Đề tài: Mô phỏng bộ lọc nhiễu tín hiệu điện tim dùng Matlab, 9đ

B GIÁO D C & ĐÀO T O
TR NG Đ I H C S PH M K THU T TP. H CHÍ MINH
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
Tp. H Chí Minh – 01/2019

Trang i
TR NG ĐH SPKT TP. H CHÍ MINH
KHOA ĐI N-ĐI N T
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
H tên sinh viên: Tr n Thanh Lâm MSSV: 14141160
Tr n Phan Ái Mỹ MSSV: 14141200
Chuyên ngành: Đi n t công nghi p Mã ngành: 14941
H đào t o: Đ i h c chính quy Mã h : K14941
Khóa: 2014 L p: 14941DT
I. TÊN 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
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.
III. NGÀY GIAO NHI M V : 03/10/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 10/01/2019
V. H VÀ TÊN CÁN B H NG D N: ThS. Nguy n Thanh Nghĩa
CÁN B H NG D N BM. ĐI N T CÔNG NGHI P – Y SINH

Trang ii
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
L p: 14941DT MSSV: 14141160
H tên sinh viên 2: Tr n Phan Ái Mỹ
L p: 14941DT MSSV: 14141200
Tên đề 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
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
C NG HÒA XÃ H I CH NGHƾA VI T NAM
Đ C L P - T DO - H NH PHÚC
----o0o----

Trang iii
L 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 iv
L 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 v
M 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
2.1.8 Các d i t n trong tín hi u đi n tim ECG.................................................. 13

Trang vi
2.1.9 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
2.4.4 Ý nghĩa FPGA.......................................................................................... 48
2.4.5 Ph n mềm h tr thi t k Quatus II ......................................................... 49
2.5 T NG QUAN V KIT DE2 -115 ALTERA ................................................. 51

Trang vii
2.5.1 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
4.2 NH N XÉT – ĐÁNH GIÁ ............................................................................ 99

Trang viii
CH 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 ix
LI 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
Hình 3.5 C u hình t ng quát của bộ l c FIR đáp ứng xung h u h n............................68

Trang x
Hình 3.6 S đồ kh i chức năng của h th ng................................................................69
Hình 3.7 Thông s của bộ l c thông th p d ng FIR......................................................70
Hình 3.8 Thông s của bộ l c thông cao d ng FIR.......................................................71
Hình 3.9 Thông s của bộ l c thông d i d ng FIR........................................................71
Hình 3.10 Ch n ch độ l c thông th p cho kh i mô ph ng..........................................72
Hình 3.11 Kh i l c thông th p trong Simulink.............................................................72
Hình 3.12 Thi t l p mô ph ng l c nhi u thông th p ECG............................................73
Hình 3.13 Ch n ch độ thông cao cho kh i mô ph ng .................................................74
Hình 3.14 Kh i l c thông cao trong Simulink ..............................................................74
Hình 3.15 Thi t l p mô ph ng l c nhi u thông cao ECG .............................................75
Hình 3.16 Ch n ch độ thông d i cho kh i mô ph ng..................................................76
Hình 3.17 Kh i l c thông cao trong Simulink ..............................................................76
Hình 3.18 Thi t l p mô ph ng l c nhi u thông d i ECG..............................................77
Hình 3.19 Thi t l p mô ph ng l c nhi u ng u nhiên thông th p ECG .........................78
Hình 3.20 Chuyển mã VHDL theo s đồ kh i..............................................................79
Hình 3.21 Cài đ t chuyển mã VHDL từ FDATool .......................................................80
Hình 3.22 Thao tác add file trong quartus.....................................................................81
Hình 3.23 Ch y kiểm tra l i Analysis & Synthesis.......................................................82
Hình 3.24 Biên dịch l i ch ng trình............................................................................83
Hình 3.25 Giao di n v s đồ kh i................................................................................83
Hình 3.26 V s đồ kh i trong Block Diagram.............................................................84
Hình 3.27 Giao di n ph n mềm ModelSim version 6.5................................................85
Hình 3.28 Hộp tho i đ t tên project ModelSim ............................................................85
Hình 3.29 Hộp tho i add file cho project trong ModelSim...........................................85
Hình 3.30 Biên dịch file mô ph ng thành công ............................................................86
Hình 3.31 Quá trình t i c u hình xu ng FPGA.............................................................86
Hình 4.1 Các d ng sóng của h th ng bộ l c thông th p tr ng h p 1 ........................87
Hình 4.5 Các d ng sóng của h th ng bộ l c thông cao tr ng h p 1..........................90
Hình 4.9 Các d ng sóng của h th ng dùng bộ l c thông d i .......................................93
Hình 4.10 D ng sóng của h l c nhi u ng u nhiên dùng l c thông th p l n 1 .............94
Hình 4.11 Thi t l p mô ph ng l c nhi u ng u nhiên thông th p ECG có khu ch đ i..94

Trang xi
Hình 4.14 Thi t l p mô ph ng l c nhi u ng u nhiên thông cao ECG có khu ch đ i ...96
Hình 4.17 Thi t l p mô ph ng l c nhi u ng u nhiên thông d i ECG có khu ch đ i....97
Hình 4.18 D ng sóng của h l c nhi u ng u nhiên dùng l c thông d i l n 1 ...............98
Hình 4.19 D ng sóng của h l c nhi u ng u nhiên dùng l c thông d i l n 2 ...............98
Hình 4.20 D ng sóng mô ph ng trên ModelSim...........................................................99
LI T KÊ B NG
Bảng 2.1 Cấu trúc của bộ lọc có đáp tuyến xung hữu hạn ...........................................40

Trang xii
DANH M C CÁC T VI T T T
FPGA : Field – Program Gate Array
LPF : Low Pass Filter
HPF : High Pass Filter
BPF : Band Pass Filter
PLD : Programmable Logic Device
ASIC : Application-specific Integrated Circuit
GPIO : General Purpose Input Output
SPI : Serial Peripheral Interface
PWM : Pulse-width modulation
IFT : Interfacial Tension
DSP : Digital signal processing

CH NG 1. T NG QUAN
B MÔN ĐI N T CÔNG NGHI P – Y SINH Trang 1
CH NG 1: T NG QUAN
1.1 ĐẶT V N Đ
X lý tín hi u s (Digital Dignal Processing – DSP), hay t ng quát h n là x lý tín
hi u r i r c theo th i gian (Discrete-Time Signal Processing), là vi c x lý một tín hi u
vào b t kỳ để thu đ c tín hi u ra mong mu n, nhằm đ t mục đích nh t định. X lý tín
hi u ngày càng đóng vai trò quan tr ng trong nhiều ngành khoa h c và kỹ thu t, là động
l c thúc đ y s ti n bộ của nhiều ngành kỹ thu t cao nh : vi n thông, đa ph ng ti n,
cũng nh góp ph n quan tr ng trong các lĩnh v c khác nh quân s , y h c, … Cùng v i
s bùng n của ngành công nghi p đi n t hi n nay, công ngh x lý tín hi u s DSP
cũng bùng n nhanh chóng và r t phát triển. Có thể nói, x lý tín hi u s là nền t ng cho
m i lĩnh v c và ch a có s biểu hi n bão hòa trong s phát triển của nó, v y nên, ngày
nay, có nhiều ph n mềm (Matlab, Scilab, …) cũng nh ph n cứng (PC, Vi điều khiển,
Arduino, FPGA, …) đ c dùng để x lý tín hi u s [1].
Công ngh FPGA (Field – Program Gate Array) là vi m ch dùng c u trúc m ng
ph n t logic mà ng i dùng có thể l p trình đ c. FPGA chứa các logic cells th c hi n
các m ch logic đ c k t n i v i nhau bởi ma tr n k t n i và chuyển m ch l p trình đ c.
Thi t k hay l p trình cho FPGA đ c th c hi n chủ y u bằng các ngôn ng mô t ph n
cứng HDL, VHDL, VERILOG, … FPGA đ c xem nh một lo i vi m ch bán d n có
nhiều u điểm h n hẳn các lo i bán d n xu t hi n tr c đó nh có tính linh động đ i
v i ng i dùng, giúp phát triển các gi i pháp t t h n mà không phụ thuộc vào ph n cứng
của nhà s n xu t, ngoài ra, FPGA còn có thể tái c u trúc l i khi đang s dụng: ngoài kh
năng tái c u trúc vi m ch toàn cục, một s FPGA hi n đ i còn h tr tái c u trúc cục bộ,
tức kh năng tái c u trúc một bộ ph n riêng lẻ trong khi v n đ m b o ho t động bình
th ng cho các bộ ph n khác, công đo n thi t k đ n gi n, do v y chi phí gi m, rút ngắn
th i gian [1-2].
Tr c đó, đã có một s đề tài nghiên cứu về X lý tín hi u s dùng FPGA nh :
“Thi t k bộ l c tín hi u s trên công ngh FPGA v i công cụ Matlab và EDA của
XILINX” [3], “Thi t k trên FPGA để lo i ồn cho tín hi u ECG nh bi n đ i sóng con”
[4], “Thi t k bộ l c s trên dsPIC ứng dụng trong vi c x lý đi n tâm đồ” [5]. Cụ thể,
đề tài [3] dùng Matlab để thi t k bộ l c tín hi u s d ng FIR, dùng kit FPGA của hãng

CH NG 1. T NG QUAN
Xilinx và ngôn ng VHDL để x lý tín hi u s . Công trình [4] dùng phép bi n đ i
wavelet r i r c (Discrete Wavelet Transform – DWT) để x lý tín hi u ECG, theo th i
gian th c, trên nền FPGA hãng Xilinx. Bên c nh đó, vi c s dụng Vi x lý
dsPIC30F3012 để thi t k bộ l c thông th p và l c thông ch n nhằm l c nhi u cho tín
hi u ECG cũng đã đ c nghiên cứu trong đề tài [5].
Từ nh ng c sở lý thuy t đã tìm hiểu và nh ng công trình nghiên cứu tr c đó, thêm
vào đó là nhu c u về l c nhi u tín hi u ECG, nhóm quy t định ch n đề tài: “THI T K ,
MÔ PH NG B L C NHI U TÍN HI U ĐI N TIM DÙNG MATLAB VÀ CHUYỂN
MÃ VHDL”.
1.2 M C TIÊU
Xây d ng một bộ l c s trên nền t ng FPGA để l c nhi u tín hi u đi n tim ECG
nhằm đem l i tín hi u xác th c nhằm h tr t t h n cho vi c khám ch a b nh. Trong
đó, FPGA đ c xem nh là ph n cứng v i chức năng th c thi bộ l c nhi u cho tín hi u
đi n tim, còn Matlab đ c s dụng nh một công cụ để thi t k và mô ph ng bộ l c
nhằm đánh giá kh năng th c hi n trong th c t .
1.3 N I DUNG NGHIÊN C U
• N I DUNG 1: Nghiên cứu t ng quan về FPGA, ngôn ng VHDL, tín hi u ECG,
các bộ l c thông cao, thông th p, thông d i.
• N I DUNG 2: Nghiên cứu về kit FPGA Altera – DE2-115.
• N I DUNG 3: Thi t k bộ l c và mô ph ng trên Matlab.
• N I DUNG 4: Mô ph ng và th c thi bộ l c trên kit FPGA Altera – DE2-115.
• N I DUNG 5: Ch y th nghi m h th ng.
• N I DUNG 6: Chỉnh s a các l i l p trình và l i của các thi t bị.
• N I DUNG 7: Vi t lu n văn.
• N I DUNG 8: Báo cáo đề tài t t nghi p.
1.4 GI I H N
• Thi t k bộ l c thông th p, thông cao và thông d i cho tín hi u ECG.
• Kho ng t n s bộ l c dao động từ 50–120Hz.
• Nền t ng ph n cứng th c thi bộ l c dùng kit FPGA Altera – DE2-115.
1.5 B C C

CH NG 1. T NG QUAN
• Ch ng 1: T ng Quan
Ch ng này trình bày đ t v n đề d n nh p lý do ch n đề tài, mục tiêu, nội dung
nghiên cứu, các gi i h n thông s và b cục đồ án.
• Ch ng 2: C Sở Lý Thuy t
Ch ng này gi i thi u các lý thuy t liên quan, các linh ki n, thi t bị, ph n cứng
s dụng thi t k .
• Ch ng 3: Thi t k và thi công h th ng
Ch ng này tính toán thi t k h th ng, thi t k s đồ kh i, chức năng từng kh i
và th c thi ch ng trình trên FPGA.
• Ch ng 4: K t Qu , Nh n Xét, Đánh Giá
Ch ng này nêu k t qu đã đ t đ c, nh n xét đánh giá h th ng.
• Ch ng 5: K t Lu n và H ng Phát Triển
Ch ng này trình bày nh ng gì đã đ t đ c và ch a đ t đ c so v i mục tiêu
ban đ u, nêu h ng phát triển.

CH NG 2. C S LÝ THUY T
CH NG 2: C S LÝ THUY T
2.1 T NG QUAN V TÍN HI U ĐI N TIM ECG
2.1.1 Khái ni m v tín hi u đi n tim ECG
Một trong các tín hi u đi n sinh h c quan tr ng và kinh điển nh t ứng dụng trong
vi c ch n đoán và điều trị b nh là tín hi u đi n tim đồ (hay còn g i là đi n tâm đồ, ti ng
Anh: Electrocardiogram hay th ng g i tắt là ECG hay EKG).
ECG là tín hi u đi n thu đ c từ các đi n c c gắn lên c thể ng i để đo các ho t
động của tim ng i. Khi tim đ p tác dụng lên các đi n c c t o ra các xung đi n. Thông
th ng các xung đi n này r t nh do đó c n ph i khu ch đ i lên rồi m i đ c x lí. Tín
hi u đi n tim đ c đ c tr ng bởi các d ng sóng đ c ký hi u P, Q, R, S, T và U [2, 3].
Do trái tim trong h tu n hoàn là bộ ph n có c u t o hoàn toàn bằng c . M i khi
co l i trong quá trình b m máu, nó s t o ra một đi n tr ng sinh h c và truyền qua kh i
d n liên h p từ ng c, bụng t i bề m t da. Vì th , chúng ta có thể đo đ c s chênh l ch
đi n th sinh h c này từ b t kỳ 2 điểm nào trên bề m t da. Tín hi u thu đ c t i m i c p
2 điểm này đ c g i là một đ o trình của tín hi u đi n tim đồ. Biên độ và d ng sóng của
tín hi u ECG phụ thuộc vào c p đi n c c đ c đ t ở đâu trên bề m t da của b nh nhân.
2.1.2 C u trúc gi i ph u và ch c năng c a tim
Hình 2.1 Cấu tạo tim người
Tim là một t chức c r ng gồm 4 buồng. Bên ngoài đ c bao b c bởi một túi s i
g i là bao tim, bên trong đ c c u t o bằng c tim có vách ngăn chia tim thành hai n a

riêng bi t g i là tim trái và tim ph i. Tim trái b m máu ra ngo i vi, còn tim ph i b m
máu lên ph i. M i n a tim l i đ c chia ra thành hai buồng, buồng trên là tâm nhĩ có
thành m ng làm nhi m vụ chứa máu, buồng d i là tâm th t có thành dày, kh i c l n
giúp cung c p l c đ y máu đi đ n các bộ ph n. Gi a tâm nhĩ và tâm th t có van nhĩ th t,
gi a tâm th t trái và động m ch chủ, tâm th t ph i và động m ch ph i có van bán nguy t.
Các van này đ m b o cho máu chỉ di chuyển theo một chiều từ tâm nhĩ xu ng tâm th t,
từ tâm th t xu ng động m ch chứ không cho đi ng c l i, nh v y đ m b o đ c s
tu n hoàn máu.
Ngoài ra, tim còn có một c u trúc đ c bi t th c hi n chức năng phát và d n
truyền xung đ c g i là h d n truyền. H th ng d n truyền gồm:
+ Nút xoang nhĩ (SAN): là nút t o nhịp cho toàn bộ trái tim, nằm ở c tâm nhĩ
ph i, phát xung v i t n s kho ng 120 l n/phút.
+ Các đ ng liên nút: nằm ở gi a nút xoang nhĩ và nút nhĩ th t, th c hi n chức
năng d n truyền các xung động gi a nút xoang nhĩ và nút nhĩ th t.
+ Nút nhĩ th t (AVN): nằm ở bên ph i vách liên nhĩ, gi nhi m vụ làm ch m d n
truyền tr c khi các xung động đ c truyền xu ng th t v i t n s kho ng 50-60
l n/phút.
+ Bó His: bắt đ u từ nút nhĩ th t đ n vách liên th t thì chia thành hai nhánh trái và
ph i ch y d i nội tâm m c hai th t để d n truyền xung động đ n hai th t, t i đây,
chúng phân nhánh thành m ng l i Purkinje ch y gi a các s i c tim giúp d n
truyền xung động xuyên qua các thành của th t. Bó His phát xung kho ng 30-40
l n/phút.
Hình 2.2 Hệ thống dẫn truyền tim

2.1.3 Nh p tim
Nhịp tim là s nhịp đ p của tim trên một đ n vị th i gian, th ng đ c tính bằng
s nhịp/phút. Nhịp tim có thể thay đ i theo nhu c u h p thụ Oxi và bài ti t CO2 của c
thể, ví dụ nh lúc t p thể dục và lúc ngủ.
Tim là t chức c r ng, t i đó s co bóp một cách tu n t các c s t o ra áp l c
đ y máu đi qua các bộ ph n khác nhau trên c thể. M i nhịp tim đ c kích thích bởi
xung đi n từ các t bào nút xoang t i tâm nhĩ. Các xung đi n truyền đ n các bộ ph n
khác của tim và làm cho tim co bóp. Vi c ghi tín hi u đi n tim là ghi l i các tín hi u
đi n này (tín hi u ECG).
2.1.4 Các quá trình đi n h c c a tim
Năng l ng chuyển hóa đ c s dụng để t o ra môi tr ng trong giàu Kali nh ng
ít Natri so v i thành ph n ngo i bào Natri cao và Kali th p. Do có s không cân bằng
tồn t i đi n th tĩnh trên màng t bào, bên trong chừng 90mV so v i bên ngoài. Khi t
bào bị kích thích (bằng cách cho dòng đi n v n làm tăng t m th i th ngang màng), các
tính ch t của màng thay đ i theo chu trình, pha thứ nh t của nó là độ th m m nh đ i v i
Natri, dòng Natri l n (s m) ch y vào trong do các gradient khu ch tán và đi n.
Dòng ch y t o ra dòng đi n. Trong khi di chuyển ti p, t bào về c b n có tính
ch t nh nguồn l ỡng c c đi n. Dòng Natri chuyển ti p này chịu trách nhi m về dòng
m ch đi n nội t i và là một ph n của dòng đi n đó. Theo cách này, ho t động mở rộng
ti p t i các t bào lân c n. Khi màng hồi phục (trở về các tính ch t nghỉ), th tác động
của t bào k t thúc và nó trở l i tr ng thái nghỉ và có kh năng đ c tái kích thích. Nói
một cách ngắn g n khi có dòng Natri, Kali ch y qua màng tim thì có đi n th đ c sinh
ra.
2.1.5 Quá trình hình thành tín hi u đi n tim
2.1.5.1 Nhƿ đ
Tim ho t động đ c nh vào một xung động truyền qua một h th ng th n
kinh t kích của tim. Đ u tiên, nút xoang nhĩ s phát xung t động, xung động t a
ra làm c nhĩ kh c c tr c. Sóng kh c c có h ng chung là từ trên xu ng d i,
từ ph i sang trái và h p v i ph ng ngang một góc 490
. Đ t sóng này đ c máy
ghi đi n tim ghi l i v i d ng một sóng d ng, đ n, th p, nh và có biên độ kho ng
0,25mV g i là sóng P (hình 2.3)

2.1.5.2 Th t đ
Ngay khi nhĩ còn đang kh c c thì xung động đã bắt đ u truyền vào nút nhĩ
th t xu ng th t và hai nhánh bó His xu ng kh c c th t. Sóng kh c c h ng từ
gi a m t trái đi xuyên qua m t ph i của vách liên th t. Máy s ghi nh n đ c một
sóng âm nh , g n g i là sóng Q (hình 2.4).
Xung ti p tục truyền xu ng và ti n hành kh c c đồng th i c hai tâm th t theo
h ng xuyên qua bề m t dày c tim, từ d i nội tâm m c ra d i th ng tâm m c. Véc-
t kh c c h ng từ ph i sang trái và máy ghi nh n đ c một làn sóng d ng, cao và
nh n g i là sóng R. Sau cùng, xung động truyền xu ng và kh c c vùng đáy th t. Véc-
t kh c c h ng từ trái sang ph i, máy s ghi nh n đ c một sóng âm, nh và nh n
Hình 2.3 Khử cực tâm nhĩ và sự hình thành sóng P
Hình 2.4 Khử cực vách liên thất và sự hình thành sóng Q

g i là sóng S (hình 2.5).
Sau khi th t kh c c xong s qua th i kỳ tái c c ch m. Giai đo n này đ c thể
hi n trên đi n tâm đồ bằng một đ ng đẳng đi n g i là đo n S – T (hình 2.6). Sau đó là
th i kỳ tái c c nhanh t o nên sóng T. Tái c c có h ng xuyên qua c tim, từ l p d i
th ng tâm m c vào l p d i nội tâm m c. Véc-t tái c c có h ng từ trên xu ng d i
và từ ph i sang trái t o ra một sóng d ng, th p, không đ i xứng mà có s n lên thoai
Hình 2.6 Tái cực tâm thất và sự hình thành sóng T
Hình 2.5 Khử cực ở tâm thất và sự hình thành sóng R, S

tho i h n và s n xu ng d c đứng h n g i là sóng T. Sau khi k t thúc sóng T còn có
thể th y đ c một sóng ch m nh g i là sóng U đ c tr ng cho giai đo n tái c c muộn.
2.1.6 S hình thành các d ng sóng c a tim
2.1.6.1 Tính d n truy n
Tim là một kh i c r ng gồm 4 buồng, dày m ng không đều nhau, c u trúc phức
t p làm cho tín hi u đi n của tim phát ra th c ch t là t ng h p của các s i c tim, phức
t p h n của một t bào hay một s i c .
Nút SA là một chùm nh t bào (kho ng 3x10 mm) nằm ở cu i thành của tâm nhĩ,
ngay d i điểm gắn vào của tĩnh m ch trên (đóng vai trò khởi phát). Nó cung c p tín
hi u kích thích truyền xung ra c nhĩ làm cho nhĩ kh c c, nhĩ bóp tr c đ y máu xu ng
th t. V n t c truyền đ i v i th động năng của nút SA là kho ng 30cm/s trong mô tâm
nhĩ. Sau đó nút nhĩ th t Tawara (AV node: Aschoff - Tawara node) nh ti p nh n xung
động s truyền qua bó His. Có một bộ dãy mô chuyên bi t nằm gi a nút SA và AV, ở
đó v n t c truyền nhanh h n v n t c trong mô tâm nhĩ kho ng 51cm/s, con đ ng truyền
d n bên trong này mang tín hi u đ n các tâm th t. Do tâm th t ph i ho t động đáp ứng
l i một động năng tr c khi tâm nhĩ r ng nên ở mức động năng 45cm/s s đ t đ n nút
AV trong kho ng 30 đ n 50ms sau khi phóng từ nút SA. Sau đó nút AV ho t động gi ng
nh một gi i h n hoãn nhằm làm ch m l i ph n đ n tr c của th động năng cùng v i
h th ng d n đi n bên trong h ng đ n các tâm th t.
Xung truyền qua hai nhánh c tâm th t nh m ng l i Purkinje và làm kh c c
tâm th t. Lúc này th t đã đ y máu s bóp m nh và đ y máu ra ngoài. Tính d n đ ng
các s i Purkinje r t nhanh. Th động năng ch y qua kho ng cách gi a các nút SA và
AV là kho ng 40ms và bị làm ch m l i bởi nút AV kho ng 100ms sao cho kích ho t các
ngăn d i có thể đồng bộ v i ph n tr ng của các ngăn trên. Vi c d n vào các chùm
nhánh thì khá nhanh gi định cho 60ms khác v n đ n các s i Purkinje xa nh t.
2.1.6.2 Tính tr và các th i kì tr
Tính ch t chính của t bào c (phụ trách truyền d n) liên quan đ n s hình thành
chứng lo n nhịp là s tr (không ph n ứng) đ i v i kích thích trong một giai đo n xác
định nào đó. Kho ng th i gian này đ c g i là chu kì tr .
Trong su t chu kì tr , các t bào tái c c. M t độ ion K+
, Na+
bên trong và c bên
ngoài thay đ i do các ion trên di chuyển qua màng t bào để t o đi n th nghỉ.

Chu kì trơ có thể chia làm hai phần:
+ Giai đo n đ u ngay l p tức theo sau giai đo n kh c c, t bào hoàn toàn không
ph n ứng l i v i kích thích bên ngoài và đ c g i là giai đo n tr tuy t đ i (ARP
- Absolute Refractory Period).
+ Giai đo n sau là giai đo n s kh c c có thể th c hi n đ c m c dù đi n th t ng
đ i khá nh nên xung không đủ lan ra các t bào bên c nh. Trong giai đo n này, t
bào đ c g i là tr t ng đ i (RRP - Relative Refractory Period).
2.1.6.3 Đi n tr ng c a tim
S lan truyền xung trong tim và ở môi tr ng trung gian từ tim đ n da cũng nh
hình d ng bề m t c thể.
Xét phân b đi n th : Gi s c thể là môi tr ng d n đi n và đi n môi không
đồng nh t. Đi n th s tăng trong các mô d n truyền của c tim trong lúc kh c c và tái
c c. S phân b đi n th có thể đ c xem t ng đ ng v i s phân b đi n tr ng.
Theo tính ch t của đi n tr ng, m i điểm của c thể có một véc-t m t độ dòng đi n.
Tim nằm trong một ch t không đồng nh t l n vô h n có cùng độ d n truyền. Trong
tr ng h p ch t trung gian có gi i h n, các điểm trên bề m t có véc-t m t độ dòng đi n
khác nhau nên xem nh c u trúc của tim là một dipole. Giá trị tức th i mô-men đi n (E)
trong một chu kỳ làm vi c của tim t o một đ ng cong không gian phức t p khép kín.
Lúc đó đi n tr ng của tim đ c biểu di n bằng nh ng đ ng đẳng áp.
Vì th đi n th tim có thể đo gián ti p nh các đi n c c đ t lên nh ng điểm xác
định trên bề m t c thể. N u nh ta đ t tim vào trong một h t a độ vuông góc ba chiều
thì hình chi u đ ng cong của không gian này lên c ba m t phẳng đều có d ng ba
đ ng cong có tên là P, QRS, T. Véc-t t o đ ng cong trên m t phẳng chính di n này
bằng chính véc-t đi n tim. Ph ng pháp này đ c g i là đi n tim đồ.
2.1.7 Các thành ph n c a tín hi u đi n tim ECG
Trong hình 2.5 là tín hi u ECG gồm các thành ph n:
Hình 2.5 Dạng sóng tín hiệu điện tim

• Sóng P: thể hi n quá trình kh c c ở tâm nhĩ trái và ph i, sóng P có d ng một
đ ng cong đi n th d ng, kéo dài kho ng 0.06 đ n 0.1 giây.
• Đoạn PR: là đo n từ điểm bắt đ u sóng P đ n tr c điểm bắt đ u phức QRS. Nó
bao gồm th i gian kh c c tâm nhĩ và d n đ n nút AV. Đo n PR kéo dài kho ng 0.12
đ n 0.2 giây.
• Phức QRS: thể hi n quá trình kh c c tâm th t, kéo dài kho ng 0.04 đ n 0.1 giây.
Phức QRS chia ra ba tr ng thái là Q, R và S.
• Đoạn ST: từ lúc k t thúc quá trình kh c c tâm th t đ n tr c qua trình tái phân
c c. Điểm bắt đ u g i là điểm J, điểm k t thúc g i là điểm ST.
• Sóng T: thể hi n quá trình tái phân c c tâm th t. Vì quá trình này có t c độ ch m
h n kh c c nên sóng T rộng và có độ d c th p.
• Sóng U: hi n nay nguồn g c hình thành sóng này ch a đ c xác định rõ ràng vì
th ít đ c đề c p t i.
M i thành ph n này có đ c tr ng riêng, đáp ứng riêng nh ng có chung đ c điểm
đều là các hi n t ng đi n sinh v t. Hi n t ng đi n sinh v t là quá trình hoá lý, hoá
sinh phức t p x y ra bên trong và ngoài màng t bào.
- Nhƿ đ :
Xung động đi từ nút xoang (ở nhĩ ph i) s t a ra làm kh c c c nhĩ v i h ng
chung là từ trên xu ng d i và từ ph i sang trái. Nh v y véc-t kh c c nhĩ s có
h ng từ trên xu ng d i và từ ph i sang trái, t o v i đ ng ngang một góc +490
và
còn g i là trục đi n nhĩ, t o đ c một làn sóng d ng th p, nh v i th i gian kho ng từ
0,05s → 0,1s g i là sóng P. Do đó, trục đi n nhĩ l i còn có tên g i là trục sóng P.
Khi nhĩ tái c c, nó có phát ra dòng đi n ghi lên máy bằng một sóng âm nh g i là
sóng Ta (auricular T). Ngay lúc này cũng xu t hi n kh c c th t (QRS) v i đi n th
m nh h n nhiều nên trên đi n tim đồ thông th ng ta không nhìn th y đ c sóng Ta
n a. Tóm l i, nhĩ đồ có nghĩa là s ho t động của nhĩ chỉ thể hi n lên đi n tim bằng một
làn sóng chính là sóng P [1].
- Th t đ :
• Khử cực: X y ra ngay khi nhĩ đang còn kh c c rồi bắt vào nút nhĩ-th t rồi truyền
qua th t và hai nhánh bó His xu ng kh c c th t. Vi c kh c c này bắt đ u từ ph n gi a
m t trái vách liên th t xuyên sang m t ph i vách này, t o ra một véc-t kh c c đ u tiên

h ng từ trái sang ph i, t o ra một làn sóng âm nh , nh n, g i là sóng Q.
Xung truyền xu ng và ti n hành kh c c đồng th i c hai tâm th t theo h ng
xuyên qua bề m t dày c tim, từ l p d i nội tâm m c ra d i th ng tâm m c. Lúc này
véc-t kh c c h ng nhiều về bên trái h n vì th t trái dày h n vì tim nằm nghiêng
h ng trục gi i ph u về bên trái. Véc-t kh c c lúc này h ng từ ph i sang trái và máy
ghi đ c một làn sóng d ng cao, nh n, g i là sóng R.
Sau đó, kh c c vùng đáy th t l i h ng từ trái sang ph i, t o một véc-t h ng
từ trái sang ph i: ghi đ c một làn sóng âm, nh , nh n, g i là sóng S.
Tóm l i, kh c c th t bao gồm ba làn sóng cao, nh n Q, R, S bi n thiên phức t p
nên đ c g i là phức bộ QRS (QRS complex). Vì nó có sức đi n động t ng đ i l n l i
bi n thiên nhanh trong một th i gian ngắn (chỉ kho ng 0.07s) nên còn g i là phức bộ
nhanh, c n chú ý là trong phức bộ nhanh, sóng chính l n nh t là sóng R.
N u ta đem t ng h p 3 véc-t kh c c Q, R, S ở trên l i, ta s đ c một véc-t
kh c c trung bình có h ng từ trên xu ng d i và từ ph i sang trái, t o v i đ ng
ngang một góc kho ng 85°, véc-t đó còn đ c g i là trục đi n trung bình của tim, hay
g i tắt là trục đi n tim, trục QRS.
• Tái cực: Th t kh c c xong s qua th i kỳ tái c c ch m, thể hi n trên đi n tâm
đồ bằng một đo n thẳng đồng đi n g i là đo n ST, sau đó đ n th i kỳ tái c c nhanh.
Tái c c có h ng xuyên qua c tim, từ l p d i th ng tâm m c vào l p d i nội
tâm m c. Tái c c ng c chiều v i kh c c do nó ti n hành đúng vào lúc tim co bóp v i
c ng độ m nh nh t, làm cho l p c tim d i nội tâm m c bị l p ngoài nén quá m nh
nên tái c c muộn đi. Trái v i kh c c, tái c c ti n hành từ vùng đi n d ng t i vùng
đi n âm. Véc-t tái c c h ng từ trên xu ng d i và từ ph i sang trái làm phát sinh một
làn sóng d ng th p g i là sóng T [1].
Sóng T không đ i xứng, mà có s n lên tho i h n và s n xu ng d c đứng h n.
Th i gian của nó r t dài nên nó đ c g i là sóng ch m. Sau khi T k t thúc, có thể còn
th y một sóng ch m nh g i là sóng U. Ng i ta cho rằng sóng U là một giai đo n muộn
của tái c c, vì th trong nhiều tr ng h p không xét đ n.
Tóm l i, th t đồ có thể đ c chia làm hai giai đo n:
+ Giai đo n kh c c, bao gồm phức bộ QRS và còn đ c g i là pha đ u.
+ Giai đo n tái c c, bao gồm ST và T (và c sóng U), đ c g i là pha cu i.

2.1.8 Các d i t n trong tín hi u đi n tim ECG
D ng sóng ECG là một trong nh ng d ng sóng quan tr ng nh t khi theo dõi b nh
nhân. Các thi t bị khác nhau s theo dõi các đ o trình đi n tim khác nhau. Máy đi n tim
chuyên dụng có thể theo dõi đ y đủ 12 đ o trình. Máy thông th ng n u s dụng 3 đi n
c c thì theo dõi đ c 3 đ o trình, dùng 5 đi n c c thì theo dõi đ c 7 đ o trình.
Ph t n s của tín hi u đi n tim chu n nằm từ 0,05Hz đ n 100Hz, tuy nhiên tùy
từng ứng dụng mà ng i ta quan tâm đ n từng d i ph nh t định. Đa s b nh t t liên
quan đ n tim m ch để có đủ thông tin cho ch n đoán của bác sĩ thì vùng ph th ng từ
0,5Hz đ n 80Hz, một vài b nh c c kỳ đ c bi t thì nằm ở vùng ph đ n 100Hz và cao
h n.
Xét các kho ng t n s cụ thể trong bi n thiên nhịp tim:
+ Độ l n bi n thiên nhịp tim ở dãy t n s cao (HF), nằm trong kho ng 0.15 – 0.4 Hz,
độ dài chu kỳ 2.5 – 6 giây. Biểu hi n ho t động th n kinh đ i giao c m trong điều
hoà hô h p.
+ Độ l n bi n thiên nhịp tim ở dãy t n s th p (LF), nằm trong kho ng 0.04 – 0.15
Hz, độ dài chu kỳ > 6 giây. Biểu hi n ho t động th n kinh giao c m và th n kinh
đ i giao c m. Tuy v y, khi tăng LF, ng i ta th ng th y s thay đ i ho t tính
giao c m. Vùng này cũng biểu hi n k t qu tác động của ph n x thụ thể áp l c và
quá trình điều hoà huy t áp.
+ Độ l n bi n thiên nhịp tim ở dãy t n s r t th p (VLF), nằm trong kho ng 0.003 –
0.04 Hz, độ dài chu kỳ > 25 giây. Vùng này biểu hi n c ch điều hoà của th n
kinh giao c m và th n kinh đ i giao c m lên quá trình điều hoà thân nhi t.
+ Độ l n bi n thiên nhịp tim ở dãy t n s c c th p (ULF), nằm trong kho ng 0- 0.003
Hz, độ dài chu kỳ > 5 gi . Vùng này biểu hi n mức tiêu thụ oxy trong ho t động
thể l c.
- T ng độ l n bi n thiên nhịp tim trên các d i t n s (TF), từ 0 – 0.4Hz. Đáp ứng t n s
của th n kinh đ i giao c m biểu thị trên c d i rộng t n s trong khi th n kinh giao c m
biểu thị ở vùng t n s th p d i 0.15Hz.
Trong vùng t n s tín hi u đi n tim thu đ c bị nh h ởng bởi r t nhiều lo i nhi u
nh nhi u nguồn đi n 50Hz từ m ng đi n công, nhi u t n s cao do các rung động của
c bắp, nhi u t n s th p gây trôi tín hi u do nhịp thở, nhi u do ti p xúc không t t gi a

b nh nhân và đi n c c, …
2.1.9 Các ph ng pháp đo tín hi u ECG
2.1.9.1 Ph ng pháp Oscillometric
Ph ng pháp này th ng ph i đo nhịp tim chung v i huy t áp. D a trên c m bi n
áp su t gắn vào bắp tay ng i c n đo (n i có động m ch ch y qua), d a vào s thay đ i
l u l ng máu ch y qua động m ch thu đ c tín hi u đi n. Tín hi u đi n thu đ c từ
c m bi n áp su t thay đ i đồng bộ v i tín hi u nhịp tim. Chu kỳ thay đ i của tín hi u
này bằng đúng chu kỳ tín hi u nhịp tim. Từ đó thu đ c tín hi u đi n tim.
2.1.9.2 Ph ng pháp đi n tim đ
Chính vì c u trúc đ c tr ng và các đ c điểm của tim mà đi n th tim có thể đo gián
ti p nh các đi n c c đ t lên nh ng điểm xác định trên bề m t c thể. N u nh ta đ t
tim vào trong một h t a độ vuông góc ba chiều thì hình chi u đ ng cong của không
gian này lên c ba m t phẳng đều có d ng ba đ ng cong có tên là P, QRS, T (và có thể
có sóng U). Véc-t t o đ ng cong trên m t phẳng chính di n này bằng chính véc-t
đi n tim. Các tín hi u thu đ c từ các đi n c c s đ c x lý và hiển thị trên máy đo
đi n tim.
Hình 2.6 Máy đó huyết áp kỹ thuật số sử dụng Oscillometric
Hình 2.7 Thu thập tín hiệu ECG từ các điện cực

2.1.9.3 Ph ng pháp h p th quang h c
Khi tim đ p, máu s đ c đ y đi khắp c thể qua động m ch, t o ra s thay đ i về
áp su t trên thành động m ch và l ng máu ch y qua động m ch. Vì v y, ta có thể đo
nhịp tim bằng cách đo nh ng s thay đ i đó.
Khi l ng máu trong thành động m ch thay đ i s làm thay đ i mức độ h p thụ
ánh sáng của động m ch, do đó khi một tia sáng đ c truyền qua động m ch thì c ng
độ ánh sáng sau khi truyền qua s bi n thiên đồng bộ v i nhịp tim.
Khi tim giãn ra, l ng máu qua động m ch nh nên h p thụ ít ánh sáng, ánh sáng
sau khi truyền qua động m ch có c ng độ l n. Ng c l i khi tim co vào, l ng máu
qua động m ch l n h n, ánh sáng sau khi truyền qua động m ch s có c ng độ nh
h n.
Ánh sáng sau khi truyền qua ngón tay gồm 2 thành ph n AC và DC:
+ Thành ph n DC đ c tr ng cho c ng độ ánh sáng c định truyền qua mô, x ng
và tĩnh m ch.
+ Thành ph n AC đ c tr ng cho c ng độ ánh sáng thay đ i khi l ng máu thay đ i
truyền qua động m ch, t n s của tín hi u này đồng bộ v i t n s nhịp tim.
⇒ V y n u ta l c b thành ph n DC s thu đ c tín hi u AC đồng bộ v i tín hi u nhịp
tim. Trong ba ph ng pháp này thì đo nhịp tim bằng ph ng pháp h p thụ quang ph
bi n h n vì nguyên lý d hiểu, d th c hi n và k t qu t ng đ i chính xác.
2.1.10 Các lo i nhi u tác đ ng đ n tín hi u đi n tim
Tín hi u đi n tim là d ng tín hi u có biên độ nh nên r t d bị nh h ởng bởi các
lo i nhi u khác nhau. Có thể kể đ n các lo i nhi u nh : nhi u từ m ng cung c p đi n,
nhi u sóng c do b nh nhân m t bình tĩnh khi đo gây ra, nhi u do ti p xúc không t t
gi a đi n c c và b nh nhân, nhi u do tồn t i 2 nguồn t o tín hi u đi n tim trong cùng
một c thể nh ghép tim ho c mang thai, nhi u t n s cao do các rung động của c bắp,
nhi u t n s th p gây trôi tín hi u do nhịp thở…Tuy nhiên qua kh o sát và th c nghi m
ng i ta th y rằng l c nhi u từ m ng đi n công nghi p là c n thi t nh t vì tính ph bi n
cũng nh khó kiểm soát của nó. Các lo i nhi u còn l i có d i t n n định nên có thể l c
b bằng các bộ l c c định. D i đây chỉ xin gi i thi u một vài lo i nhi u th ng g p
trong y t :
* Nhi u do ti p xúc kém gi a đi n c c và b nh nhân:

Nguyên nhân của lo i nhi u này chủ y u là do ti p xúc kém gi a đi n c c và da.
Bề m t của da r t gồ ghề, l p biểu bì có c các t bào ch t, bụi b m…Bên c nh đó, mồ
hôi luôn đ c ti t ra ngoài theo l chân lông, mà lông m c từ d i da, mang theo các
ion t o nên đi n th ti p xúc. L p ti p xúc mang đi n th này nh h ởng đ n các đi n
th thu đ c trong tín hi u đi n tim gây ra nhi u.
* Nhi u do run c :
Khi đo đi n tâm đồ b nh nhân lo s , căng thẳng s gây run c t o nên nhi u sóng
c . Lo i nhi u này có d i t n từ 20Hz - 30Hz nên có thể l c b bằng bộ l c chắn d i.
* Nhi u t n s 50Hz t m ng đi n công nghi p:
- Các đặc tính của nhiễu tần số 50Hz:
Thông tin có ích luôn nằm ở d i t n th p từ 0.05Hz – 100Hz, trong khi m ng đi n
công nghi p có t n s 50Hz vì th tín hi u ECG luôn bị tác động bởi tín hi u có t n s
50Hz từ m ng đi n công nghi p.
Lo i nhi u này r t hay g p vì m ng đi n công nghi p luôn có m t ở khắp các b nh
vi n, phòng khám…tác động tr c ti p lên máy đo đi n tim.
- Tác hại của nhiễu tần số 50Hz:
Nhi u do dòng đi n xoay chiều của m ng đi n công nghi p có t n s 50Hz (có một
s qu c gia khác là 60Hz) th ng là nhi u trắng. Lo i nhi u này tác động tr c ti p gây
sai l ch tín hi u đi n tim.
Gi ng nh các lo i nhi u khác, nhi u từ m ng đi n công nghi p gây sai l ch nhiều
cho tín hi u đi n tim và ngoài ra còn r t d g p ở m i n i nên c n ph i x lý tri t để.
Lo i nhi u này gây ra nh ng tác h i nh sau: làm sai l ch chu kỳ, t n s của tín
hi u khi n cho vi c ch n đoán b nh g p ít nhiều khó khăn. Làm sai l ch d ng sóng của
phức QRS – một trong nh ng d ng sóng quan tr ng của ECG. Ngoài ra khi bị nhi u,
d ng sóng tái c c T của ECG s bị sai, nh h ởng l n đ n vi c xác định các đ o trình
ECG, từ đó gây sai l ch toàn bộ tín hi u.
Xét các ví dụ trong chuẩn đoán bệnh:
Trong thi u máu c tim: ST h xu ng, T cao nh n, đ i xứng, trong thi u máu d i
th ng tâm m c.

Hình 2.8 Dạng sóng của bệnh thiếu máu cục bộ cơ tim
Trong nhồi máu c tim c p:
+ D ng 1: Q rộng và sâu, ST chênh lên, T âm
+ D ng 2: ST chênh xu ng, T d ng.
Từ các ví dụ trên có thể th y b t kỳ d ng sóng thành ph n nào trong ECG cũng có
vai trò r t quan tr ng nên n u không x lý t t nhi u từ m ng đi n công nghi p để tín
hi u ECG bị sai l nh nhiều s gây h u qu nghiêm tr ng ch n đoán và điều trị các b nh
về tim – một trong các lo i b nh nguy hiểm đ n tính m ng con ng i. Vì th đồ án này
t p trung gi i quy t nhi u t n s 50Hz từ m ng đi n công nghi p.
2.2 LÝ THUY T V TÍN HI U S VÀ B L C S
2.2.1 T ng quan v tín hi u s
* Gi i thi u chung:
Tín hi u s (Digital) là một nhóm xung đ c mã hóa theo giá trị l ng t của tín
hi u t i các th i điểm r i r c cách đều nhau. Trong đó, giá trị l ng t là tín hi u chỉ
nh n các giá trị xác định bằng s nguyên l n một giá trị c sở.
M i xung của tín hi u s biểu thị một bit của từ mã, nó chỉ có hai mức đi n áp,
mức th p là giá trị logic “0”, mức cao là giá trị logic “1”. S xung (s bit) của tín hi u
s là độ dài của từ mã. Tín hi u s có 8 bit đ c g i là một byte, còn tín hi u s có 16
bit bằng hai byte đ c g i là một word.
Tín hi u s th ng đ c mã hóa theo mã nhị phân (Binary Code), mã c s tám
(Octal Code), mã c s m i sáu (Hexadecimal Code), mã nhị th p phân (Binary Coded
Decimal), mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange), …

Nh v y, tín hi u s là tín hi u r i r c, có giá trị l ng t và đ c mã hóa. Do đó
có thể bi n đ i tín hi u liên tục thành tín hi u s , quá trình đó đ c g i là s hóa tín hi u
liên tục. Quá trình s hóa tín hi u liên tục đ c th c hi n qua 3 b c là:
- R i r c hóa tín hi u liên tục, hay còn g i là l y m u.
- L ng t hóa giá trị các m u.
- Mã hóa giá trị l ng t của các m u.
C ba b c của quá trình s hóa tín hi u liên tục đ c th c hi n trên bộ bi n đ i
t ng t s , vi t tắt là ADC (Analog Digital Converter).
* Bi u di n tín hi u s :
Tín hi u s là hàm của bi n th i gian r i r c x(nT), trong đó n là s nguyên, còn
T là chu kỳ r i r c. Để thu n ti n cho vi c xây d ng các thu t toán x lý tín hi u
s , ng i ta chu n hóa bi n th i gian r i r c nT theo chu kỳ T, nghĩa là s dụng
bi n n = (nT/T). Khi đó, tín hi u s x(nT) đ c biểu di n thành d ng dãy s x(n),
do đó có thể s dụng các biểu di n của dãy s để biểu di n tín hi u s , cũng nh
s dụng các phép toán của dãy s để th c hi n tính toán và xây d ng các thu t toán x
lý tín hi u s .
Gi ng nh dãy s x(n), tín hi u s có thể đ c biểu di n d i các d ng hàm s ,
b ng s li u, đồ thị và dãy s li u. Ng i ta th ng biểu di n tín hi u s d i d ng dãy
s li u có độ dài h u h n để x lý tín hi u s bằng các ch ng trình
ph n mềm.
Các phép toán c b n đ c s dụng trong x lý tín hi u s là cộng, nhân,
nhân v i hằng s , và phép tr . Phép dịch s m có thể đ c s dụng ở các h x lý s
bằng ph n mềm trong th i gian không th c.
* Phân lo i tín hi u s :
Có thể phân lo i tín hi u s theo d ng của dãy x(n). Một s lo i tín hi u s
th ng g p là:
- Tín hi u s xác định và ng u nhiên.
- Tín hi u s tu n hoàn và không tu n hoàn.
- Tín hi u s h u h n và vô h n.
- Tín hi u s là dãy một phía.
- Tín hi u s là dãy s th c.

- Tín hi u s là dãy ch n, và dãy lẻ.
- Tín hi u s là dãy đ i xứng, và dãy ph n đ i xứng.
Ngoài ra, theo giá trị năng l ng và công su t của tín hi u s , ng i ta còn phân
bi t hai lo i tín hi u s sau:
- Tín hi u s năng l ng là tín hi u s có năng l ng h u h n.
- Tín hi u s công su t là tín hi u s có công su t h u h n.
2.2.2 H x lý s
2.2.2.1 Mô t h x lý s
Để nghiên cứu, phân tích ho c t ng h p các h x lý s , ng i ta coi h x lý s
là một hộp đen và mô t nó bằng quan h gi a tác động trên đ u vào và ph n ứng trên
đ u ra của h , quan h đó đ c g i là quan h vào ra. Quan h vào ra của h x lý s có
thể đ c mô t bằng biểu thức toán h c, và thông qua nó có thể xây d ng đ c s đồ
kh i ho c s đồ c u trúc của h x lý s .
* Mô t h x lý s bằng quan h vào ra:
Xét một h x lý s có tác động x(n) và ph n ứng y(n), khi đó quan h gi a chúng
có thể đ c mô t bằng hàm s toán h c F( ):
y(n) = F [... x(n) ...]
Ho c: x(n) ⎯⎯→ F y(n)
Theo đó, ph n ứng y(n) phụ thuộc vào d ng của hàm s F(). D ng của hàm s F()
ph n nh c u trúc ph n cứng ho c thu t toán ph n mềm của h x lý s ,
vì th ta có thể dùng hàm s F() để mô t h x lý s . Quan h vào ra có d ng
t ng quát cụ thể nh sau:
y(n) = F[..., bk x(n - k) , ..., ar y(n - r), ...]
Trong đó:
- Các thành ph n của tác động bk x(n - k) v i k ∈ (- ∞ , ∞).
- Các thành ph n của ph n ứng bị gi ch m ar y(n - r) v i r ∈ (1 , ∞).
- Các h s ar và bk có thể bằng 0, có thể là hằng s , có thể phụ thuộc vào tác động x(n),
ph n ứng y(n), ho c bi n th i gian r i r c n.
* Mô t h x lý s bằng s đ kh i:
(2.1)
(2.2)

H x lý s có thể đ c mô t bằng s đồ kh i nh trên hình 2.13
H x lý s phức t p có thể đ c mô t bằng s đồ kh i v i s liên k t của
nhiều kh i Fi() nh hình 2.14
Hình 2.10 Sơ đồ khối của hệ xử lý số phức tạp
N u thay các biểu thức Fi() của s đồ kh i trên bằng chức năng của các kh i
thì đó là s đồ kh i chức năng.
* Mô t h x lý s bằng s đ c u trúc:
D a trên quan h vào ra (trình bày ở mục mô t h x lý s bằng quan h vào ra),
cũng có thể mô t h x lý s bằng s đồ c u trúc. đây, c n phân bi t s khác nhau
gi a s đồ kh i và s đồ c u trúc. S đồ c u trúc gồm các ph n t c sở biểu di n các
phép toán trên các tín hi u s ho c dãy s li u. S đồ kh i có m i kh i đ c tr ng cho
một c u trúc l n, mà chính nó có thể đ c mô t bằng s đồ kh i chi ti t h n ho c s
đồ c u trúc.
Về ph ng di n ph n cứng thì s đồ kh i cho bi t c u trúc t ng thể của h x lý
s , còn s đồ c u trúc cho phép thi t k và th c hi n một h x lý s cụ thể. Về ph ng
di n ph n mềm thì s đồ kh i chính là thu t toán t ng quát của một ch ng trình x lý
s li u mà m i kh i có thể xem nh một ch ng trình con, còn s đồ c u trúc là thu t
toán chi ti t mà từ đó có thể vi t đ c các dòng l nh của một ch ng trình ho c ch ng
trình con. Các ph n t c u trúc đ c xây d ng trên c sở các phép toán đ i v i các dãy
s là cộng, nhân, nhân v i hằng s , dịch tr .
Phần tử cộng: Ph n t cộng dùng để cộng hai hay nhiều tín hi u s , nó là ph n t
không nh và đ c ký hi u nh hình d i.
Hai hình d i trình bày m ch ph n cứng có bộ cộng hai tín hi u s . Chúng là vi
m ch cộng hai dãy s mã nhị phân 4 bit ho c 8 bit.
Hình 2.9 Sơ đồ khối của hệ xử lý số

Phần tử nhân: Ph n t nhân dùng để nhân hai hay nhiều tín hi u s , nó là ph n t
không nh và đ c ký hi u nh hình:
Hình 2.12 Ký hiệu phần tử nhân
M ch ph n cứng có bộ nhân hai tín hi u s nh ở hình 2.16 là vi m ch nhân hai s
mã nhị phân 4 bit ho c 8 bit.
Phần tử nhân với hằng số: Ph n t nhân v i hằng s dùng để nhân một tín hi u s
v i một hằng s , nó là ph n t không nh và đ c ký hi u nh hình:
Hình 2.13 Ký hiệu phần tử nhân với hằng số
Để nhân tín hi u s x(n) v i hằng s a, s dụng bộ nhân hai s v i một đ u vào và
tín hi u s x(n), còn đ u vào kia là giá trị mã của a.
Phần tử trễ đơn vị: Ph n t tr đ n vị dùng để gi tr tín hi u s x(n) một m u, nó
là ph n t có nh và đ c ký hi u nh ở hình:
x2(n)
x1(n)
X
a. y(n) = x1(n). x2(n)
y(n) X
x1(n)
xi(n)
x2(n) y(n)
b. = ෑ
=
xM(n)
a
x(n) y(n) = a.x(n)
x2(n)
x1(n)
+
a. y(n) = x1(n) + x2(n)
y(n) +
x1(n)
xi(n)
x2(n) y(n)
b. = ෍
=
xM(n)
Hình 2.11 Ký hiệu phần tử cộng

Đ i v i m ch ph n cứng, để th c hi n gi tr tín hi u s x(n), ng i ta s dụng bộ
ghi dịch, thanh ghi ch t ho c bộ nh , chúng th ng đ c s n xu t d i d ng vi m ch
s 4 bit ho c 8 bit.
2.2.2.2 H x lý s đ quy và không đ quy
∗ H x lý s không đ quy: là h có ph n ứng y(n) chỉ phụ thuộc vào tác động
x(n). H x lý s nhân qu không đ quy có quan h vào ra (y(n) = F[ b0 x(n), ..., bk x(n
- k) , ... , ar y(n - r), ... v i k  1, r  1) không có các thành ph n của ph n ứng ở quá
khứ ar y(n - r):
y(n) = F[b0 x(n), b1x(n - 1), ..., bk x(n - k) , ...]
⇒ Quan h vào ra nh hàm trên đ c g i là quan h vào ra không đ quy.
∗ H x lý s đ quy: là h có ph n ứng y(n) phụ thuộc vào c tác động bk x(n –
k) l n ph n ứng ở quá khứ ar y(n – r).
H x lý s nhân qu đ quy có quan h vào ra v i r ≥ 1:
Y(n) = F[b0 x(n) ,…, bk x(n – k) , …, ar y(n – r), …]
⇒ Quan h vào ra nh hàm trên đ c g i là quan h vào ra đ quy.
2.2.3 T ng quan v b l c s
Trong x lý tín hi u, bộ l c s là một h th ng th c hi n các phép bi n đ i toán
h c trên tín hi u đã đ c l y m u (tín hi u r i r c theo th i gian) để thay đ i hình d ng
của tín hi u.
Bộ l c s là một h th ng làm bi n d ng s phân b t n s các thành ph n của tín
hi u theo chỉ tiêu cho tr c.
Một tín hi u có đ u vào là x(n) đi qua h th ng có đáp ứng xung h(n) thì đ u vào
và đ u ra có quan h h sau:
x(n) y(n) = x(n –1)
D
Hình 2.14 Ký hiệu phần tử trễ đơn vị
(2.3)
(2.4)

= ℎ ∗ = ෍ ℎ −
∞
=
Quan h này nói rằng chiều dài của h(n) r t quan tr ng, các h s h(n) là đ c tr ng
cho c h th ng. Chính vì th ng i ta phân lo i các h th ng thành hai lo i tùy theo
chiều dài của đáp ứng xung h(n):
- FIR (Finite-Duration Impulse Response): h th ng đ c tr ng bởi đáp ứng xung có
chiều dài h u h n, tức là h(n) khác 0 trong một kho ng có chiều dài h u h n N (từ 0
đ n N-1):
= ℎ ∗ = ෍ ℎ −
−
=
- IIR (Infinite-Duration Impulse Response): H th ng đ c tr ng bởi đáp ứng xung có
chiều dài vô h n, tức là h(n) khác 0 trong một kho ng th i gian vô h n từ 0 đ n ∞:
= ℎ ∗ = ෍ ℎ −
∞
=
⇒ Bộ l c IIR mang tính t ng quát h n bộ l c FIR vì IIR là bộ l c đ quy còn bộ l c FIR
là bộ l c không đ quy.
D a vào đáp ứng t n s mà chia các bộ l c thành các lo i khác nhau: L c thông
th p, l c thông cao, l c thông d i.
2.3.3.1 B l c thông th p LPF
L c thông th p là bộ l c chỉ cho phép các t n s th p h n t n s cắt đi qua, còn
thành ph n t n s cao thì bị lo i b . Thi t k bộ l c có hai ph ng pháp: d a vào t n s
l y m u ho c d a vào bi n đ i Fourier.
Đáp ứng xung của bộ lọc FIR được cho theo công thức:
= ෍ −
−
=
Hàm truyền của bộ lọc FIR:
H(z) = b0 + b1
−
b2
−
+ …+ bk-1 z-k+1
(2.5)
(2.6)
(2.7)
(2.8)
(2.9)

Trong đó: bi h s của bộ l c
k là chiều dài của bộ l c
Phương trình sai phân:
y[n] = b0x[n] + b1x[n-1] + b2x[n-2] + bk-1x[n – k +1]
Sơ đồ khối của bộ lọc LPF:
b0
y(n)
b1
x(n-1)
x(n-k+1)
−
−
+
x(n)
−
bk-1
Hình 2.16 Sơ đồ khối bộ lọc thông thấp dạng chuyển vị
(2.10)
y(n)b0
b1
b2
−
+
−
−
+
x(n)
+
bk-1
Hình 2.15 Sơ đồ khối bộ lọc thông thấp dạng chính tắc

Chú thích các kh i trong s đồ:
Kh i cộng Kh i Delay Kh i nhân
Đáp ứng tần số đáp ứng xung của bộ lọc thông thấp:
| ( Ω
)| = {
, < Ω ≤ Ω
, Ω ≤ Ω ≤ 𝜋
Đáp ứng xung của bộ lọc thông thấp:
[ ] = 𝛿[ ] −
. Ω
𝜋
2.3.3.2 B l c thông cao HPF
L c thông cao là bộ l c chỉ cho chép các t n s l n h n t n s cắt đi qua, còn thành
ph n t n s th p h n thì bị lo i b .
Đáp ứng tần số của bộ lọc thông cao lý tưởng
| Ω
| = {
, < Ω ≤ Ω
, Ω ≤ Ω ≤ 𝜋
Đáp ứng xung của bộ lọc thông cao lý tưởng:
[ ] = 𝛿[ ] −
. Ω
𝜋
2.3.3.3 B l c thông d i BPF
Bộ l c thông d i là bộ l c chỉ cho các thành ph n t n s trong một d i đi qua, các
thành ph n t n s l n h n và bé h n thì lo i b .
Đáp ứng tần số bộ lọc thông dải:
| ( Ω
)| = {
, < Ω ≤ Ω , Ω ≤ Ω ≤ 𝜋
, Ω ≤ Ω ≤ Ω
Đáp ứng xung của bộ lọc thông dải:
[ ] = 𝛿[ ] −
Ω − Ω
𝜋
2.3 T NG QUAN V CÔNG C MATLAB
2.3.1 Gi i thi u chung
Matlab là vi t tắt của Matrix Laboratory, là một bộ ph n mềm toán h c của hãng
Mathworks đ c dùng để l p trình, tính toán s và có tính tr c quan r t cao.
+ 𝒛−𝟏
(2.11)
(2.12)
(2.13)
(2.14)
(2.15)
(2.16)

Matlab làm vi c chủ y u v i ma tr n. Ma tr n cỡ mxn là b ng ch nh t gồm mxn
s đ c sắp x p thành m hàng và n cột. Matlab có thể làm vi c v i nhiều kiểu d li u
khác nhau. V i chu i kí t Matlab cũng xem là một dãy các kí t hay là dãy mã s của
các ký t .
Matlab dùng để gi i quy t các bài toán về gi i tích s , x lý tín hi u s , x lý đồ
h a, … mà không ph i l p trình c điển.
Hi n nay, Matlab có đ n hàng ngàn l nh và hàm ti n ích. Ngoài các hàm cài s n
trong chính ngôn ng , Matlab còn có các l nh và hàm ứng dụng chuyên bi t trong các
Toolbox, để mở rộng môi tr ng Matlab nhằm gi i quy t các bài toán thuộc các ph m
trù riêng. Các Toolbox khá quan tr ng và ti n ích cho ng i dùng nh toán s c p, x
lý tín hi u s , x lý nh, x lý âm thanh, ma tr n th a, logic m , …
V i Matlab, bài toán tính toán, phân tích, thi t k và mô ph ng trở nên d dàng
h n trong nhiều lĩnh v c chuyên ngành nh : Đi n, Đi n t , C khí, C đi n t , …
Các ưu điểm của Matlab:
- Matlab là công cụ tính toán r t m nh, tr c quan, d dùng, mở rộng và phát triển.
- Matlab có kh năng liên k t đa môi tr ng, liên k t d dàng v i ngôn ng l p trình
C++, Visual C, FORTRAN, JAVA, …
- Matlab có kh năng x lý đồ h a m nh trong không gian hai chiều và ba chiều.
- Các TOOLBOX trong Matlab r t phong phú, đa năng là công cụ nghiên cứu, thi t k
c c kỳ hi u qu trong các lĩnh v c chuyên ngành.
- Công cụ mô ph ng tr c quan SIMULINK ch y trong môi tr ng Matlab giúp cho
bài toán phân tích thi t k d dàng, sinh động h n.
- Matlab có ki n trúc mở, d dàng trong vi c xây d ng thêm các module tính toán kỹ
thu t theo tiêu chu n công nghi p và truyền th ng.
2.3.2 L p trình trong matlab
2.3.2.1 M-File
Trong Matlab, M-file là các file ch ng trình đ c so n th o và l u ở d ng văn
b n. Có hai lo i M-file là Script file (file l nh) và Function file (file hàm). C hai đều
có phền tên mở rộng là “.m”. Matlab có r t nhiều M-file chu n đ c xây d ng s n.
Ng i dùng cũng có thể t o các M-file m i tùy theo nhu c u s dụng. D i đây là ph n
gi i thi u s l c về hai lo i M-file.

* Script file:
Thay vì nh p và th c thi từng câu l nh t i c a s Command Window, ta có thể
so n th o (trong ph n Editor) và l u t t c các câu l nh c n thi t để gi i bài toán vào
một file g i là Script file. Sau đó, khi c n ch y các câu l nh đã l u, ta chỉ c n gõ tên file
vào Command Window để th c thi toàn bộ ch ng trình.
Các b c t o và th c thi một Script file:
- Bước 1: T o và so n th o các câu l nh.
Script file đ c so n th o trong c a s Editor. Có 3 cách mở c a s Editor (hay
t o Script file):
• Cách 1: vào menu Home → New → Script
• Cách 2: Nh n t h p phím Ctrl + N
• Cách 3: Trong Command Window gõ l nh edit
• Cách 4: Nháy chuột vào icon New Script
- Bước 2: L u Script file đã so n th o xong.
T p tin Script file có ph n mở rộng là “.m”, và đ c l u vào th mục hi n hành.
N u không có s l a ch n khác thì th mục hi n hành đ c m c định là th mục work
của Matlab. Ngoài ra, ng i dùng cũng có thể l a vào b t cứ n i nào trong máy tính,
nh ng tránh để g p nh ng tr ng h p h i khi ch y (run) ch ng trình thì khuy n cáo
l u vào th mục m c định. Tên t p tin ph i bắt đ u bằng ký t ch cái, không có kho ng
tr ng gi a các ký t (gi ng quy định về tên bi n trong Matlab).
- Bước 3: Ch y t p tin Script file.
Có hai cách g i th c hi n Script file:
• Cách 1: Trong c a s so n th o Editor click nút Run trên thanh Toolbar.
• Cách 2: Trong c a s Command Window gõ tên file (không bao gồm ph n mở
rộng “.m”), sau đó nh n Enter để th c thi.
L u ý: dù g i th c hi n Script file theo cách nào thì Matlab cũng đều xu t k t qu
tính toán t i c a s Command Window.
Mở một M-file đã lưu:
Trong quá trình thục thi ch ng trình, khi ng i dùng có nhu c u mở l i một M-
file đã có để xem ho c chỉnh s a s có các cách nh sau:

• Cách 1: Trong c a s Editor ho c Home, vào menu Open và mở file c n dùng.
• Cách 2: T i Command Window, gõ l nh edit (‘đ ng d ntên file’), n u l u
trong đĩa C (th mục m c định của Matlab), ta không c n ph i gõ đ ng d n
vào. Ví dụ: mở một file ml.m đã l u trong đĩa E, ta gõ l nh >>edit E:ml.m ho c
>>edit E:ml. N u l u trong th mục m c định ( C) ta chỉ c n gõ >>edit ml.m
ho c >>edit ml.
• Cách 3: Dùng t h p phím Ctrl + O để mở.
Ví dụ một đo n Script file đ c mở trong Matlab:
* Function file:
T ng t nh trong toán h c, các hàm (function) trong Matlab s nh n vào giá trị
của các đ i s và tr về giá trị t ng ứng của hàm. Trình t t o và th c thi một file hàm
bao gồm các b c nh sau:
- Bước 1: T o hàm.
Function file đ c so n th o trong c a s Editor. Mở c a s Editor, sau đó t o
Function file bằng cách: vào menu Home → New → Function (t o t động) ho c gõ
hàm theo c u trúc chu n:

function [danh sách tham s ra] = tên hàm (danh sách tham s vào)
- Bước 2: L u function file đã so n th o xong.
Nh cách l u của Script file, khi l u hàm, Matlab s l y tên hàm làm tên file v i
đuôi “.m”, ng i l p trình không nên s a l i tên này để tránh l n lộn khi g i th c hi n
hàm.
- Bước 3: G i th c hi n Function file. Th c hi n t ng t nh g i th c hi n Script file
vì đ c l u d i d ng đuôi “.m”.
Mở function file đã l u cũng đ c th c hi n nh khi mở Script file. Ví dụ một
đo n Function file đ c mở và th c thi trong Matlab:
Các đặc điểm của hàm:
- Các hàm chỉ thông tin v i Matlab thông qua các bi n truyền vào cho nó và các bi n
ra mà nó t o thành, các bi n trung gian ở bên trong hàm thì không t ng tác v i môi
tr ng Matlab.
- Khi Matlab th c hi n l n đ u các function file, nó s mở file và dịch các dòng l nh
của file đó ra một d ng mã l u trong bộ nh nhằm mục đích tăng t c độ th c hi n
các l i g i hàm ti p theo. N u sau đó không có s thay đ i gì trong M-file, quá trình

dịch s không x y ra l n thứ hai. N u trong hàm có chứa l i g i hàm M-file khác thì
các hàm đó cũng đ c dịch vào trong bộ nh . Bằng l nh clear function ta có thể xóa
c ỡng bức các hàm đã dịch, nh ng v n gi nguyên các M-file.
- M i hàm có không gian làm vi c riêng của nó (local workspace) tách bi t v i môi
tr ng Matlab (s dụng base workspace), m i quan h duy nh t gi a các bi n trong
hàm v i môi tr ng bên ngoài là các bi n vào và ra của hàm đó. N u b n thân các
bi n của hàm bị thay đ i thì s thay đ i này chỉ tác động bên trong của hàm đó mà
không làm nh h ởng đ n các bi n của môi tr ng Matlab. Các bi n của hàm s đ c
gi i phóng ngay sau khi hàm th c thi xong nhi m vụ, vì v y không thể s dụng thông
tin của l n g i tr c cho l n g i sau.
- Các hàm có thể s dụng chung các bi n v i hàm khác hay v i môi tr ng Matlab n u
các bi n đ c khai báo là bi n toàn cục. Để có thể truy c p đ c các bi n bên trong
một hàm thì các bi n đó ph i đ c khai báo là bi n toàn cục trong m i hàm s dụng
nó.
- Một M-file có thể chứa nhiều hàm. Hàm chính (main function) trong M-file này ph i
đ c đ t tên trùng v i tên của M-file. Các hàm khác đ c khai báo thông qua câu
l nh function đ c vi t sau hàm đ u tiên. Các hàm con (local function) chỉ đ c s
dụng bởi hàm chính, tức là ngoài hàm chính ra thì không có hàm nào khác có thể g i
đ c chúng. Tính năng này cung c p một gi i pháp h u hi u để gi i quy t từng ph n
của hàm chính một cách riêng r , t o thu n l i cho vi c l p một file hàm duy nh t để
gi i bài toán phức t p.
2.3.2.2 M t s câu l nh c b n
* L nh for:
- Công dụng: Dùng để th c hi n 1 công vi c c n l p đi l p l i theo một quy lu t, v i s
b c l p xác định tr c.
- Cú pháp:
for bi n điều khiển = giá trị đ u : giá trị cu i,
th c hi n công vi c;
end
- Giải thích: Công vi c chính là các l nh c n thi hành, có thể có nhiều l nh, k t thúc l nh

ph i có d u ;
- Ví dụ: In ra màn hình 2 dòng ‘Nhóm Lam – My chao cac ban’.
for i = 1:2,
disp(‘Nhóm Lam – My chao cac ban’);
end
% ph n k t qu :
Nhóm Lam – My chao cac ban
Nhóm Lam – My chao cac ban
* L nh function:
- Công dụng: T o thêm hàm m i.
- Cú pháp: function s = n(x)
Trong đó:
+ s: tên bi n chứa giá trị tr về sau khi thi hành hàm.
+ n: tên g i nh .
* L nh input:
- Công dụng: Dùng để nh p vào 1 giá trị.
- Cú pháp:
tên bi n = input(‘promt’)
tên bi n = input(‘promt’, ‘s’)
Trong đó:
+ tên bi n là n i l u giá trị ng p vào.
+ ‘promt’: chu i ký t mu n nh p vào.
+ ‘s’: cho bi t giá trị nh p vào là nhiều ký t .
- Ví dụ 1: x = input(‘nh p giá trị của bi n x: ’)
% ph n k t qu :
nh p giá trị của bi n x: 5
x = 5

- Ví dụ 2:
tr _l i = input(‘b n có mu n ti p tục không? ’,’s’)
% ph n k t qu :
b n có mu n ti p tục không? không
tr _l i = không
* L nh if …elseif …else:
- Công dụng: Th c hi n l nh khi th a điều ki n.
- Cú pháp:
if biểu thức lu n lý 1
th c hi n công vi c 1;
elseif biểu thức lu n lý 2
else
end
- Giải thích:
+ Khi biểu thức lu n lý 1 đúng thì th c hi n công vi c 1 t ng t cho biểu thức
lu n lý 2. N u c hai biểu thức sai thì th c hi n công vi c sau l nh else.
+ Biểu thức lu n lý là các phép so sánh ==, <, >, <=, >=
+ Công vi c chính là các l nh c n thi hành, có thể có nhiều l nh, k t thúc l nh ph i
có d u ;
- Ví dụ:
Vi t ch ng trình nh p vào 2 s và so sánh hai s đó.
a = input(‘Nh p a: ’);
b = input(‘Nh p b: ’);
if a > b
disp(‘a l n h n b’);
elseif a ==b

disp(‘a bằng b’);
else
disp(‘a nh h n b’);
end
% ph n k t qu :
Nh p a: 4
Nh p b: 5
a nh h n b
* L nh while:
- Công dụng: Dùng để th c hi n 1 công vi c c n l p đi l p l i theo một quy lu t, v i s
b c l p không xác định, phụ thuộc vào biểu thức lu n lý.
- Cú pháp:
while biểu thức lu n lý
th c hi n công vi c;
end
- Giải thích:
+ Biểu thức lu n lý là các phép so sánh = =, <, >, <=, >=
+ Công vi c chính là các l nh c n thi hành, có thể có nhiều l nh, k t thúc l nh ph i
có d u ;
+ Khi th c hi n xong công vi c thì quay lên kiểm tra l i biểu thức lu n lý, n u v n
còn đúng thì ti p tục th c hi n, n u sai thì k t thúc.
- Ví dụ:
tính t ng A = 1+1/2+1/3+…+1/n
n = input(‘nh p vào s n: ’);
a = 0; i = 1
while i <= n
a = a + 1/i
i = i + 1;

end
disp(‘ket qua:’);
disp(a);
% ph n k t qu :
nhap vao so n: 3
ket qua:
1.8333
2.3.3 Trình mô ph ng Simulink
Simulink là một công cụ trong Matlab dùng để mô hình, mô ph ng và phân tích
các h th ng động v i môi tr ng giao di n s dụng bằng đồ h a. Vi c xây d ng mô
hình đ c đ n gi n hóa bằng các ho t động nh p chuột và kéo th . Simulink bao gồm
một bộ th vi n kh i v i các hộp công cụ toàn di n cho c vi c phân tích tuy n tính và
phi tuy n. Simulink là một ph n quan tr ng của Matlab và có thể d dàng chuyển đ i
qua l i trong quá trình phân tích, và vì v y ng i dùng có thể t n dụng đ c u th của
c hai môi tr ng.
Simulink là thu t ng mô ph ng d nh đ c ghép bở hai từ Simulation và Link.
Simulink cho phép mô t h th ng tuy n tính, h phi tuy n, các mô hình trong miền th i
gian liên tục hay gián đoán, ho c gồm c liên tục và gián đo n.
Để mô hình hóa, Simulink cung c p cho b n một giao di n đồ h a để s dụng và
xây d ng mô hình s dụng thao tác “nh n và kéo” chuột. V i giao di n đồ h a ta có thể
xây d ng mô hình và kh o sát mô hình một cách tr c quan h n. Đây là s khác xa các
ph n mềm tr c đó mà ng i s dụng ph i đ a vào các ph ng trình vi phân và ph ng
trình sai phân bằng một ngôn ng l p trình
Có thể mở Simulink bằng 2 cách:
- Cách 1: Click vào biểu t ng Simulink ở mục Home trên thanh công cụ:

- Cách 2: Từ c a s l nh (Command Window), gõ l nh Simulink và nh n enter:
Sau khi khởi động Simulink ta đ c màn hình c a s Simulink. C a s này ho t
động liên k t v i c a s Matlab.
Hình 2.17 Giao diện trình mô phỏng Simulink
* Các kh i ch c năng trong th vi n Simulink:
Trình mô ph ng Simulink có các kh i chức năng Block Library: phiên b n
Matlab R2018a, khi t o một trình mô ph ng Simulink m i, chúng ta ph i click vào biểu
t ng Library Browser để mở th vi n các kh i chức năng.
Từ c a s l nh ta th y đ c các kh i th vi n: Kh i nguồn (Sources), kh i đ u do
(Sinks), Kh i phi tuy n (Nonlinear), kh i tuy n tính (Linear), kh i đ u n i
(Connections), …
T i th vi n hi n có r t nhiều kh i s đồ để ta l a ch n, tuy nhiên trong gi i h n
đề tài chỉ xin gi i thi u một s kh i liên quan:
+ Sin Wave: Kh i phát ra sóng có d ng sin đ c l y từ th vi n DSP System Toolbox
ho c DSP System Toolbox HDL Support vì đây là sóng sin d ng s .
Các thông s : Giá trị biên độ (Amplitude), t n s (Frequency – đ n vị Hz), pha (Phase
offet), th i gian l y m u (chỉ áp dụng cho h gián đo n).

+ Scope: Kh i scope có thể đ c l y từ th vi n HDL Coder ho c Simulink/Sinks.
Kh i này hiển thị d ng tín hi u trong su t th i gian mô ph ng (gi ng nh
Oscilloscope)
+ Random Source: Kh i này đ c l y từ DSP System Toolbox, là một bộ phát sóng
ng u nhiên, có thể biểu tr ng cho nhi u Các thông s : lo i nguồn (Source type), t n s
l y m u (Sample Time), …
Hình 2.18 Khối Sine Wave và thông số cài đặt
Hình 2.19 Khối Scope và màn hình hiển thị

+ Sum: Ngõ ra t ng các ngõ vào, có chức năng cộng hai hay nhiều tín hi u l i v i
nhau. Kh i này đ c l y từ Simulink/Math Operations.
Các thông s : hình dáng (Icon shape), s ngõ vào (List of signs).
+ Gain: Tín hi u vào nhân v i một hằng s . Kh i này đ c l y từ Simulink/Math
Operations.
Các thông s : h s (Gain), phép nhân (Multiplication).
Hình 2.21 Khối Sum và thông số cài đặt
Hình 2.20 Khối Random Source và thông số cài đặt

+ ECG Signal Selector:
Nguồn tín hi u ECG này đ c Matlab xây d ng nên có s n trong Matlab. Các tín
hi u ECG đ c s dụng trong vi c phát triển và th nghi m các thu t toán x lý tín hi u
y sinh chủ y u từ ba nguồn: 1) C sở d li u y sinh (ví dụ: C sở d li u lo n nhịp MIT-
BIH) ho c d li u ECG đ c ghi l i tr c đó; 2) gi l p ECG; 3) Thu th p d li u ECG
th i gian th c.
Trong Matlab, các tín hi u ECG đ c ghi l i và mô ph ng tr c đ c s dụng. Các
tín hi u đều có t n s l y m u là 360 Hz.
• Một bộ d li u ECG th c đ c ghi l i đ c l y m u từ một tình nguy n viên kh e
m nh v i nhịp tim trung bình là 82 nhịp m i phút (bpm). D li u ECG này đã đ c
l c tr c và khu ch đ i bởi m t tr c t ng t tr c khi đ a nó vào ADC 12 bit.
• B n bộ tín hi u ECG t ng h p v i nhịp tim trung bình khác nhau, từ 45 bpm đ n
220 bpm. ECGSYN đ c s dụng để t o tín hi u ECG t ng h p trong MATLAB.
D i đây là các cài đ t để t o d li u ECG đ c t ng h p:
• T n s l y m u: 360 Hz.
• Phụ gia đo ti ng ồn phân b đồng đều: 0,005 mV;
• Độ l ch chu n của nhịp tim: 1 bpm.
Th vi n của Simulink bao gồm các kh i chu n trên, ng i s dụng có thể thay
đ i hay t o ra các kh i cho riêng mình.
2.3.4 Công c thi t k b l c s FDATool c a Matlab
2.3.4.1 Gi i thi u ph ng pháp thi t k theo mô hình
Hình 2.22 Khối Gain và thông số cài đặt

Thi t k theo mô hình MBD (Model_Based Design) là ph ng pháp d a vào mô
hình để xây d ng một h th ng nào đó. V i ph ng pháp này, b n thi t k cho một thi t
bị đi n t s mang tính t ng quát cao, nó đ c xây d ng trên một h th ng các kh i và
s t ng tác gi a các kh i đó. Nói theo một góc độ khác thì: từ một ý t ởng thi t k nó
s đ c cụ thể hoá bằng các mục tiêu kỹ thu t cho thi t bị, từ mục tiêu kỹ thu t đó s
đ c triển khai thành h th ng các kh i chức năng mà chức năng của từng kh i s
đ c chỉ rõ trong b ng giao nhi m vụ và chỉ tiêu kỹ thu t cho kh i. Sau đó, ng i ta
thi t l p m i liên h gi a các kh i và t o ra đ c s đồ kh i chi ti t cho thi t bị.
Khi thi t bị đã đ c kiểm tra trên các ph n mềm mô ph ng và cho k t qu là
kh thi thì vi c hi n th c hoá thi t k s có nhiều su h ng khác nhau: Theo quan điểm
của MBD thì b n thi t k đó s đ c chuyển sang ngôn ng c u trúc của “h th ng th c
thi ph n cứng” sau đó chuyển t p tin này cho “h th ng th c thi ph n cứng” th c hi n
(công đo n này ng i ta g i công đo n nhúng cho thi t bị).
2.3.4.2 T ng quan v h p công c thi t k b l c s (FDATool)
Công cụ thi t k bộ l c s (Filrter Design & Analysis Tool – FDATool) cung c p
cho ta nh ng kỹ thu t tiên ti n để thi t k , phân tích, mô ph ng các bộ l c s . V i nh ng
kỹ thu t tiên ti n trong ki n trúc và thi t k bộ l c. Nó cho phép nâng cao kh năng x
lý h th ng s trong th i gian th c nh v i bộ l c thích nghi, bộ l c đa nhi m và s
chuyển đ i gi a chúng.
Khi s dụng hộp công cụ điểm tĩnh (Fixed-Point Toolbox – FPTool) nó cho phép
đ n gi n hoá vi c thi t k cũng nh phân tích nh ng hi u ứng l ng t của bộ l c s .
Khi s dụng mã HDL (Filter Design HDL Coder) nó cho phép chuyển đ i từ kiểu
thi t k bộ l c theo ph ng pháp ch n điểm sang ngôn ng VHDL và Verilog.
* Những nét đặc trưng của công cụ thiết kế bộ lọc số (FDATool):
+ Ph ng pháp tiên ti n thi t k bộ l c s d ng FIR bao gồm: gi m thiểu về thứ t , về
pha, về g n sóng, về n a băng t n, về tiêu chu n Nyquist và về pha phi tuy n.
+ Thi t k bộ l c FIR v i hai kênh d n (hight pass_low pass) cho k t qu r t kh quan.
+ Ph ng pháp tiên ti n thi t k bộ l c IIR r t m nh trong lĩnh v c phân t n (equalizers),
bán kính c c, t o s n d c của đáp tuy n biên độ t n s , và các bộ l c răng l c.
+ Phân tích và hi n th c hoá một cách chính xác d u ch m ph y động (trong vi t ch ng
trình) cho bộ l c s .

+ H tr và hi n th c hoá ở các b c ti p theo cho thi t k : sắp đ t và s a l i các thông
s đ i v i bộ l c IIR (hi u chỉnh thi t k ).
+ Th c hi n một cách chính xác d u ch m ph y động để lo i b nhi u do hồi ti p gây
nên (v i bộ l c IIR).
+ Chuyển đ i một cách d dàng gi a bộ l c IIR và bộ l c FIR cũng nh chuyển đ i gi a
các bộ thông t n nh : thông cao, thông th p, thông d i.
+ Phân tích và hi n th c hoá một cách hi n đ i các thi t k bộ l c s trên c sở LMS,
RLS, miền t n s , chuyển đ i nhanh và tham chi u t ng quan.
+ T o ra ngôn ng VHDL và Verilog từ các bộ l c đ c thi t k theo kiểu ch n điểm
tĩnh.
* Những hàm chức năng để thiết kế bộ lọc trong FDATool của Matlab:
Khi tín hi u là dãy vô t n, chúng ta ph i ch n thi t k bộ l c theo ph ng pháp
ch n điểm động và ph i chỉ rõ nh ng mục tiêu, yêu c u kỹ thu t, đáp tuy n biên độ
t n s và ph ng pháp hi n th c hoá nó.
Còn khi thi t k bộ l c theo ph ng pháp ch n điểm tĩnh, chúng ta ph i ch n
nh ng c u trúc, nh ng hi u ứng phù h p vì điều đó nh h ởng l n đ n ch t lu ng của
bộ l c. FDATool đ a ra nhiều công cụ và mô hình để ta có thể l a ch n cho phù h p
v i mục đích s dụng của mình.
* Những cấu trúc cho bộ lọc rời rạc:
D i đây s trình bày nh ng c u trúc để thi t k bộ l c FIR. Danh sách c u trúc,
mô hình đ c thi t k s n (h mở) trong hộp công cụ của Matlab, ng i dùng có thể
tham kh o ở mục Functions Categorical (hàm chức năng tuy t đ i trong b ng ch giúp).
Bảng 2.1 Cấu trúc của bộ lọc có đáp tuyến xung hữu hạn
C u trúc b l c FIR Ý nghƿa
dfilt.dfasymfir Bộ l c FIR không đ i xứng
dfilt.dffir Bộ l c FIR tuy n tính
dfilt.dffirt Bi n đ i của Bộ l c FIR tuy n tính
dfilt.dfsymfir Bộ l c FIR đ i xứng

2.3.4.3 Thi t k b l c s d ng giao di n FDATool
FDATool cho ta một giao di n thi t k bộ l c s r t m nh và thu n ti n cho
ng i s dụng, một cái r t hay của nó là ta có thể chuyển đ i từ thi t k bộ l c trên giao
di n thành ngôn ng l p trình để từ đó ta có thể đóng gói và s dụng nó trong nh ng
thi t k phát triển cao h n. Có thể nói rằng: Thi t k bộ l c trên giao di n của FDATool
về m t chức năng thì g n nh gi ng v i thi t k bộ l c bằng ngôn ng l p trình trừ một
s hàm chức năng đ c bi t mà FDATool không thể có đ c, bù vào đó là s r t tr c
quan và d hiểu. Để khởi động FDATool: chúng ta gõ fdatool vào Command Window
và nh n Enter. Một giao di n đ c hi n ra nh sau:
Trên thanh tiêu đề ta có:
+ File: công cụ cho t p tin.
+ Edit: công cụ so n th o.
+ Analysis: công cụ phân tích.
+ View: công cụ hiển thị.
Hình 2.23 Giao diện thiết kế của FDATool

+ Window: T ng thích v i h điều hành Windows.
+ Help: công cụ tr giúp
Trong khung Current Filter Information (thông tin về bộ l c), ta có:
+ Store Filter: l u bộ l c vào kho.
+ Filter manager: Qu n lý các bộ l c đã đ c l u gi .
Trong khung Filter Specifications (thông s kỹ thu t bộ l c) là hình nh thể hi n các
thông s kỹ thu t của bộ l c các tr c quan, giúp ng i dùng d s dụng.
Trong khung Response Type (kiểu đáp ứng) bao gồm các đáp ứng:
+ Lowpass (bộ l c thông th p).
+ Highpass (bộ l c thông cao).
+ Bandpass (bộ l c thông d i).
+ Bandstop (bộ l c ch n d i).
+ Differentiator (bộ vi phân).
Trong khung Design Method (ph ng pháp thi t k ): cho ta l a ch n 2 kiểu bộ
l c đó là bộ l c IIR và bộ l c FIR. Trong từng kiểu này cho ta l a ch n các ph ng
thức l c khác nhau.
Ngoài ra ta còn có các khung nh : Filter Order (l c thứ t ), Frequency Specifications
(thông s kỹ thu t về t n s ), Magnitude Specifications (thông s kỹ thu t về tr ng s ).
* Ví d thi t k m t b l c thông th p:
Trong ví dụ này, chúng ta th thi t k một bộ l c thông th p dùng FDATool v i
t n s l y m u fs = 1000Hz và t n s cắt fc = 50Hz. Các bộ l c còn l i th c hi n t ng
t , chỉ thay đ i các thông s cho phù h p v i yêu c u của từng tr ng h p.
B c đ u, chúng ta mở công cụ FDATool (xem l i h ng d n ở mục 2.4.8.2) và
click ch n lowpass ở Response Type, ở mục Design Method, ta ch n FIR và ch n
Window. Khi đó, ta nh p các thông s fs, fc và click ch n Design Filter, rồi ch cho đ n
khi có báo hi u Done, nh hình:

* Chuyển đổi từ thiết kế trên giao diện FDATool sang dạng thiết kế bằng hàm chức
năng:
Để chuyển đ i từ thi t k trên giao di n FDATool sang d ng thi t k bằng hàm
chức năng, chúng ta thao tác nh sau: Từ giao di n FDATool vào File → Generate
Matlab Code → Filter Design Function, xu t hi n giao di n Generate M_file ta ghi
tên file và ch n đ ng d n để l u t p tin sau đó ch n: save.
đây ta ch n t p tin tên là Lowpass.m, t p tin sau khi l u s t động mở trong
Editor nh sau:
function Hd = Lowpass
%LOWPASS Returns a discrete-time filter object.
% MATLAB Code
% Generated by MATLAB(R) 9.4 and DSP System Toolbox 9.6.
% Generated on: 04-Jan-2019 15:52:30
% FIR Window Lowpass filter designed using the FIR1 function.
% All frequency values are in Hz.
Hình 2.24 Thông s kỹ thu t bộ l c thông th p

Fs = 1000; % Sampling Frequency
N = 50; % Order
Fc = 50; % Cutoff Frequency
flag = 'scale'; % Sampling Flag
% Create the window vector for the design algorithm.
win = hamming(N+1);
% Calculate the coefficients using the FIR1 function.
b = fir1(N, Fc/(Fs/2), 'low', win, flag);
Hd = dfilt.dffir(b);
% [EOF]
Sau đó, l y t p M-file đã l u, thêm vào l nh fvtool(b) vào cu i, rồi cho ch y trong
Command Window ta s đ c đồ thị mức đi n_t n s pha nh sau:
• Chuyển đổi từ thiết kế trên giao diện FDATool sang ngôn ngữ VHDL:
Phía trên, chúng ta đã th chuyển đ i thi t k trên giao di n FDATool sang M-file,
trong mục này, chúng ta s chuyển đ i thi t k trên giao di n FDATool sang ngôn ng
VHDL để phục vụ cho các d án ch y bộ l c trên FPGA.
Từ giao di n của FDATool ta ch n Targets → Generate HDL s xu t hi n giao
di n:
Hình 2.25 Đáp tuyến biên độ_ tần số pha của bộ lọc thông thấp

Trong mục language, chúng ta l a ch n ngôn ng c n chuyển đ i là ngôn ng
VHDL ho c Verilog. Ch n tên lowpass ở mục name, click Browse để ch n th mục l u
ở folder, … nh trong b ng ch n sau đó ch n Generate. Trong đồ án này, chúng tôi l u
ở th mục E:UniversityDATNCodeVHDLfromMatlab nên sau khi click ch n
Generate ở th mục này s xu t hi n 2 t p tin: Lowpass.vhd và Lowpass_tb.vhd.
Hai t p tin này s đ c dùng trong ph n mềm thi t k Quartus của Altera.
2.4 T NG QUAN V FPGA (ALTERA) VÀ PH N M M QUARTUS II
2.4.1 L ch s ra đ i và phát tri n c a FPGA
FPGA đ c thi t k đ u tiên bởi Ross Freeman, ng i sáng l p công ty Xilinx vào
năm 1984, ki n trúc m i của FPGA cho phép tích h p s l ng t ng đ i l n các ph n
t bán d n vào một vi m ch. So v i ki n trúc tr c đó là CPLD, FPGA có kh năng
chứa t i từ 100.000 đ n hàng vài tỷ c ng logic, trong khi CPLD chỉ chứa từ 10.000 đ n
100.000 c ng logic, con s này đ i v i PAL, PLA còn th p h n n a chỉ đ t vài nghìn
đ n 10.000.
CPLD đ c c u trúc từ s l ng nh t định các kh i SPLD (Simple programable
logic device) thu t ng chung chỉ PAL, PLA. SPLD th ng là một m ng logic AND/OR
l p trình đ c có kích th c xác định và chứa một s l ng h n ch các ph n t nh
đồng bộ (clocked register). C u trúc này h n ch kh năng th c hi n nh ng hàm phức
t p và thông th ng hi u su t làm vi c của vi m ch phụ thuộc vào c u trúc cụ thể của
Hình 2.26 Chuyển thiết kế trên FDATool sang mã VHDL

Đề tài: Mô phỏng bộ lọc nhiễu tín hiệu điện tim dùng Matlab, 9đ

Đề tài: Mô phỏng bộ lọc nhiễu tín hiệu điện tim dùng Matlab, 9đ

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Đề tài: Mô phỏng bộ lọc nhiễu tín hiệu điện tim dùng Matlab, 9đ

Similar to Đề tài: Mô phỏng bộ lọc nhiễu tín hiệu điện tim dùng Matlab, 9đ (20)

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Đề tài: Mô phỏng bộ lọc nhiễu tín hiệu điện tim dùng Matlab, 9đ