Ứng dụng điện toán đám mây di động trong giảng dạy dsp tại trường đại học bách khoa tp hcm

Xây dựng Lab ảo DSP V-DSP Lab trực tuyến trên đám mây, cho phép tương tác với các thí nghiệm mô phỏng DSP ảo sử dụng phần mềm Matlab, LabVIEW,…từ xa thông qua web trên máy tính hay các t

-

BÙI THẾ CƯỜNG

ỨNG DỤNG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY

DI ĐỘNG TRONG GIẢNG DẠY DSP TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2013

………

………

………

………

………

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS VÕ NGUYỄN QUỐC BẢO ………

………

………

………

………

………

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS HOÀNG MINH TRÍ ………

………

………

………

………

………

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 30 tháng 12 năm 2012

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 PGS.TS LÊ TIẾN THƯỜNG

2 TS VÕ NGUYỄN QUỐC BẢO

3 TS HOÀNG MINH TRÍ

4 TS HOÀNG TRANG

5 TS HỒ TRUNG DŨNG

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tích Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

Họ tên học viên: BÙI THẾ CƯỜNG MSHV: 11140004

Ngày, tháng, năm sinh: 22/07/1983 Nơi sinh: Phú Yên Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số : 605270

I TÊN ĐỀ TÀI: Ứng dụng điện toán đám mây di động trong giảng dạy DSP tại

Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Giải pháp ứng dụng điện toán đám mây cho

việc giảng dạy DSP tại ĐH Bách Khoa TP HCM

1 Tương tác lớp học DSP với các tiện ích trên web như chia sẽ tài liệu, thông

tin giao tiếp lớp học DSP, lịch và đăng ký phòng thí nghiệm, các dịch vụ

đám mây công cộng (Goolge sites, Goolge docs, SkypeDrive, …)

2 Xây dựng Lab ảo DSP (V-DSP Lab) trực tuyến trên đám mây, cho phép

tương tác với các thí nghiệm mô phỏng DSP ảo sử dụng phần mềm Matlab,

LabVIEW,…từ xa thông qua web trên máy tính hay các thiết bị di động

(iOS, Android)

3 Xây dựng Lab DSP từ xa (R-DSP Lab) trực tuyến trên web, cho phép truy

cập, tương tác với các thiết bị thí nghiệm, phần mềm phát triển ứng dụng

DSP trên các kit DSP

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 24/06/2013

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/12/2013………

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): PGS.TS LÊ TIẾN THƯỜNG

Tôi xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến PGS.TS Thầy Lê Tiến Thường đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình từ tiếp cận, định hướng nghiên cứu đề tài đến việc thực hiện Luận Văn này

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Quý Thầy Cô chuyên ngành Cao học Kỹ Thuật Điện Tử - Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh đã hết lòng giảng dạy, truyền đạt kiến thức và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập tại Trường

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Phòng Đào Tạo Sau Đại Học, Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, đã tạo điều kiện tốt cho tôi về trang thiết bị và tài liệu học tập trong suốt khóa học

Tôi cũng xin chân thành cám ơn đến các bạn học viên cao học K2011, K2012 và gia đình đã ủng hộ, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện Luận Văn này

TP.HCM, ngày 05 tháng 12 năm 2013

KS Bùi Thế Cường

Nowaday, Smart mobile devices such as laptop, smart phone and tablets have been become the most common and essential in life, especially in student’s activities The new trend and advantages of Mobile Cloud Computing (MCC) has been triggering the development of engineer education into a new era of online education and remote education models using internet

Interacting MCC in DSP education, especially to embed DSP lab with DSP Kit and Instrument devices online over web access has been considering as an advance approach to improve efficiently in teaching and studying DSP course with several samples of utilities such as: share materials, information and implement DSP simulation and real application lab over internet The benefit from this approach is that it will create a new way to attract students in studying DSP and students will have more support and resources to get understood and practices DSP knowledge A further plan is to improve current education model to make remote DSP lab model over internet and to allow session from web browser

Ngày nay, các thiết bị di động thông minh như máy tính xách tay, điện thoại thông minh và máy tính bảng trở nên phổ biến và thiết yếu trong sinh viên Sự nổi

lên của khái niệm “Điện Toán Đám mây di động” (Mobile Cloud Computing:

MCC) đã và đang thúc đẩy sự phát triển của môi trường giáo dục khoa học và kỹ thuật sang một kỷ nguyên mới của các mô hình giáo dục trực tuyến và giáo dục từ

xa thông qua mạng internet

Việc tương tác kỹ thuật MCC trong giảng dạy môn Xử lý tín hiệu số (DSP), đặc biệt là thực thi phòng lab DSP trực tuyến trên đám mây tại trường Đại học Bách Khoa Tp HCM được xem xét sẽ phát huy tính hiệu quả thông qua khả năng tương tác chia sẽ tài liệu, thông tin đa phương tiện và một phần quan trọng thiết thực trong giáo dục khoa học và kỹ thuật là cho phép việc thực hành thí nghiệm tương tác với các thiết bị, dụng cụ của phòng lab từ xa qua đám mây di động mọi lúc mọi nơi Ngoài ra, với tính sẵn sàng, mở rộng, linh động, tiết kiệm chi phí đầu tư cơ sở hạ tầng, việc tương tác này sẽ tạo điều kiện cho việc mở rộng quy mô và chương trình giảng dạy, thông qua đó khích lệ sự quan tâm của sinh viên đối với môn học DSP, cũng như việc thực hành thí nghiệm mô phỏng và thực tiễn, thông qua đó, gớp phần phát huy tính sáng tạo, phong trào nghiên cứu các ứng dụng thực tiễn trong sinh viên, tiến đến cải tiếnmột mô hình giáo dục từ xa qua điện toán đám mây di động

Từ khóa: Xử lý số tín hiệu (DSP), Điện toán đám mây (Mobile Cloud computing), iOS, android, icloud, Amazon, Google, Wifi, 3G, WiMax (4G)

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng luận văn này là sản phẩm do chính tôi tự thực hiện, không có

sự sao chép kết quả trong bất cứ tài liệu hay bài báo nào đã công bố trướcđây Tôi

xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với những lời cam đoan nói trên

TPHCM, ngày 05 tháng 12 năm 2013

Ký tên

Bùi Thế Cường

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

iii

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN iii

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO iii

TRƯỞNG KHOA….……… iii

ABSTRACT v DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ x

DANH SÁCH CÁC BẢNG xiii

TÊN CÁC TỪ VIẾT TẮT xiv

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1

1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Thực trạng giảng dạy môn DSP tại Đại học Bách Khoa TP HCM 2

1.3 Các giải pháp cải tiến giáo dục tiên tiến được ứng dụng tại các trường Đại học trong nước và trên thế giới 5

1.4 Nhận xét các ưu và khuyết điểm của các giải pháp cải tiến giáo dục 10

1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 11

1.6 Đóng góp của đề tài 12

1.7 Bố cục của đề tài 13

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ VÀ PHẦN MỀM THÍ NGHIỆM DSP 15 2.1 Công cụ mô phỏng DSP sử dụng phần mềm Matlab 15

2.2 Giới thiệu các bộ Kít phát triển DSP C6000 và C5000 DSK 19

2.3 Code Composer Studio (CCS) 22

2.4 Giới thiệu LabView trong việc thí nghiệm các ứng dụng DSP 24

2.5 Bộ công cụ LabVIEW DSP cho TI DSP DSK 28

2.6 Các thiết bị thí nghiệm khác: 33

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 34

3.1 Giới thiệu Điện toán đám mây 34

3.3 Các lớp dịch vụ ứng dụng của Điện toán đám mây 36

3.4 Các loại mô hình triển khai Điện toán đám mây 40

3.5 Các tính năng chính, lợi ích và các thách thức của điện toán đám mây 41

3.6 Xây dựng hạ tầng ảo hóa trong điện toán đám mây 42

3.7 Xây dựng và quản lý máy ảo 49

CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP VÀ MÔ PHỎNG 51

4.1 Xây dựng webserver cho việc truy cập quản lý lớp học DSP 52

4.2 Quản trị cơ sở dữ liệu cho lớp học DSP 55

4.3 Xây dựng web DSP portal cho việc quản lý lớp học DSP trên mạng 57

4.4 Ảo hóa và nhúng các ứng dụng truy cập máy tính phòng thí nghiệm từ xa lên web cho V-DSP Lab và R-DSP Lab 60

4.5 Thực thi V-DSP Lab sử dụng phần mềm LabVIEW 69

4.6 Thực thi R-DSP Lab sử dụng phần mềm LabVIEW 70

4.7 Quản trị và bảo mật lớp học DSP trực tuyến từ xa qua mạng 72

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ ĐỀ TÀI 74

5.1 Trang web chính của lớp học DSP 74

5.2 Trang quản trị lớp học DSP 75

5.3 Trang giảng viên lớp học DSP 76

5.4 Trang học viên lớp học DSP 77

5.5 Trang người dùng khách 77

5.6 Truy cập R-DSP từ xa thông qua web 78

5.7 Truy cập V-DSP lab thông qua web 83

5.8 Tương tác các dịch vụ đám mây cho lớp học DSP 86

5.9 Kết quả quản lý truy cập và bảo mật an ninh cho lớp học DSP 87

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 89

6.1 Kết luận 89

6.2 Đề xuất hướng phát triển của đề tài 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

Hình 1.1: Các phòng thí nghiệm DSP truyền thống 3

Hình 1.2: Quy trình học và dạy môn DSP tại Đại Học Bách Khoa TP HCM 3

Hình 1.3: Ứng dụng CC trong chương trình giảng dạy của TS Lê Chí Thông 5

Hình 1.4: Lớp Cao học DSP tại website BKeL 6

Hình 1.5: Nhu cầu ứng dụng các thiết bị di động thông minh trong sinh viên 6

Hình 1 6 (a): Ứng dụng i-JDSP hay A-JDSP trên iOS 7

Hình 1.6 (b) Ứng dụng Matlab mobile trên điện thoại thông minh 7

Hình 1.7: Ứng dụng VMWare truy cập lab ảo thông qua ứng dụng client và web 8

Hình 1.8: Lab ảo cho thí nghiệm điện tại CMU 9

Hình 1.9: Lab thí nghiệm điện từ xa tại ĐH Adaho 10

Hình 1.10: Biểu diễn lab DSP từ xa 10

Hình 1.11: Mô hình tương tác MCC trong GD DSP 13

Hình 2.1: Giao diện công cụ SPTool trong Matlab cho thiết kế bộ lọc số 16

Hình 2.2: SPTool GUI: Signal Browser, FDATool, FVTool và Spectra Viewer 16

Hình 2.3: Đáp ứng tần số của bộ lọc đơn giản và bộ lọc IIR 18

Hình 2.4: Board C6711 DSK 20

Hình 2.5: Sơ đồ khối của C6713 DSK 20

Hình 2.6: Sơ đồ khối của mạch DSP C5510, C5515 DSK 21

Hình 2.7: Sơ đồ khối của công cụ CCS 22

Hình 2.8 Giao diện front panel và block diagram của LabVIEW 25

Hình 2.9 So sánh giữa một SubVI và chương trình con 26

Hình 2.10: các ứng dụng phân bố 27

Hình 2.11: Công cụ Web Publishing Tool trong 27

Hình 2.12: Kết nối VI từ xa bằng trình duyệt web 28

Hình 2.13: Mô hình LabVIEW DSP Tools cho TI DSP 29

Hình 2.14: Sơ đồ khối VI tự động mở CCS Project 30

Hình 2.15: Sơ đồ khối VI tải file out đến DSP board 31

Hình 2.16: Giao tiếp RTDX với Code DSP đích 32

Hình 3.1: Kiến trúc tổng quan điện toán đám mây di động 35

Hình 3.2: Mô hình tổng quan điện toán đám mây với các lớp hạ tầng và dịch vụ 36

Hình 3.3: Mô hình các dịch vụ điện toán đám mây 37

Hình 3.4: Phân loại mô hình điện toán đám mây 40

Hình 3.5: Các mô hình triển khai điện toán đám mây trên thị trường 41

Hình 3.6: Mô hình so sánh máy vật lý và mạng máy ảo 43

Hình 3.7: So sánh giữa kiến trúc Hosted và Hypervisor 44

Hình 3.8: Kiến trúc ảo hóa lưu trữ 46

Hình 3.9: Mô hình hạ tầng ảo hóa Desktop (VDI) 47

Hình 4.2a: Mô hình webserver cho việc truy cập lớp học DSP từ xa 53

Hình 4.2b: Giao diện quản trị web server sử dụng bộ công cụ XAMP và WAMP 54

Hình 4.3: Giao diện quản lý CSDL và cấu trúc dữ liệu người dùng lớp học DSP 55

Hình 4.4: Cấu trúc phân quyền người dùng lớp học DSP 56

Hình 4.5: Sơ đồ giải thuật truy cập lớp học DSP trên mạng 57

Hình 4.6: Sơ đồ khối các mô đun của lớp học DSP 58

Hình 4.7: Môđun liên kết với các dịch vụ đám mây công cộng 59

Hình 4.8: Mô hình lab DSP sẵn sàng cho sử dụng từ xa thông qua MCC 60

Hình 4.9: Mô hình xây dựng lab ảo sử dụng bộ công cụ VMware vSphere 60

Hình 4.10: Sơ đồ khối phần cứng máy host 61

Hình 4.11: Giao diện cài đặt máy ảo 62

Hình 4.12: Giao diện cài đặt vCenter, vSphere web client (server) 63

Hình 4.13: Truy cập Lab ảo Window 2008 thông qua web 64

Hình 4.14: Kiến trúc thực thi ảo hóa Desktop trong mô hình quản lý ảo hóa máy chủ 65

Hình 4.15: Sơ đồ khối VDI và giao diện quản lý desktop của bộ phận IT 65

Hình 4.16: Mô hình so sánh lưu trữ VDI và VMWARE View Composer 66

Hình 4.17: Mô hình quản lý truy cập từ xa qua mạng 66

Hình 4.18: Giao diện cấu hình VNC server trên máy tính phòng thí nghiệm 67

Hình 4.19: Minh họa việc ánh xạ port 5900 của VNC client lên port của web 68

Hình 4.20: Minh họa trang web truy cập từ xa đến các máy tính phòng thí nghiệm 68 Hình 4.21: Kho ứng dụng DSP VI sẵn có trong LabVIEW 69

Hình 4.22: Sơ đồ front panel và sơ đồ khối của DSP VI sẵn có 69

Hình 4.23: Giao diện truy cập từ web cho các LabVIEW DSP toolkit 70

Hình 4.24: LabView Project cho thực thi DSP ứng dụng lên Kit DSK 71

Hình 4.25: Kết nối kít phát triển DSP sử dụng CCS thông qua 72

Hình 4.26: Mô hình quản lý và bảo mật an ninh lớp học DSP trực tuyến từ xa 73

Hình 5.1: Trang chính lớp học DSP 74

Hình 5.2: Trang quản trị người dùng lớp học DSP 75

Hình 5.3: Trang quản lý lớp học DSP dành cho giảng viên 76

Hình 5.4: Trang học viên lớp học DSP 77

Hình 5.5: Giao diện trang khách với giới hạn quyền truy cập V-DSP lab 78

Hình 5.6: Giao diện chính của trang R-DSP lab 79

Hình 5.7a: Truy cập R-DSP lab từ web client tren Windows 80

Hình 5.7b: Truy cập R-DSP lab từ web client tren iPad (iOS), Android tablet 81

Hình 5.8a: R-DSP Lab và giao diện đồ họa LabVIEW tương tác với CCS, Kit DSP 5510, và các thiết bị thí nghiệm 82

Hình 5.8b: Giao diện tiện ích tải code lên Kit DSP từ xa đến phòng thí nghiệm 83

Hình 5.9b: Giao diện truy cập máy tính phòng thí nghiệm mô phỏng từ Laptop, iOS,

Android 84

Hình 5.9 c: Trang V-DSP với các link đến các VI mô phỏng DSP 85

Hình 5.9 d: Truy cập đến VI mô phỏng DSP IIR Comb Filter và Filter Blank 85

Hình 5.10: Website lớp học DSP trên đám mây Google Sites 86

Hình 5.11: Thu thập và tổng hợp thông tin lớp học DSP sử dụng google docs 86

Hình 5.12: Chia sẽ tài liệu điện tử DSP trên đám mây công cộng 87

Hình 5.13: Thực thi bảo mật VPN, NAT, … đến lớp học DSP trực tuyến 88

Bảng 2.1: Các VI LabVIEW hỗ trợ DSP Test Integration Toolkit 29

Bảng 2.2: Các DSP DSK LabVIEW DSP hỗ trợ 30

Bảng 3.1: Bảng so sách các nền tảng đám mây phổ biến 38

Bảng 3.2: Bảng thống kê các ứng dụng của các lớp dịch vụ Đám mây 39

Bảng 3.3: Bảng so sánh ưu nhược giữa máy ảo hóa so với không ảo hóa 44

Bảng 3.4: So sánh giữa kiến trúc Hosted và Hypervisor 45

Bảng 3.5: Các nhà cung cấp phầm mềm hosted 49

Bảng 6.1: Bảng kế hoạch người dùng truy cập các máy tính phòng thí nghiệm 90

Bảng 6.2: Bảng chi phí ước lượng cho xây dựng phòng lab trên đám mây 90

CC Cloud Computing

Android

VI Virtual Instrument

Laboratory

Chương 1: Đặt vấn đề Trang 1 HVTH: Bùi Thế Cường

1.1 Đặt vấn đề

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ đặt biệt là công nghệ thông tin, viễn thông, và điện tử,… là những bước nhảy vọt trong công nghệ kỹ thuật số như: chất lượng internet (cáp quang, Wifi, 3G, Wimax,…), điện thoại thông minh, điện toán đám mây, máy tính bảng cảm ứng đa điểm, Những cải cách mang tính cách mạng công nghệ này đã và đang thay đổi dần dần đời sống xã hội của con người, cách con người sống và làm việc Tuy nhiên, đây mới chỉ là bắt đầu, công nghệ sẽ còn làm tốt nhiều hơn nữa Trong tương lai, con người có thể sống và làm việc giống như viễn cảnh mà các bộ phim khoa học viễn tưởng đang vẽ ra Nhờ những công nghệ này, con người đã tìm thấy cách thức mới để sử dụng thời gian của họ có hiệu quả hơn với tính hiệu quả kinh tế xao và con người có thể tiếp tục làm được nhiều việc hơn một cách tự nhiên với các thiết bị

di động thông minh và công nghệ điện toán đám mây

Học tập là một quy trình văn hóa xã hội với các đối tượng chính của quy trình là nhà trường, giảng viên, học viên Công nghệ đóng một vai trò quan trọng trong quy trình học tập và giảng dạy đặc biệt là trong giáo dục kỹ thuật bởi vì nó đề cao và phát huy tính hiệu quả trong việc truyền tải kiến thức, khả năng học tập, nghiên cứu tích cực và sáng tạo Các công nghệ mới đã và đang cung cấp nhiều giải pháp cho việc cải thiện và mở rộng hoạt đông giáo dục, đặc biệt là giáo dục khoa học kỹ thuật

Internet là một môi trường lý tưởng và phổ biến cho việc cải tiến và phát triển các chương trình giáo dục, đặc biệt là giáo dục trực tuyến và từ xa Internet với các giao thức chuẩn (TCP/IP) và giao diện đồ họa người dùng (GUI) giúp cho việc trao đổi dữ liệu có thể được thực hiện một cách dễ dàng trên các thiết bị di động thông minh Việc tương tác môi trường giáo dục trực tuyến từ xa thông qua internet là một trong những mong muốn và nỗ lực của các nhà làm giáo dục nhằm hướng đến một môi trường giáo dục hiện đại với tính hiêu quả trong việc truyền tải

Chương 1: Đặt vấn đề Trang 2 HVTH: Bùi Thế Cường

kiến thức của giảng viên, phát huy tính sáng tạo, khả năng tự nghiên cứu trong sinh viên, sự cải thiện môi trường giao tiếp của các đối tượng của môi trường giáo dục

Các thiết bị di động thông minh như điện thoại, máy tính bảng và máy tính xách tay hiển nhiên trở thành một phần thiết yếu của đời sống con người, đặc biệt là trong sinh viên học sinh và là một tiêu chuẩn công nghệ Các công cụ giao tiếp hiệu quả và tiện nghi nhất của thiết bị di động thông minh không bị giới hạn về thời gian

và địa điểm có thể hỗ trợ con người thực hiện những công việc hàng ngày, từ những công việc đơn giản của việc gọi và nhận thoại, tin nhắn đến các ứng dụng đa phương tiện đa dạng như email, xác định vị trí, giải trí, ngân hàng,

Điện toán đám mây có thể được xem như một kiểu mới của điện toán trong

đó các tài nguyên có thể mở rộng tự động và ảo hóa được cung cấp như một dịch vụ qua đám mây Internet công cộng Lợi ích chính của điện toán đám mây là tính hiệu quả kinh tế trong việc triển khai chi phí thấp cho kiến trúc hạ tầng và một vài đơn vị kinh doanh như Google, IBM và Microsoft đề nghị đám mây miễn phí cho hệ thống giáo dục, để mà nó có thể được sử dụng đúng cách mà sẽ gớp phần phát triển hệ thống giáo dục chất lượng cao

1.2 Thực trạng giảng dạy môn DSP tại Đại học Bách Khoa TP HCM

Để tìm hiều tại sao các ứng dụng điện toán đám mây di động đang được quan tâm và có khả năng cải tiến việc giảng dạy môn DSP tại Bộ môn Viễn Thông, Khoa Điện-Điện Tử Đại Học Quốc Gia TP HCM, ĐH Bách Khoa, rất quan trọng để tìm hiểu thực trạng giảng dạy DSP, những kết quả đạt được, những khó khăn và khả năng cải tiến của kỹ thuật điện toán đám mây di động

Tại ĐH Bách Khoa TP HCM, lớp học DSP được mở cho các Sinh viên Đại học chuyên ngành Điện Tử-Viễn Thông và một số chuyên ngành kỹ thuật liên quan khác như: Công Nghệ Thông Tin, Cơ Điện Tử, Môn học DSP nhằm cung cấp những kiến thức tổng quát về xử lý số tín hiệu từ cấp độ cơ bản, đến ứng dụng và nâng cao Những nội dung chính bao gồm khái niệm về các hệ thống rời rạc bao

Chương 1: Đặt vấn đề Trang 3 HVTH: Bùi Thế Cường

gồm phương trình sai phân (vi phân), những phương pháp lấy mẫu, biến đổi A/D, biến đổi Z, tích chập, ổn định, biến đổi Fourier rời rạc, biến đổi Fouriernhanh được giới thiệu như là những khái niệm căn bản về xử lý tín hiệu; các phương pháp thiết

kế và phân tích bộ lọc số và tương tự có đáp ứng xung hữu hạn (FIR) và vô hạn (IIR), biến đổi Fourier nhanh và wavelet và những ứng dụng của các phương pháp vào việc xử lý tín hiệu tương tự và số

Hình 1.1: Các phòng thí nghiệm DSP truyền thống

Hình 1.2: Quy trình học và dạy môn DSP tại Đại Học Bách Khoa TP HCM

Đi kèm với nội dung lý thuyết, là việc mô phỏng và thực hành thí nghiệm các ứng dụng DSP với mục tiêu cho phép sinh viên vận dụng tốt các phương pháp phân tích và xử lý tín hiệu số trong thiết kế mô phỏng bộ lọc FIR,IIR; điều chế số (PAM -4,8,16, PSK, QPSK, ), biến đổi Fourier nhanh (FFT, IFFT) v.v trên Matlab, sau đó tất cả các kết quả sẽ được thực hiện và kiểm chứng khi chạy thuật toán ứng dụng phần cứng và lập trình assembler cho các DSP Kit họ Motorola (56XXX) hoặc Texas Instrument (TMS320CXXXX development Starter Kit)

Chương 1: Đặt vấn đề Trang 4 HVTH: Bùi Thế Cường

Phòng thí nghiệm DSP truyền thống được trang bị các thiết bị với các đặc điểm yêu cầu sau:

1 Sinh viên được trang bị kiến thức lập trình CCS, Matlab, …

2 Máy vi tính (2-4 Sinh viên/1 máy/1 lần/1 tuần): có cài đặt phần mềm Matlab, trình biên dịch CCS và có kết nối internet cho việc tra cứu thông tin sử dụng Kit DSP

3 Kit thí nghiệm DSP: TI (TMS320C5515/5510, TMS320C6713, ), Motorola 56XXX

4 Oscilloscope và Máy phát sóng

5 Các thiết bị hỗ trợ khác: bàn thí nghiệm, ghế, nguồn, bộ dây tín hiệu,

Chương trình giảng dạy DSP truyền thống cho phép sinh viên, học viên nắm vững lý thuyết các kiến thức DSP cơ bản, nâng cao, cũng như hiểu rõ quy trình thiết

kế các ứng dụng thông qua thí nghiệm mô phỏng trên Matlab, khả năng thực thi, kiểm tra kết qua trên các Kit DSP phần cứng Thông qua đó, thúc đẩy phong trào nghiên cứu, tìm hiểu và phát triển các đề tài ứng dụng DSP chuyên sâu

Tuy nhiên, phần thí nghiệm trên thiết bị phần cứng có một sự giới hạn về thời gian thí nghiệm, số lượng thiết bị (máy phát sóng, đo sóng, DSP kit), các thiết bị mới không được cập nhập, số lượng cán bộ hướng dẫn thí nghiệm, yêu cầu các sinh viên phải có mặt tại phòng thí nghiệm theo một lịch trình cụ thể, không tận dụng được phòng thí nghiệm triệt để Với những hạn chế này, dẫn đến sự giới hạn việc thí nghiệm, mô phỏng và thực hành trên DSP trong sinh viên chỉ dừng ở mức cơ bản, tìm hiểu mà chưa thể thu hút phong trào nghiên cứu, phát triển các đề tài ứng dụng DSP ở mức độ chuyên sâu

Để có thể giải quyết những hạn chế và nhằm cải tiến chương trình đào tạo DSP tại Đại học Bách Khoa HCM, phát triển hơn nữa mô hình giáo dục từ xa, một yêu cầu được đặt ra là nghiên cứu các ứng dụng công nghệ mới và các giải pháp

Chương 1: Đặt vấn đề Trang 5 HVTH: Bùi Thế Cường

tiên tiến trong nước và trên thế giới để phát triển và cải tiến việc học tập và giảng dạy DSP

1.3 Các giải pháp cải tiến giáo dục tiên tiến được ứng dụng tại các trường Đại học trong nước và trên thế giới

Việc tương tác các ứng dụng khoa học công nghệ mới vào chương trình giáo dục kỹ thuật đã và đang được thực hiện một phần hay toàn phần tại các trường Đại học trong và ngoài nước

Các giảng viên đã và đang ứng dụng các tiện ích từ các dịch vụ điện toán đám mây công cộng (Google Docs, Google Sites, Google Mail, Hotmail, Yahoo Mail, Office 365, Google Drive, SkyDrive, Dropbox, ) trong việc xây dựng các chương trình môn học trực tuyến, lưu trữ, chia sẽ giáo trình, bài giảng, tài liệu, thông tin môn học, các, liên kết tài nguyên trên internet, cho phép sinh viên có thể truy cập, tải và tự học Hình 1.3 là thí dụ về các lớp học chuyên ngành Điện Tử của

TS Lê Chí Thông ứng dụng các dịch vụ đám mây công cộng

Hình 1.3: Ứng dụng CC trong chương trình giảng dạy của TS Lê Chí Thông

Trang web BK E-learning www.e-learning.hcmut.edu.vn hình 1.4 với các bài giảng điện tử và phương pháp học tập trực tuyến (E-Learning) đã và đang tạo ra một phương thức mới đáp ứng được những tiêu chí giáo dục hiện đại: học mọi nơi, học mọi lúc, học theo sở thích, và học suốt đời (lifelong learning) E-

Chương 1: Đặt vấn đề Trang 6 HVTH: Bùi Thế Cường

Learning tại trường ĐHBK (BKeL) đã được hình thành để cùng tồn tại song song

và là một phần bổ sung quan trọng cho hệ thống học tập truyền thống

Hình 1.4: Lớp Cao học DSP tại website BKeL

c Các ứng dụng trong giáo dục và thí nghiệm mô phỏng DSP trên ác thiết bị di động thông minh

Hình 1.5: Nhu cầu ứng dụng các thiết bị di động thông minh trong sinh viên

Sinh viên các lớp học Đại học, Cao học trong và ngoài nước đã và đang tận dụng tính ưu việt của công nghệ CC cùng với các thiết bị di động thông minh cho việc tiếp cận chương trình giáo dục tiên tiến và phát huy tính sáng tạo thông qua các dịch vụ đám mây (mail, chia sẽ, lưu trữ, diễn đàn,…) cho việc trao đổi thông tin, chia sẽ tài liệu, làm việc nhóm Các thiết bị thông minh (laptop, netbook, các điện thoại thông minh, máy tính bảng, iPhone, iPad, ) đang trở thành một công cụ đắc lực trong các lớp học kỹ thuật nhằm phát huy tính năng động, sáng tạo và nâng cao

Chương 1: Đặt vấn đề Trang 7 HVTH: Bùi Thế Cường

hiệu quả trong quá trình học tập của sinh viên Một số ứng dụng mô phỏng DSP tiêu biểu cho các thiết bị di động thông minh

- Ứng dụng J-DSP trên web tại ASU [1]: J-DSP là một ứng dụng tương tác để biểu diễn mô phỏng tín hiệu trên các thiết bị iOS như iPhone, iPad hay Android tại được sử dụng tại các viên khóa học DSP tại Đại học bang Arizona

Hình 1 6 (a): Ứng dụng i-JDSP hay A-JDSP trên iOS

- Matlab di động [14] là một ứng dụng nhẹ trên các thiết bị điện thoại thông minh

mà kết nối một chương trình MATLAB trên đám mây MathWorks hay trên máy tính cá nhân Từ sự tiện ích của thiết bị di động, người dùng có thể chạy script, tạo và chỉnh sửa hình và xem các kết quả

Hình 1.6 (b) Ứng dụng Matlab mobile trên điện thoại thông minh

d Các giải pháp thực thi phòng lab thí nghiệm từ xa qua mạng

Chương 1: Đặt vấn đề Trang 8 HVTH: Bùi Thế Cường

Rất nhiều phòng lab thí nghiệm và thực hành từ xa trong giáo dục kỹ thuật

đã và đang được thực thi và kiểm nghiệm tại các trường Đại học lớn trên thế giới Việc thực thi thí nghiệm từ xa là một sự mở rộng của truy cập từ xa mà cho phép tương tác với thế giới vật lý của các thiết bị thí nghiệm Tác vụ này bị ảnh hưởng bởi hệ thống quan sát và điều khiển điện tử mà được điều khiển bởi máy tính Hệ thống là sự kết hợp các máy tính và các thiết bị ngoại vi cho phép sinh viên có thể điều khiển bất cứ gì có thể giao tiếp với máy tính như thể sinh viên đang thí nghiệm tại phòng lab với máy tính và các thiết bị ngoại vi Truy cập máy tính từ xa đến các thiết bị thí nghiệm được xem có thể cải thiện đáng kể tính linh động của giáo dục thực nghiệm, và giới thiệu sinh viên một khái niệm mới được gọi là “phòng thí nghiệm từ xa – R-Lab” Phòng thí nghiệm R-Lab cho phép các sinh viên có thể thực hiện các thí nghiệm thực tế vào bất cứ lúc nào, nơi nào Một số giải pháp cải tiến tiêu biểu như sau:

- Lab ảo chạy trên VMWare tại Henz College thuộc Đại học Carnegie Mellon Mỹ [19] Lab ảo là một dịch vụ truy cập từ xa cho truy cập đến phần mềm Sinh viên, giảng viên có thể truy cập lab từ bất cứ đâu trong khuôn viên trường hay ngoài trường 24/7/365 Lab ảo sử dụng phần mềm VMware view để quản lý kết nối đến máy từ xa mà đòi hỏi cài ứng dụng client hay truy cập thông qua web Hình 1.7 cho thấy giao diện truy cập Lab ảo từ xa

Hình 1.7: Ứng dụng VMWare truy cập lab ảo thông qua ứng dụng client và web

Chương 1: Đặt vấn đề Trang 9 HVTH: Bùi Thế Cường

- Lab ảo CMU [13] tại đại học tại Đại học Kỹ thuật Carnegie Mellon Mỹ: tại CMU, bằng việc cấu hình các thiết bị và phân tích dữ liệu qua phần mềm, các thiết bị có thể được thực hiện để biểu diễn các chức năng từ xa Bằng việc giao tiếp thiết bị với máy tính, cho phép trước khi rời khỏi phòng lab, hệ thống đang kiểm tra có thể được gắn vào máy phân tích sau giờ mở cửa của phòng Lab Để

hỗ trợ bài giảng, giáo sư có thể gắn các mạch ví dụ vào thiết bị cho sinh viên thực hiện kiểm tra Sinh viên có thể thí nghiệm tại phòng ký túc xá hay từ phòng máy tính trường

Hình 1.8: Lab ảo cho thí nghiệm điện tại CMU

gói phổ biến cho điểu khiển phần mềm máy tính thông qua web là PCAnyWhere (Symantec Corp) và ReachOut của Stac, Inc Máy tính chủ chạy chương trình LabVIEW của National Instruments Corp, sử dụng ngôn ngữ lập trình đồ họa giao tiếp máy tính đến VXI Data Acquistion và MainFrame Unit

Chương 1: Đặt vấn đề Trang 10 HVTH: Bùi Thế Cường

Hình 1.9: Lab thí nghiệm điện từ xa tại ĐH Adaho

[18]:

Hình 1.10: Biểu diễn lab DSP từ xa

R-DSP Lab (Remote DSP Laboratory) là một lab tương tác từ xa mà được

thiết kế và phát triển cho phép sinh viên xem và thực thi thí nghiệm DSP với các

hỗ trợ: thiết kế và thực thi các bộ lọc FIR, IIR, biến đổi FFT Sinh viên có thể đưa code lên web để kiểm tra hoạt động của code và Kit DSP

1.4 Nhận xét các ưu và khuyết điểm của các giải pháp cải tiến giáo dục

Chương 1: Đặt vấn đề Trang 11 HVTH: Bùi Thế Cường

Các giải pháp tiên tiến trên đang là một xu hướng mới nhằm cải tiến chương trình giảng dạy kỹ thuật Các ưu điểm của các giải pháp như sau:

- Việc ứng dụng các dịch vụ đám mây cho lưu trữ và xây dụng giáo trình môn học

đã cho thấy tính ưu việt trong việc tận dụng tài nguyên môn học cho các khóa học khác nhau, giảng viên sẽ không phải dành nhiều thời gian cho việc quản lý giáo trình, lớp học Thay vào đó giảng viên sẽ dành nhiều thời gian trong việc tìm hiểu, cải tiến nội dung môn học và tăng hiệu quả truyền đạt kiến thức cho sinh viên

- Thông qua các tiện ích của các dịch vụ đám mây (gmail/hotmail/yahoo mail, google doc, dropbox, google drive, google translate, ) và tính linh động tiện nghi của các thiết bị di động thông minh, sinh viên sẽ trở nên năng động, phát huy được khả năng nghiên cứu, tìm tòi nhiều ứng dụng công nghệ mới một cách hiệu quả nhất

- Thông qua các triển khai xây dựng lab DSP từ xa và cho phép truy cập qua mạng, nó đã góp phần mở rông quy mô giảng dạy DSP từ xa, cho phép giảng viên thực thi các demo cho các ứng dụng ngay trong lớp học để giúp sinh viên hiểu rõ hơn về nội dung lý thuyết

Vận dụng những ưu điểm trên của các giải pháp cải tiến giáo dục vào chương trình giảng dạy DSP tại trường Đại học Bách Khoa TP HCM sẽ góp phần cải tiến,

mở rộng chương trình giảng dạy DSP, thu hút sự quan tâm của sinh viên đối với môn học

1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Trong giới hạn của luận văn này, các đối tượng được tìm hiểu chính là các Kít DSP và công cụ thí nghiệm mô phỏng DSP (như Matlab, TI Code Composer Studio, Labview), các giải pháp điện toán đám mây, điện toán đám mây di động, các giải pháp triển khai phòng lab từ xa qua mạng Đề tài tập trung vào ứng dụng các giải pháp điện toán đám mây di động để tương tác với việc giảng dạy và học DSP bao gồm việc chia sẽ tài liệu môn học và thực thi Lab DSP trên đám mây cho

Chương 1: Đặt vấn đề Trang 12 HVTH: Bùi Thế Cường

phép sinh viên biểu diễn các thí nghiệm mô phỏng, thực thi các mô phỏng trên phần cứng thông qua các Kit DSP Phạm vi nghiên cứu sẽ bao gồm các mục sau:

- Nghiên cứu các Kít thí nghiệm, các công cụ thí nghiệm mô phỏng hiện đang được sử dụng trong chương trình giảng dạy DSP tại Đại học Bách Khoa (Matlab, CCS, Kit TI TMS 320xxx )

- Nghiên cứu xây dựng mô hình webserver thông qua đó cho phép sinh truy cập các tài nguyên lớp học DSP qua mạng (bài giảng, tài liệu trên các dịch vụ đám mây, các liên kết đến các tài nguyên mạng liên quan đến DSP, quản lý truy cập phòng lab DSP ảo, phòng lab DSP từ xa,…)

- Nghiên cứu điện toán đám mây di động, Web 2.0, WebService, HTML5 cho việc triển khai truy cập các máy tính phòng thí nghiệm từ xa qua web trên máy tính hay các thiết bị di động thông minh mà không cần cài đặt bất cứ phần mềm nào các máy tính Các máy tính phòng thí nghiệm này được trang bị với các phần mềm thí nghiệm mô phỏng như Matlab, LabVIEW, hay thiết kế các ứng dụng trên kit CCS được kết nối với các kit phát triển DSP (TMS320C6713, TMS320C5510, ) và hệ thống camera quan sát kết quả

- Nghiên cứu ứng dụng chương trình thiết bị thí nghiệm ảo LabVIEW DSP cho phép thực thi các mô phỏng cũng như giao tiếp tương tác các thiết bị thí nghiệm DSP từ xa qua web

- Nghiên cứu các giải pháp bảo mật, quản lý và quản trị các yêu cầu truy cập tài nguyên lớp học DSP từ mạng công cộng

1.6 Đóng góp của đề tài

Ý tưởng tương tác các kỹ thuật điện toán đám mây di động với các phương pháp giảng dạy sáng tạo kết hợp với hỗ trợ mô phỏng, thực hành thí nghiệm lab từ xa được xem là một giải pháp ứng dụng kỹ thuật tiên tiến trong giáo dục khoa học kỹ thuật nhằm đạt được mục tiêu môn học và động viên sinh viên, giảng viên, khoa trong việc dạy vả học DSP

Giải pháp có khả năng cung cấp các dịch vụ giáo dục trên đám mây di động và cho phép truy cập từ các thiết bị di động thông minh đến các tài nguyên của lớp học

Chương 1: Đặt vấn đề Trang 13 HVTH: Bùi Thế Cường

DSP trên đám mây như: chia sẽ và lưu trữ bài giảng, liên kết các tham khảo, truy cập các lab DSP mô phỏng/ảo và tương tác các thiết bị thí nghiệm DSP từ xa bằng cách truy cập từ xa qua web đến các máy tính có kết nối các thiết bị thí nghiệm của phòng thí nghiệm hay truy cập đến các thí nghiệm trên các kit phát triển DSP từ xa qua web đến các VI LabVIEW giao tiếp thiết bị Ngoài môn DSP, đề tài còn có thể phát triển mở rông cho các môn học khoa học kỹ thuật khác như Thông Tin Số, Mạch Điện, …Tiến xa hơn nữa, nó có thể phát triển mô hình giảng dạy khoa học và

kỹ thuật từ xa một cách rộng rãi và hiệu quả

Hình 1.11: Mô hình tương tác MCC trong GD DSP

1.7 Bố cục của đề tài

Đề tài được chia thành các chương sau:

 Trong chương 2, đề tài giới thiệu về các kit DSP đang được sử dụng trong thí nghiệm DSP, các công cụ phần mềm hỗ trợ thí nghiệm mô phỏng, giới thiệu phần mềm ứng dụng LabVIEW trong việc tương tác các thiết bị DSP, khả năng nhứng các thí nghiệm DSP trên web

 Trong chương 3, đề tài giới thiệu một cách tổng quan về điện toán đám mây, điện toán đám mây di động, các lớp ứng dụng của điện toán đám mây, các giải pháp ảo hóa trong điện toán đám mây

 Trong chương 4, trình bày cách tiếp cận đề tài, các giải pháp triển khai tương tác ứng dụng điện toán đám mây trong việc học và giảng dạy DSP bao gồm xây

Chương 1: Đặt vấn đề Trang 14 HVTH: Bùi Thế Cường

dựng một lớp học DSP trên đám mây từ sự kế thừa các dịch vụ đám mây với các tiện ích trong việc dạy và học, thông qua ảo hóa phòng thí nghiệm DSP, đề tài

đề xuất 2 giải pháp khả thi cho việc thực thi phòng lab DSP ảo (V-DSP Lab) và

từ xa (R-DSP Lab) qua mạng

 Trong chương 5, đề tài trình bày các kết quả thu được từ quá trình thực thi lớp học DSP qua mạng, phòng lab mô phỏng ảo DSP (V-DSP Lab) và lab DSP từ xa (R-DSP Lab) qua mạng, đánh giá tính khả thi, ứng dụng trong thực tiễn So sánh kết quả của đề tài so với các giải pháp và thực thi hiện có

 Trong chương 6 sẽ trình bày phần kết luận và đề xuất hướng phát triển của đề tài

Chương 2: Giới thiệu các thiết bị và phần mềm thí nghiệm DSP Trang 15 HVTH: Bùi Thế Cường

NGHIỆM DSP

2.1 Công cụ mô phỏng DSP sử dụng phần mềm Matlab

Matlab [17] được xem là một công cụ mô phỏng đắc lực cho việc thực hành

mô phỏng các thuật toán DSP DSP System Toolbox™ của Matlab cung cấp các thuật toán cho việc thiết kế và mô phỏng hệ thống DSP Các chức năng DSP của MATLAB như là các đối tượng hệ thống, và các khối mô phỏng Simulink

DSP SystemToolbox bao gồm phân tích tín hiệu, phát triển các thuật toán và thiết kế các hệ thống DSP (bộ lọc FIR và IIR chuyên biệt, FFT, xử lý Mutirate, và các kỹ thuật DSP cho việc xử lý, luồng dữ liễu và các prototype thời gian thực….) trong một phần nhỏ thời gian nó thực hiện các ngôn ngữ lập trình truyền thống như

là C và C++ Người dùng có thể thiết kế các bộ lọc thích ứng và multirate, sự thực hiện các bộ lọc sử dụng một cách hiệu quả các kiến trúc tính toán và mô phỏng các

bộ lọc số dấu chấm động Các công cụ cho tín hiệu vào/ra và các thiết bị, bộ phát sóng, phân tích phổ, và trực quan tương tác cho phép người dùng có thể phân tích

cơ chế và hoạt động của hệ thống Dưới đây là hai thí dụ về việc sử dụng Matlab DSP Toolbox để thiết kế bộ lọc số trong chương trình thí nghiệm DSP tại Đại học

Bách Khoa

a) Thiết kế bộ lọc số bằng công cụ SPTool

SPTool là một công cụ có giao diện tương tác dùng cho xử lý số tín hiệu Công cụ này có thể được sử dụng để phân tích tín hiệu (Signals), thiết kế các bộ lọc, phân tích các bộ lọc, lọc tín hiệu (Filters) và phân tích phổ của tín hiệu (Spectra)

Các tín hiệu, bộ lọc hoặc phổ trong workspace của MATLAB có thể được đưa vào SPTool bằng lệnh Import trong menu File của SPTool Các tín hiệu, bộ lọc hoặc phổ được tạo ra hoặc được import vào SPTool tồn tại dưới dạng các cấu trúc của MATLAB Các tín hiệu, bộ lọc và phổ sau khi đã được tạo ra hoặc chỉnh sửa trong

Chương 2: Giới thiệu các thiết bị và phần mềm thí nghiệm DSP Trang 16 HVTH: Bùi Thế Cường

SPTool, có thể được chuyển sang dưới dạng cấu trúc MATLAB bằng cách sử dụng lệnh Export

Hình 2.1: Giao diện công cụ SPTool trong Matlab cho thiết kế bộ lọc số

Hình 2.2: SPTool GUI: Signal Browser, FDATool, FVTool và Spectra Viewer

Chương 2: Giới thiệu các thiết bị và phần mềm thí nghiệm DSP Trang 17 HVTH: Bùi Thế Cường

SPTool có thể thực hiện các nhiệm vụ này với 4 giao diện chính:

- Signal Browser: dùng cho phân tích tín hiệu

- FDAtool: dùng cho việc thiết kế hay chỉnh sửa các bộ lọc FIR và IIR Hầu hết các phương pháp thiết kế lọc xử lý tín hiệu số ToolboxTM

sẵn có dưới dạng command line trong FDATool Hơn thế nữa, người dùng có thể sử dụng FDATool để thiết kế bộ lọc sử dụng bộ biên soạn Pole/Zero để đặt pole và zero trên miền Z

- FVTool được dùng cho việc phân tích các đặc tính bộ lọc

- Spectral Viewer được dùng cho phân tích phổ

Filter Designer cung cấp một môi trường đồ họa tương tác để thiết kế các bộ lọc

số IIR hoặc FIR dựa trên các tiêu chuẩn do người dùng xác định

- Các loại bộ lọc có thể thiết kế: Thông thấp, thông cao, thông dải, chắn dải

- Các phương pháp thiết kế bộ lọc FIR: Equiripple, Least squares, Window

- Các phương pháp thiết loại II, Elliptic

b) Thiết kế bộ lọc bằng lệnh của MATLAB

Bên cạnh việc sử dụng công cụ SPTool để thiết kế bộ lọc như trên, MATLAB cũng có một số lệnh có thể sử dụng để thiết kế bộ lọc Các lệnh này có thể được sử dụng khi thiết kế một số loại bộ lọc mà SPTool không có sẵn, ví dụ như các bộ lọc FIR Multiband Dưới đây là ví dụ thiết kế bộ lọc đơn giản và IIR bằng lệnh MATLAB file có định dạng file m, nội dung của thiết kế mô phỏng bộ lọc đơn giản như sau: y[n] = 0.5*x[n] + 0.5*x[n-1]

filt = [0.5, 0.5];

Lọc nhiễu bằng cách chập với tín hiệu đáp ứng xung

% Recall that the convolution of two signals with length N1 and N2 is

% N1 + N2 - 1 The 'same' argument just tells conv to truncate the

% convolved signal at N1 samples

y = conv(n, filt, 'same');

Chương 2: Giới thiệu các thiết bị và phần mềm thí nghiệm DSP Trang 18 HVTH: Bùi Thế Cường

subplot(212); plot(f(idx), abs(Y(idx))) xlabel('Frequency (Hz)')

a =

1 -3.2428 4.0778 -2.3717 0.54317

Hình 2.3: Đáp ứng tần số của bộ lọc đơn giản và bộ lọc IIR

Chương 2: Giới thiệu các thiết bị và phần mềm thí nghiệm DSP Trang 19 HVTH: Bùi Thế Cường

2.2 Giới thiệu các bộ Kít phát triển DSP C6000 và C5000 DSK

Các Kit thí nghiệm DSP được dùng trong phổ biến trong chương trình đào tạo

xử lý số tín hiệu của nhiều trường đại học trong nước và Quốc tế: DSP TMS DSK6711, DSK6713, DSP TMS320 C55xx

xử lý ảnh và các ứng dụng khác Hoạt động ở tần số 150 MHz, C6711 cung cấp một cách ấn tượng 1200 MIPS và 600 MFLOP, sử dụng cấu hình nhớ 2 mức cache mà cung cấp hiệu suất cao với giải pháp tiết kiệm chi phí C6711 DSK thay thế cho C6211 DSK Phần cứng bao gồm:

cho máy in, 150 MHZ C6711 DSP

- l16 MB External SDRAM và 128 KB External Flash cho việc hỗ trợ thêm lập trình và lưu trữ dữ liệu

- l TI'S TLC320AD535 16-bit bộ chuyển đổi dữ liệu

- l TI'S TPS56100 thiết bị quản lý nguồn

- l JTAG Controller – cung cấp dễ dàng mô phỏng và debug

- l Expansion Daughter Card Interface – cung cấp phát triển hệ thốn g mở rộng

Chương 2: Giới thiệu các thiết bị và phần mềm thí nghiệm DSP Trang 20 HVTH: Bùi Thế Cường

Hình 2.4: Board C6711 DSK

Bộ C6713 DSK là một hệ thống DSP hoàn chỉnh Board DSK bao gồm bộ

xử lý số dấu chấm động C6713 và bộ codec 32 bit stereo TLV320AIC23 (AIC23)

để xuất nhập Bộ codec onboard AIC23 sử dụng kỹ thuật sigma – delta để biến đổi A/D và D/A Nó được kết nối với một đồng hồ hệ thống 12 MHz Tần số lấy mẫu

có thể thay đổi từ 8 đến 96 KHz Board DSK bao gồm 16MB SDRAM và 256kB Flash memory Bốn jack cắm trên boad cho phép xuất nhập: MIC IN, LINE IN, LINE OUT và headphone output Trạng thái của 4 dip switch trên DSK có thể đọc được từ chương trình DSK hoạt động ở tần số 225 MHz Trên board DSK cũng bao gồm các ổn áp cung cấp 1.26V cho nhân C6713 và 3.3V cho bộ nhớ và các ngoại vi

Bộ xử lý TMS320C6713 dựa trên kiến trúc VLIW, phù hợp cho các giải thuật nặng

về tính toán số Bộ nhớ chương trình nội được tổ chức để mỗi chu kỳ có thể nạp 8 lệnh, mỗi lệnh dài 32 bit

Hình 2.5: Sơ đồ khối của C6713 DSK

Chương 2: Giới thiệu các thiết bị và phần mềm thí nghiệm DSP Trang 21 HVTH: Bùi Thế Cường

b) Bộ TMS320 C55xx DSK

TMS320C5510 DSK là một nền tảng phát triển đơn chi phí thấp cho phép

người dùng thử nghiệm và phát triển các ứng dụng cho họ DSP TI C55XX/ DSK

cũng hoạt động như tham khảo phần cứng cho TMS320VC5510 DSP Bộ DSK bao

gồm tập hợp đầy đủ các thiết bị trrên board cho các môi trường ứng dụng rộng rải

Các chức năng chính gồm: TI 5510 DSP 200 MHz, AIC23 stereo Codec, 8 Mbyte

of DRAM đồn bộ, 512 Kbyte của non-volatile Flash Memory, cấu hình phần mềm

thông qua các thanh ghi được thực thi trong CPLD, Các lựa chọn boot jumper,

chuẩn kết nối cho sử dụng daughter card, mô phỏng JTAG thông qua bộ mô phỏng

JTAG với giao tiếp USB hay bộ mô phỏng ngoài, điện áp (+5V)

Hình 2.6: Sơ đồ khối của mạch DSP C5510, C5515 DSK

TMS320C5514 và TMS320C5515 là các bộ xử lý 16-bit nguồn thấp nhất

Với hiệu suất 240 MIPS, lên tới 320KB bộ nhớ trên chip, tương thích cao (bao gồm

hỗ trợ phần cứng cho tính toán FFTP) C5514 và C5515 cung cấp một nền tảng cho

các ứng dụng xử lý tín hiệu bao gồm ghi âm, các công cụ âm nhạc, các giải pháp y

tế di động, và các thiết bị điện tử khác cho các ứng dụng công nghiệp và an ninh

bảo mật

TMDX5515eZDSP là một dạng nhỏ công cụ phát triển DSP dùng nguồn

USB chi phí thấp mà bao gồm tất cả phần cứng và phần mềm cần thiết cho việc thử

nghiệm DSP 16-bit nguồn thấp nhất của TMS320C5515 Công cụ cực kỳ tiết kiệm

chi phí này cho phép thử nghiệm khả năng vượt trội của các bộ xử lý C5515, C5514,

Chương 2: Giới thiệu các thiết bị và phần mềm thí nghiệm DSP Trang 22 HVTH: Bùi Thế Cường

C5505A and C5504A processors Công cụ này đã được nhúng bộ mô phỏng XDS100 cho khả năng debug và hỗ trợ CCS 4

2.3 Code Composer Studio (CCS)

CCS là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) do Texas Instrument phát triển đi kèm với các Kit TI DSP CCS cung cấp các công cụ sinh mã, như một bộ biên dịch C, một chương trình assembler và một chương trình linker Nó có khả năng đồ họa và hỗ trợ real-time debug Nó cung cấp một công cụ phần mềm thuận tiện cho việc xây dựng và sửa lỗi chương trình

Hình 2.7: Sơ đồ khối của công cụ CCS

Trình biên dịch C sẽ dịch chương trình nguồn viết bằng C (tập tin có kiểu c)

để tạo thành một tập tin nguồn assembly (kiểu asm) Trình assembler sẽ tạo ra các tập tin đối tượng ngôn ngữ máy (.obj) từ các tập tin asm Trình linker sẽ kết hợp các tập tin đối tượng và các thư việc đối tượng để tạo ra một tập tin thực thi với kiểu out Tập tin thực thi này có thể được nạp và chạy trực tiếp trên bộ xử lý Kit DSP (ví dụ: C6713)

Môi trường làm viêc của CCS có một vài kiểu tập tin khác nhau, bao gồm: file.pjt (để tạo và xây dựng một project có tên là “file”), file.c (chương trình nguồn viết bằng C), file.asm (chương trình nguồn bằng ngôn ngữ assembly, được tạo bởi người dùng hoặc bởi bộ dịch C), file.h (tập tin header), file.lib (tập tin thư viện), file.cmd (tập tin lệnh của linker, ánh xạ các section vào bộ nhớ), file.obj ( tập tin đối

Chương 2: Giới thiệu các thiết bị và phần mềm thí nghiệm DSP Trang 23 HVTH: Bùi Thế Cường

tượng được tạo ra bởi assembler), file.out (tập tin thực thi được tạo ra bởi linker để nạp và chạy trên bộ xử lý ví dụ C6713)

Sau đây là một số ví dụ lập trình để minh họa cho một số đặc tính của CCS

và board DSK Mục tiêu chính là để làm quen với các công cụ phần mềm và phần cứng Ví dụ 1: Tạo nhấp nhày đèn Led dùng 8 điểm với điều khiển DIP Switch (LED)

Thí dụ này nhấp LED #0 với tần số 2.5 lần/giây sử dụng thư viện DSK6713 LED Mô đun Quan trọng hơn, nó minh họa vài đặc tính của CCS trong hiệu chỉnh, xây dựng một project, sử dụng các công cụ sinh mã và chạy một chương trình trên

bộ xử lý C6713 Chương trình nguồn LED.c thực hiện việc nhấp nháy đèn Led #0

có nội dung như dưới đây

Chương 2: Giới thiệu các thiết bị và phần mềm thí nghiệm DSP Trang 24 HVTH: Bùi Thế Cường

2.4 Giới thiệu LabView trong việc thí nghiệm các ứng dụng DSP

Hầu hết các kỹ sư chuyên ngành Điện Tử Viễn Thông thì quen thuộc với Matlab vì nó là một môi trường mô phỏng DSP phổ biến nhất, hay thậm chí lập trình ngôn ngữ C/C++ cho việc thí nghiệm thiết kế DSP trước khi thực thi thiết kế trên các ứng dụng sản xuất Cả hai công cụ đều hiệu quả và mạnh trong việc thí nghiệm mô phỏng phần cứng So sánh Matlab với LabView, những gì Matlab có thể làm, LabView cũng có thể làm tương tự nhưng dễ dàng hơn Labview là một môi trường phát triển dựa trên ngôn ngữ lập trình đồ hoạ, thường được sử dụng cho mục đích đo lường, kiểm tra, đánh giá, xử lý, điều khiển các tham số của thiết bị LabVIEW có hai đặc tính nổi bật mà vượt trội so với Matlab đó là : (1): giao diện

đồ họa thân thiện, dễ dàng sử dụng và hiểu DSP, (2) nó có thể giao tiếp với các phần cứng và thiết bị thí nghiệm

Labview sử dụng một ngôn ngữ lập trình đa năng, giống như các ngôn ngữ lập trình hiện đại khác mà gồm có các thư viện thu nhận dữ liệu, một loạt các thiết

bị điều khiển, phân tích dữ liệu, biểu diễn và lưu trữ dữ liệu Nó còn có các công cụ phát triển được thiết kế riêng cho việc nối ghép và điều khiển thiết bị

Trong Labview cho phép xây dựng giao diện người sử dụng bằng việc thiết lập các công cụ và các đối tượng Từ giao diện người sử dụng (front panel) code được đưa vào trong sơ đồ khối để điều khiển các đối tượng ở trên front panel Labview được tích hợp đầy đủ các chức năng giao tiếp với các phần cứng GPIB, VXI, PXI, RS-232, RS-485 và các thiết bị thu nhận dữ liệu Labview cũng xây dựng các đặc trưng cho việc kết nối các ứng dụng của người dùng với Web sử dụng Labview Web Server, chuẩn mạng TCP/IP và Active X

Lập trình Labview trên cơ sở các thiết bị ảo Các đối tượng trong các thiết bị ảo được sử dụng để mô phỏng các thiết bị thực, nhưng chúng được thêm vào bởi phần mềm Các VI tương tự như các hàm trong các ngôn ngữ lập trình khác Các chương trình Labview được gọi là các thiết bị ảo (VIs) VIs bao gồm 3 phần chính – màn hình front panel, màn hình sơ đồ khối, biểu tượng và panel kết nối

Chương 2: Giới thiệu các thiết bị và phần mềm thí nghiệm DSP Trang 25 HVTH: Bùi Thế Cường

a Front panel: Là giao diện của người sử dụng Ví dụ sau đây minh họa front

panel Người dùng xây dựng front panel với các bộ điều khiển (controls) và các hiển thị (Indicators), chúng được sử dụng với các chức năng vào ra dữ liệu Các điều khiển bao gồm các núm (knobs), nút ấn (push buttons), mặt đồng hồ và các thiết bị vào dữ liệu khác Control là các đối tượng được đặt trên Front Panel

để cung cấp dữ liệu cho chương trình Nó tương tự như đầu vào cung cấp dữ liệu

Hình 2.8 Giao diện front panel và block diagram của LabVIEW

b Sơ đồ khối (Block Diagram): Sơ đồ khối của 1 VI là một sơ đồ được xây dựng

trên môi trường Labview, nó có thể gồm nhiều đối tượng và các hàm khác nhau

để tạo các câu lệnh để chương trình thực hiện Sơ đồ khối là một mã nguồn đồ hoạ của 1 VI Các đối tượng trên Front Panel được thể hiện bằng các thiết bị đầu cuối trên Block Diagram, không thể loại bỏ các thiết bị đầu cuối trên Block Diagram Các thiết bị đầu cuối chỉ mất đi sau khi loại bỏ đối tượng tương ứng trên Front panel Cấu trúc của một Block Diagram gồm các thiết bị đầu cuối (Terminal), Nút (Node) và các dây nối (wire)