệu số

Trong những hệ thống điều khiển số, những công việc sau luôn hiện hữu:

+ Chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số ( hệ thống thu nhận dữ liệu) + Chuyển đổi từ tín hiệu số sang tín hiệu tương tự (hệ thống phân phối dữ liệu)

Định nghĩa

- Phân lo i tín hi u ạ ệ

Các hệ thống xử lý tín hiệu

+ Tín hi u s d l u tr , v n chuy n và sao l u ệ ố ễ ư ữ ậ ể ư

Nh ượ c đi m : ể

+ Khó th c hi n đ i v i các tín hi u có t n s cao ự ệ ố ớ ệ ầ ố

 Tín hi u s d dàng l u tr , có th truy n đi xa và có th đ ệ ố ễ ư ữ ể ề ể ượ ử c x lý t xa ừ

 Th c hi n các thu t toán x lý tín hi u tinh vi ph c t p ự ệ ậ ử ệ ứ ạ

 Trong m t vài tr ộ ườ ng h p, x lý s r h n x lý t ợ ử ố ẻ ơ ử ươ ng t ự

 Giá thành th p h n là do các ph n c ng s r h n, ho c là do tính m m d o trong x lý s ấ ơ ầ ứ ố ẻ ơ ặ ề ẻ ử ố

 H n ch v t c đ ho t đ ng c a các b chuy n đ i A/D và b x lý s DSP ạ ế ề ố ộ ạ ộ ủ ộ ể ổ ộ ử ố

Các h th ng x lý tín hi u ệ ố ử ệ

- ng d ng c a DSP Ứ ụ ủ

Các h th ng x lý tín hi u ệ ố ử ệ

- Ví d v x lý tín hi u s ụ ề ử ệ ố

Các h th ng x lý tín hi u ệ ố ử ệ

Bi n đ i A/D ế ổ

B chuy n đ i A/D th c t ộ ể ổ ự ế

Xử lý tín hiệu số

• Cách ly: đường tín hiệu chỉ đi một chiều, do đó mạch này bảo vệ bộ điều khiển khỏi

sự ảnh hưởng của những xung điện do phụ tải tạo nên.

Các phụ tải tạo xung gây hại bộ điều khiển

Khi hoạt động thì gây ra dòng điện cảm ứng

Một số hình ảnh thực tế

Hình ảnh thực tế

2.Lấy mẫu

 Trong xử lý tín hiệu, lấy mẫu là chuyển đổi một tín hiệu liên tục thành một tín hiệu rời rạc Một ví dụ

phổ biến là việc chuyển đổi của một sóng âm thanh (một tín hiệu liên tục) thành một chuỗi các mẫu (một tín hiệu thời gian rời rạc).

 Một mẫu chứa một giá trị hoặc tập hợp các giá trị tại một điểm trên trục thời gian (và/hoặc không gian).

- Để rút ra những thông tin quan trọng của tín hiệu được đo (tín hiệu tương tự)

- Với những thông tin đã có, bộ điều khiển số có thể xử lý và tái tạo lại tín hiệu gốc ban đầu

2 Lấy mẫu

 Để lấy mẫu, công tắc được đóng lại trong một khoảng thời gian đủ để tụ

nạp đến giá trị Khi công tắc được nhả ra, giá trị điện thế được giữ nguyên.

 Thời gian công tắc đóng lại (t) được xác định như sau ( trong khoảng thời

gian này, tụ có thể nạp đến 99% giá trị

2.Lấy mẫu

2 Lấy mẫu

một giây, hoặc fs=1/T Tỷ lệ lấy mẫu được đo bằng hertz hoặc số mẫu/giây.

hoàn hảo).

2 Lấy mẫu

T t c thông tin c a tín hi u g c có th đ ấ ả ủ ệ ố ể ượ c ph c h i n u nó đ ụ ồ ế ượ ấ c l y m u v i t n s ( ) l n g p ít nh t ẫ ớ ầ ố ớ ấ ấ

2 l n t n s cao nh t trong tín hi u g c ầ ầ ố ấ ệ ố

Th i gian l y m u : ờ ấ ẫ

Đạt được giá trị của tín hiệu sau mỗi khoảng thời gian Ts giây

- Giá trị Ts được xác định bởi sự thay đổi nhanh, chậm của tín hiệu (tần số)

- Ts được chọn theo định lý lấy mẫu của Nyquyst

2.Lấy mẫu

-Định lý lấy mẫu Nyquys phát biểu:

2 Lấy mẫu

cần thiết), theo đó có thể tái lập hoàn hảo tín hiệu

toàn từ phiên bản mẫu của nó, nếu tỷ lệ lấy mẫu lớn hơn gấp đôi tần số tối đa (fs>2fmax)

CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU

 CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU SỐ - TƯƠNG TỰ

Bộ chuyển đổi số -tương tự dùng để chuyển tín hiệu ở dạng số sang dạng tương tự

Chuyển đổi số sang tương tự là tiến trình lấy một giá trị được biểu diễn dưới dạng mã số ( digital code ) và chuyển đổi nó thành mức điện thế hoặc dòng điện tỉ lệ với giá trị số

www.themegallery.com 28

CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU SỐ - TƯƠNG TỰ

8

2

f out

f LSB

f MSB

FS MSB

R

R R

R R

CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU SỐ - TƯƠNG TỰ

www.themegallery.com

Kiểu mạng R-2R

DAC với thang điện trở R-2R khắc phục được một số nhược điểm của DAC kiểu tầng điện trở

Các DAC theo thang điện trở phải dùng số điện trở khá lớn Nhưng bù lại độ chính xác và tính ổn định của tín hiệu ra được đảm bảo tốt hơn

8

2

f out

f LSB

f MSB

R

R R

R R

CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU

 CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU TƯƠNG TỰ - SỐ

Bộ chuyển đổi tương tự - số dùng để chuyển tín hiệu ở dạng tương tự sang dạng số

Quá trình lượng tử hoá về bản chất là quá trình làm tròn số được thực hiện theo nguyên tắc so sánh, tín hiệu cần chuyển đổi được so sánh với một đơn vị chuẩn

Mã hoá là quá trình xắp xếp lại kết quả đã lượng tử theo một quy luật nhất định tuỳ thuộc vào loại mã yêu cầu ở đầu ra bộ biến đổi (có thể là mã nhị phân hoặc mã hexa)

www.themegallery.com 31

CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU TƯƠNG TỰ - SỐ

www.themegallery.com

Kỹ thuật đếm nhị phân

Phiên bản đơn giản nhất của lớp ADC : sử dụng bộ đếm nhị phân làm thanh ghi và cho phép xung nhịp đẩy bộ đếm tăng mỗi

một bước, cho đến khi Vr > VA Đây gọi là ADC sóng dạng bậc thang, vì dạng sóng tại Vr có từng bậc đi lên Người ta còn gọi

là ADC loại bộ đếm nhị phân.

32

CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU TƯƠNG TỰ - SỐ

www.themegallery.com

Kỹ thuật gần đúng liên tiếp

Khởi đầu mạch ghi ở trạng thái Reset, sau đó mạch điều khiển kích thích để bít lớn nhất xuất hiện Khi đó sẽ xảy ra một trong hai trường hợp:

Nếu UDAC > Ua thì bít này được bỏ qua (vẫn thiết lập "0") Nếu UADC < Ua thì bít này được duy trì (thiết lập "1") Sau đó lại kích thích để bít kế tiếp xuất hiện, và công việc so sánh cứ tiếp tục đến khi UDAC = Ua thì quá trình chuyển đổi kết thúc.

33

CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU TƯƠNG TỰ - SỐ

www.themegallery.com

Điện thế chuẩn từng nấc tạo bởi mạch DAC có thể thay thế bởi điện

thế tham chiếu có dốc lên liên tục tạo bởi mạch tạo tín hiệu dốc lên

Kỹ thuật đường dốc đơn

34

CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU TƯƠNG TỰ - SỐ

CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU TƯƠNG TỰ - SỐ

www.themegallery.com

Kỹ thuật song song

Mạch biến đổi song song có ưu điểm là tốc độ chuyển đổi nhanh

Khi va < Vr /10, các ngã ra mạch so sánh đều lên cao khiến mã số ra là 000Khi Vr /10< va < 2Vr /10, ngã ra mạch so sánh 1 xuống thấp khiến mã số ra là 001Khi 2Vr /10< va < 3Vr /10 ngã ra mạch so sánh 2 xuống thấp khiến mã số ra là 010

Cứ như thế , ta thấy mã số ra tỷ lệ với điện thế tương tự vào

36

Thanks for watching