Procesamiento Digital de Señales

29 Pages·2008·0.17 MB·Spanish

MMMMMMMMAAAAAAAANNNNNNNNUUUUUUUUAAAAAAAALLLLLLLL DDDDDDDDEEEEEEEE LLLLLLLLAAAAAAAA

AAAAAAAASSSSSSSSIIIIIIIIGGGGGGGGNNNNNNNNAAAAAAAATTTTTTTTUUUUUUUURRRRRRRRAAAAAAAA

INGENIERÍA EN MECATRÓNICA

PROCESAMIENTO DIGITAL DE

SEÑALES

FFFF----RRRRPPPP----CCCCUUUUPPPP----11117777////RRRREEEEVVVV::::00000000
DDDDIIIIRRRREEEECCCCTTTTOOOORRRRIIIIOOOO
Secretario de Educación Pública

Dr. Reyes Taméz Guerra.

SSSSuuuubbbbsssseeeeccccrrrreeeettttaaaarrrriiiioooo ddddeeee EEEEdddduuuuccccaaaacccciiiióóóónnnn SSSSuuuuppppeeeerrrriiiioooorrrr

Dr. Julio Rubio Oca.

CCCCoooooooorrrrddddiiiinnnnaaaaddddoooorrrr ddddeeee UUUUnnnniiiivvvveeeerrrrssssiiiiddddaaaaddddeeeessss PPPPoooolllliiiittttééééccccnnnniiiiccccaaaassss

Dr. Enrique Fernández Fassnacht.

1
PPPPAAAAGGGGIIIINNNNAAAA LLLLEEEEGGGGAAAALLLL
M. en C. Eduardo Ramos Diaz. .-(Universidad Politécnica de Pachuca)

Primera Edición: 2006

DR  2005 Secretaría de Educación Pública
México, D.F.

ISBN-----------------

2
ÍÍÍÍNNNNDDDDIIIICCCCEEEE Introducción............................................................................. 1

Ficha Técnica............................................................................. 5

Contenidos para la formación................................................... 7

Estrategia de Aprendizaje.......................................................... 10

Desarrollo del Proyecto, la Estancia o Práctica........................ 15

Método de Evaluación................................................................ 20

Instrumentos de Evaluación 23

Diagnóstica.………………………………………………………………………
Formativa.…………………………………………………………………………
Sumativa.………………………………………………………………………….

Glosario....................................................................................... 26

Bibliografía ................................................................................. 28

3
IIIINNNNTTTTRRRROOOODDDDUUUUCCCCCCCCIIIIÓÓÓÓNNNN

Esta asignatura toma como base algunos conceptos adquiridos en el
transcurso del plan de estudios de la carrera de ingeniería en
mecatrónica y contribuye al desarrollo de los conocimientos y habilidades
del estudiante. Diversifica el perfil de egreso al proporcionar las bases
para el estudio del filtrado y reconocimiento en general de señales
analógicas que necesitan ser estudiadas mediante un entorno digital,
desarrollando así, la capacidad analítica para resolver diversas
situaciones ingenieriles.

El contenido de este manual está dividido en seis temas generales.
El primer tema comprende la revisión de los conceptos generales del
procesamiento digital de señales, el segundo tema se enfoca en el
análisis de los sistemas en tiempo discreto así como de las propiedades
de las señales y sus características principales.

El tercer tema se dedica al desarrollo de la representación en
frecuencia de sistemas discretos, contiene también el desarrollo de la
transformada Z y la transformada Z inversa, además de sus propiedades
y teoremas principales. El cuarto tema hace una revisión de las formas de
realización de los sistemas digitales y el paso entre estas; pero también
de la respuesta en frecuencia de los mismos.

El quinto tema se enfoca directamente a algunos tópicos
relacionados con los filtros digitales, como una revisión general, y en
específico con el desarrollo del filtrado digital a partir del filtrado
mediante los filtros de respuesta al impulso infinita (IIR). Se desarrollan
dos métodos de diseño: la transformación bilineal y la invarianza escalón.

El sexto tema se dedica al diseño de filtros digitales de respuesta al
impulso finita (FIR) utilizando el método de las series de Fourier y algunas
funciones ventana. Hace una revisión de los conceptos de la
transformada discreta de Fourier y la transformada rápida de Fourier. Se
realiza la implementación física de los mismos y se proponen algunas
aplicaciones.

Esta materia complementa algunas materias desarrolladas en el
plan de estudios como Matemáticas V y Tiempo Real.

Esta materia debe ser prerrequisito para tomar la materia de
procesamiento de imágenes.

4
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FFFFIIIICCCCHHHHAAAA TTTTÉÉÉÉCCCCNNNNIIIICCCCAAAA

Nombre: PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEÑALES
Clave:
En esta asignatura se estudian las técnicas de procesamiento digital de
señales en tiempo real, aplicadas al monitoreo y control de señales,
Justificación:
comunicación de datos, entre otras, teniendo como base herramientas de
matemáticas discretas.
Desarrollar la capacidad en el alumno para diseñar, implementar y controlar
Objetivo:
en tiempo real sistemas mediante el procesamiento digital de señales.
Pre requisitos: Matemáticas V (Variable Compleja) y Programación en tiempo real.

Capacidades y/o Habilidades

• Diseñar e implementar sistemas de control basados en un procesador digital de señales
• Aplicación de lógica de programación
• Razonamiento matemático
• Interpretación de información técnica de los elementos de procesamiento digital de señales
• Manejo de herramientas de cómputo.

TEORÍA PRÁCTICA
UNIDADES DE
No No
APRENDIZAJE
presencial presencial presencial presencial
Tópicos generales de
procesamiento digital 3 0 0 0
de las señales.
Análisis de sistemas
discretos en el 10.5 2 9 4
dominio del tiempo
Estimación de tiempo (horas) Representación en el
necesario para transmitir el dominio de la
10.5 1 6 3
aprendizaje al alumno, por frecuencia de los
Unidad de Aprendizaje: sistemas LTI.
Respuesta en
frecuencia de
4.5 0 6 0
sistemas discretos
en tiempo.
Diseño e
implementación de
filtros digitales de 9 1 3 0
respuesta al impulso
infinita.
5
Diseño e
implementación de
filtros digitales de 7.5 2 6 3
respuesta al impulso
finita.
Total de horas por cuatrimestre: 45 5 30 10
Total de horas por semana: 3 0 3 0
Créditos: 6
1.- Oppenheim Alan, Schafer Ronald, TTTTrrrraaaattttaaaammmmiiiieeeennnnttttoooo ddddeeee sssseeeeññññaaaalllleeeessss eeeennnn
ttttiiiieeeemmmmppppoooo ddddiiiissssccccrrrreeeettttoooo, Segunda Ed., Prentice Hall., Madrid, 2000,
ISBN 84-205-2987-7
2.- Albardar Ashok, PPPPrrrroooocccceeeessssaaaammmmiiiieeeennnnttttoooo ddddeeee sssseeeeññññaaaalllleeeessss aaaannnnaaaallllóóóóggggiiiiccccaaaassss yyyy
ddddiiiiggggiiiittttaaaalllleeeessss, SegundaEd., Thomson Learning., Mexico, 2003.
3.- Ogata Katsuhiko, SSSSiiiisssstttteeeemmmmaaaassss ddddeeee ccccoooonnnnttttrrrroooollll eeeennnn ttttiiiieeeemmmmppppoooo ddddiiiissssccccrrrreeeettttoooo,
Prentice Hall.
Bibliografía:
4.- Haykin Simon, Van Veer Barry,,,, SSSSeeeeññññaaaalllleeeessss yyyy ssssiiiisssstttteeeemmmmaaaassss,
LIMUSA Wiley., Mexico, 2004, ISBN 968-18-5914-6.
5.- Oppenheim Alan, Willsky Alan, SSSSeeeeññññaaaalllleeeessss yyyy ssssiiiisssstttteeeemmmmaaaassss, Segunda Ed.
Prentice Hall., Mexico, 1997, ISBN 0-13-814757-4.

6
IIIIDDDDEEEENNNNTTTTIIIIFFFFIIIICCCCAAAACCCCIIIIÓÓÓÓNNNN DDDDEEEE RRRREEEESSSSUUUULLLLTTTTAAAADDDDOOOOSSSS DDDDEEEE AAAAPPPPRRRREEEENNNNDDDDIIIIZZZZAAAAJJJJEEEE

IIIIDDDDEEEENNNNTTTTIIIIFFFFIIIICCCCAAAACCCCIIIIOOOONNNN DDDDEEEE RRRREEEESSSSUUUULLLLTTTTAAAADDDDOOOOSSSS DDDDEEEE AAAAPPPPRRRREEEENNNNDDDDIIIIZZZZAAAAJJJJEEEE

Unidad de Aprendizaje Resultados de aprendizaje E videncias Sesiones de
(EP, ED, EC, EA) aprendizaje
EC: señales
El alumno revisará la analógicas,
Tópicos generales de clasificación de las señales y muestreadas y
procesamiento digital el tipo de procesamiento discretas; señales 2
de las señales. respectivo a cada una de periódicas, no
ellas. periódicas, pares e
impares.
EC: Linealidad,
invarianza en el
tiempo, causalidad,
estabilidad, sistemas
El alumno conocerá las
con memoria y sin
herramientas para analizar
memoria.
los sistemas lineales e
ED: Análisis y
Análisis de sistemas invariantes en el tiempo,
simulación de la
discretos en el dominio 15
respuesta al impulso
del tiempo El alumno identificará la
de un sistema y de la
estabilidad y la causalidad
convolución.
de los sistemas lineales e
EP: Reporte de
invariantes en el tiempo....
respuesta al impulso
de sistemas y
convolución de
algunas secuencias.
EC: Transformada Z,
propiedades de la
transformada Z,
El alumno conocerá la
transformada Z
transformada Z y la
inversa, región de
transformada Z inversa, así
convergencia.
como sus propiedades.
ED: Simulación de la
Representación en el
transformada Z de
dominio de la
algunas funciones 13
frecuencia de los El alumno analizará por
elementales.
sistemas LTI. medio de la transformada Z
EP: reporte de la
los sistemas LTI a partir de
simulación de la
su función de transferencia.
transformada Z y la

transformada Z,

reporte de los
ejercicios prácticos
realizados de tarea
7
EC: Formas de
El alumno conocerá las
realización directa,
diferentes representaciones
cascada y paralelo,
de los sistemas discretos en
respuesta en
el tiempo, así como su
frecuencia de un
función de transferencia.
sistema discreto.
Respuesta en
EP: reporte de tarea
frecuencia de sistemas El alumno realizará la 7
de obtención y
discretos en tiempo. conversión entre las
conversión de la
diferentes formas de
función de
realización de los sistemas
transferencia entre las
discretos.
diferentes formas de

realización de los

sistemas LTI.
EC: Diseño de filtros
IIR por medio de la
invarianza al escalón.
Diseño de filtros IIR
mediante el método
El alumno diseñará filtros IIR de la transformación
Diseño e mediante el método de la bilineal.
implementación de invarianza al escalón. ED: Simulación del
filtros digitales de filtro IIR en Matlab. 4
respuesta al impulso El alumno diseñará filtros IIR EC: Reporte de la
infinita. mediante el método de la simulación del filtro
transformación bilineal. IIR en Matlab. Reporte
de tarea con diseños
de diferentes
parámetros en filtros
IIR.

Diseño de filtros FIR
mediante el método
El alumno diseñará filtros FIR
de series de Fourier.
mediante el método de las
ED: Simulación del
series de Fourier y funciones
filtro FIR en Matlab.
ventana.
EC: Reporte de la

Diseño e simulación del filtro
El alumno conocerá la
implementación de FIR en Matlab.
transformada discreta de
filtros digitales de Reporte de tarea con 7
Fourier y algunas
respuesta al impulso diseños de diferentes
aplicaciones.
finita. parámetros en filtros

IIR. Reporte de tarea
El alumno conocerá la
con cálculos de la
transformada rápida de
transformada discreta
Fourier y algunas
de Fourier de algunas
aplicaciones.
señales conocidas.

8
PPPPLLLLAAAANNNNEEEEAAAACCCCIIIIÓÓÓÓNNNN DDDDEEEELLLL AAAAPPPPRRRREEEENNNNDDDDIIIIZZZZAAAAJJJJEEEE

PPPPLLLLAAAANNNNEEEEAAAACCCCIIIIÓÓÓÓNNNN DDDDEEEELLLL AAAAPPPPRRRREEEENNNNDDDDIIIIZZZZAAAAJJJJEEEE

IIIInnnnssssttttrrrruuuummmmeeeennnnttttoooo TTTTééééccccnnnniiiiccccaaaa ddddeeee EEEEssssppppaaaacccciiiioooo eeeedddduuuuccccaaaattttiiiivvvvoooo TTTToooottttaaaallll ddddeeee hhhhoooorrrraaaassss
RRRReeeessssuuuullllttttaaaaddddoooo ddddeeee EEEEvvvviiiiddddeeeennnncccciiiiaaaassss ddddeeee eeeevvvvaaaalllluuuuaaaacccciiiióóóónnnn aaaapppprrrreeeennnnddddiiiizzzzaaaajjjjeeee TTTTeeeeóóóórrrriiiiccccaaaassss PPPPrrrrááááccccttttiiiiccccaaaassss
aaaapppprrrreeeennnnddddiiiizzzzaaaajjjjeeee ttttiiiippppoooo AAAAuuuullllaaaa LLLLaaaabbbboooorrrraaaattttoooorrrriiiioooo oooottttrrrroooossss PPPPrrrreeeesssseeeennnncccciiiiaaaallll NNNNoooo PPPPrrrreeeesssseeeennnncccciiiiaaaallll NNNNoooo
pppprrrreeeesssseeeennnncccciiiiaaaallll pppprrrreeeesssseeeennnncccciiiiaaaallll
El alumno
EC: señales
revisará la
analógicas,
clasificación de
muestreadas y
las señales y el
discretas; Exposición
tipo de
señales Cuestionario del X 3 0 0 0
procesamiento
periódicas, no profesor
respectivo a cada
periódicas,
una de ellas.
pares e

impares.

El alumno EC: Linealidad,
conocerá las invarianza en el
herramientas tiempo,
para analizar los causalidad,
sistemas lineales estabilidad,
Exposición
e invariantes en el sistemas con
del
tiempo, memoria y sin
Cuestionario profesor,
memoria. X X 10.5 2 9 3
Ejercicios solución de
El alumno ED: Análisis y
ejercicios,
identificará la simulación de
simulación
estabilidad y la la respuesta al
causalidad de los impulso de un
sistemas lineales sistema y de la
e invariantes en el convolución.
tiempo. EP: Reporte de