TR NG ĐH SPKT TP.
Trang 1B GIÁO D C & ĐÀO T O
KHOA ĐI N – ĐI N T
B MÔN ĐI N T CÔNG NGHI P – Y SINH -
Đ ÁN T T NGHI P NGÀNH CÔNG NGH K THU T ĐI N T TRUY N THÔNG
Đ TÀI:
THI T K , MÔ PH NG B L C NHI U TÍN HI U ĐI N TIM DÙNG MATLAB VÀ CHUY N MÃ VHDL
GVHD: ThS Nguy n Thanh Nghƿa SVTH : Tr n Phan Ái M
MSSV: 14141200
Trang 2TR NG ĐH SPKT TP H CHÍ MINH
KHOA ĐI N-ĐI N T
B MÔN ĐI N T CÔNG NGHI P – Y SINH
C NG HÒA XÃ H I CH NGHƾA VI T NAM
Đ C L P - T DO - H NH PHÚC
o0o
Tp HCM, ngày 03 tháng 10 năm 2018
NHI M V Đ ÁN T T NGHI P
ĐI N TIM DÙNG MATLAB VÀ CHUY N MÃ VHDL
II NHI M V
1 Các s li u ban đ u:
- Tín hi u đi n tim ECG đ c thu th p trên Matlab
- S dụng bộ x lý chính là kit FPGA Altera – DE2-115
2 Nội dung th c hi n:
- Tìm hiểu về các bộ l c thông th p, l c thông cao, l c thông d i
- L a ch n ph n cứng, nghiên cứu, phân tích nguyên tắc ho t động của từng kh i để xây d ng mô hình hoàn chỉnh cho h th ng
- Thi t k và mô ph ng bộ l c tín hi u đi n tim trên Matlab và chuyển mã VHDL
IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 10/01/2019
Trang 3
Tp HCM, ngày 05 tháng 10 năm 2018
L CH TRÌNH TH C HI N Đ ÁN T T NGHI P
H tên sinh viên 1: Tr n Thanh Lâm
H tên sinh viên 2: Tr n Phan Ái Mỹ
ĐI N TIM DÙNG MATLAB VÀ CHUY N MÃ VHDL
Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD
Tu n 1
03/10/2018 – 08/10/2018
Tìm ý t ởng cho đề tài, xây d ng đề
c ng, sắp x p lịch trình th c hi n đồ
án
Tu n 2, 3, 4
09/10/2018– 29/10/2018 Phân tích yêu c u h th ng, tìm hiểu c sở lý thuy t về tín hi u đi n tim, lý
thuy t về các bộ l c
Tu n 5, 6, 7
30/10/2018 – 19/11/2018 Tìm hiểu lý thuy t về kit FPGA De2_115
Tu n 8
20/11/2018– 26/11/2018 Xây d ng và phân tích s đồ kh i của h th ng
Tu n 9, 10
27/11/2018 – 10/12/2018 Ti n hành l p trình, thi t k các bộ l c trên FDATool của Matlab
Tu n 11, 12
11/12/2018 – 24/12/2018 Ti n hành mô ph ng, ch y th ho t động của bộ l c và chỉnh s a các l i
Tu n 14, 15
25/12/2018 – 10/01/2018 Vi t và hoàn thi n báo cáo
GV H NG D N (Ký và ghi rõ h và tên)
TR NG ĐH SPKT TP H CHÍ MINH
KHOA ĐI N - ĐI N T
B MÔN ĐI N T CÔNG NGHI P – Y SINH
C NG HÒA XÃ H I CH NGHƾA VI T NAM
Đ C L P - T DO - H NH PHÚC
o0o
Trang 4L I CAM ĐOAN
Đề tài này do nhóm chúng em th c hi n d a vào một s tài li u và công trình nghiên cứu tr c đó và không sao chép từ tài li u hay công trình đã có tr c đó
Ng i th c hi n đề tài
Tr n Thanh Lâm Tr n Phan Ái M
Trang 5L I C M N
L i đ u tiên, nhóm em xin g i l i c m n chân thành và sâu sắc nh t đ n Th y Nguy n Thanh Nghĩa Th y đã t n tình h ng d n, góp ý định h ng, t o m i điều ki n cho nhóm em trong su t quá trình th c hi n đề tài t t nghi p
Nhóm em xin chân thành c m n đ n t t c các th y cô Khoa Đi n – Đi n t ,
Tr ng Đ i H c S Ph m Kỹ Thu t Tp HCM, nh ng ki n thức và kinh nghi m quý báu
mà chúng em nh n đ c từ th y cô trong su t quá trình theo h c s là hành trang t t
nh t giúp chúng em v ng b c trong s nghi p của mình
Nhóm em xin chân thành c m n Ban Giám Hi u Tr ng Đ i H c S Ph m Kỹ Thu t Tp HCM đã t o điều ki n cho chúng em làm đồ án này
Cu i cùng, chúng em xin g i nh ng l i tri ân đ n gia đình, b n bè, nh ng ng i thân yêu nh t luôn quan tâm và t o điều ki n t t nh t cho chúng em trong su t quá trình
h c t p
Trang 6M C L C
NHI M V Đ ÁN T T NGHI P i
LỊCH TRÌNH TH C HI N Đ ÁN T T NGHI P ii
L I CAM ĐOAN iii
L I C M N iv
M C L C v
LI T KÊ HÌNH ix
LI T KÊ B NG xi
DANH M C CÁC TỪ VI T T T xii
CH NG 1: T NG QUAN 1
1.1 Đ T V N Đ 1
1.2 M C TIÊU 2
1.3 N I DUNG NGHIÊN CỨU 2
1.4 GI I H N 2
1.5 B C C 2
CH NG 2: C S LÝ THUY T 4
2.1 T NG QUAN V TÍN HI U ĐI N TIM ECG 4
2.1.1 Khái ni m về tín hi u đi n tim ECG 4
2.1.2 C u trúc gi i ph u và chức năng của tim 4
2.1.3 Nhịp tim 6
2.1.4 Các quá trình đi n h c của tim 6
2.1.5 Quá trình hình thành tín hi u đi n tim 6
2.1.5.1 Nhĩ đồ 6
2.1.5.2 Th t đồ 7
2.1.6 S hình thành các d ng sóng của tim 9
2.1.6.1 Tính d n truyền 9
2.1.6.2 Tính tr và các th i kì tr 9
2.1.6.3 Đi n tr ng của tim 10
2.1.7 Các thành ph n của tín hi u đi n tim ECG 10
Trang 72.1.9 Các ph ng pháp đo tín hi u ECG 14
2.1.9.1 Ph ng pháp Oscillometric 14
2.1.9.2 Ph ng pháp đi n tim đồ 14
2.1.9.3 Ph ng pháp h p thụ quang h c 15
2.1.10 Các lo i nhi u tác động đ n tín hi u đi n tim 15
2.2 LÝ THUY T V TÍN HI U S VÀ B L C S 17
2.2.1 T ng quan về tín hi u s 17
2.2.2 H x lý s 19
2.2.2.1 Mô t h x lý s 19
2.2.2.2 H x lý s đ quy và không đ quy 22
2.2.3 T ng quan về bộ l c s 22
2.3.3.1 Bộ l c thông th p LPF 23
2.3.3.2 Bộ l c thông cao HPF 25
2.3.3.3 Bộ l c thông d i BPF 25
2.3 T NG QUAN V CÔNG C MATLAB 25
2.3.1 Gi i thi u chung 25
2.3.2 L p trình trong matlab 26
2.3.2.1 M-File 26
2.3.2.2 Một s câu l nh c b n 30
2.3.3 Trình mô ph ng Simulink 34
2.3.4 Công cụ thi t k bộ l c s FDATool của Matlab 38
2.3.4.1 Gi i thi u ph ng pháp thi t k theo mô hình 38
2.3.4.2 T ng quan về hộp công cụ thi t k bộ l c s (FDATool) 39
2.3.4.3 Thi t k bộ l c s dụng giao di n FDATool 41
2.4 T NG QUAN V FPGA (ALTERA) VÀ PH N M M QUARTUS II 45
2.4.1 Lịch s ra đ i và phát triển của FPGA 45
2.4.2 Khái ni m FPGA 46
2.4.3 Ứng dụng FPGA 48
Trang 82.5.1 Gi i thi u 51
2.5.2 Kit DE2 Cyclone IV EP4CE115F29C7N 52
2.5.3 C p nguồn cho kit DE2 55
2.6 GI I THI U NGÔN NG VHDL 55
2.6.1 Gi i thi u 55
2.6.2 C u trúc một mô hình h th ng mô t bằng VHDL 57
2.6.3 Cú pháp và ng nghĩa 59
2.6.3.1 Đ i t ng trong VHDL 59
2.6.3.2 Kiểu d li u trong VHDL 61
CH NG 3: THI T K VÀ THI CÔNG 62
3.1 GI I THI U 62
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THI T K H TH NG 62
3.2.1 Thi t k s đồ kh i h th ng 62
3.2.2 Tính toán và thi t k bộ l c d ng FIR 62
3.2.2.1 K t c u cho các kiểu l c t n s d ng FIR: 62
3.2.2.2 C u hình t ng quát của bộ l c FIR 68
3.2.3 Thi t k bộ l c s d ng FIR theo ph ng pháp MBD 69
3.2.3.1 Xây d ng s đồ kh i 69
3.2.3.2 Thi t k , mô ph ng và chuyển mã VHDL 70
3.3 THI CÔNG H TH NG 80
3.3.1 Biên dịch ch ng trình trên Quartus II 80
3.3.2 S đồ kh i trên Quartus 83
3.3.3 Mô ph ng bộ l c dùng ModelSim 84
3.3.3.1 T ng quát về ph n mềm mô ph ng ModelSim 84
3.3.3.2 Mô ph ng m ch l c trên ModelSim 85
3.3.4 Th nghi m và kiểm tra 86
CH NG 4: K T QU - NH N XÉT - ĐÁNH GIÁ 87
4.1 K T QU 87
4.1.1 K t qu mô ph ng bộ l c trên Matlab 87
4.1.2 K t qu d ng sóng mô ph ng trên ModelSim 99
Trang 9CH NG 5: K T LU N VÀ H NG PHÁT TRIỂN 101
5.1 K T LU N 101
5.2 H NG PHÁT TRIỂN 101
TÀI LI U THAM KH O 102
PH L C 103
Trang 10LI T KÊ HÌNH
Hình 2.1 C u t o tim ng i 4
Hình 2.2 H th ng d n truyền tim 5
Hình 2.3 Kh c c tâm nhĩ và s hình thành sóng P 7
Hình 2.4 Kh c c vách liên th t và s hình thành sóng Q 7
Hình 2.5 D ng sóng tín hi u đi n tim 10
Hình 2.6 Máy đó huy t áp kỹ thu t s s dụng Oscillometric 14
Hình 2.7 Thu th p tín hi u ECG từ các đi n c c 14
Hình 2.8 D ng sóng của b nh thi u máu cục bộ c tim 17
Hình 2.9 S đồ kh i của h x lý s 20
Hình 2.10 S đồ kh i của h x lý s phức t p 20
Hình 2.11 Ký hi u ph n t cộng 21
Hình 2.12 Ký hi u ph n t nhân 21
Hình 2.13 Ký hi u ph n t nhân v i hằng s 21
Hình 2.14 Ký hi u ph n t tr đ n vị 22
Hình 2.15 S đồ kh i bộ l c thông th p d ng chính tắc 24
Hình 2.16 S đồ kh i bộ l c thông th p d ng chuyển vị 24
Hình 2.17 Giao di n trình mô ph ng Simulink 35
Hình 2.18 Kh i Sine Wave và thông s cài đ t 36
Hình 2.19 Kh i Scope và màn hình hiển thị 36
Hình 2.20 Kh i Random Source và thông s cài đ t 37
Hình 2.21 Kh i Sum và thông s cài đ t 37
Hình 2.22 Kh i Gain và thông s cài đ t 38
Hình 2.23 Giao di n thi t k của FDATool 41
Hình 2.24 Thông s kỹ thu t bộ l c thông th p 43
Hình 2.25 Đáp tuy n biên độ_ t n s pha của bộ l c thông th p 44
Hình 2.26 Chuyển thi t k trên FDATool sang mã VHDL 45
Hình 2.27 Ki n trúc t ng quan của FPGA 46
Hình 2.28 C u trúc SRAM FPGA (SRAM Logic Cell) 47
Hình 2.29 C u trúc của OTP FPGA (OTP Logic Cell) 47
Hình 2.30 Giao di n ph n mềm Quatus II 50
Hình 2.31 Kit DE2-115 Altera 52
Hình 2.32 Adapter 9V- 1.3A 55
Hình 3.1 S đồ kh i của h th ng 62
Hình 3.2 Đ c tính biên độ t n s của bộ l c thông th p lý t ởng 63
Hình 3.3 Đ c tính biên độ t n s của bộ l c thông cao lý t ởng 65
Hình 3.4 Đ c tính biên độ t n s của bộ l c thông d i lý t ởng 67