基于FPGA的FIR数字滤波器的设计Word下载.doc

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目录

摘要 …………………………………………………………………………………I

Abstract ……………………………………………………………………………II

引言 ………………………………………………………………………………...1

第一章FIR数字滤波器设计 ……………………………………………………..2

1.1FIR数字滤波器 ……………………………………………………………….2

1.1.1数字滤波器简介 …………………………………………………………….2

1.1.2FIR数字滤波器 ……………………………………………………………..3

1.1.3FIR数字滤波器的结构 ………………………………………………………4

1.2FIR数字滤波器设计方法 ……………………………………………………...6

1.2.1时窗函数法 …………………………………………………………………6

1.2.2频率采样法 …………………………………………………………………8

1.2.3等波纹最佳逼近法 …………………………………………………………10

1.2.4三种设计方法的比较 ……………………………………………………….11

第二章基于MATLAB的FIR数字滤波器的设计与仿真 ……………………12

2.1MATLAB软件 ………………………………………………………………12

2.2使用MATLAB函数进行FIR数字滤波器的设计 ……………………………...12

2.2.1时窗函数设计法 …………………………………………………………...12

2.2.2频率采样设计法 …………………………………………………………...13

2.2.3等波纹最佳逼近设计法 ……………………………………………………14

2.3使用FDATool设计FIR数字滤波器 ………………………………………….15

2.4使用Simulink进行仿真 ……………………………………………………..16

第三章EDA技术与分布式算法 ………………………………………………..19

3.1EDA技术 …………………………………………………………………...19

3.1.1EDA技术简介 ………………………………………………………….….19

3.1.2QUARTUSII软件介绍 ……………………………………………………..19

3.1.3FPGA介绍 ………………………………………………………………...20

3.2FPGA设计方法 ……………………………………………………………...22

3.3分布式算法 ………………………………………………………………….23

3.3.1分布式算法基础 …………………………………………………………...23

3.3.2并行的分布式算法 …………………………………………………………24

3.3.3串行的分布式算法 …………………………………………………………24

第四章15阶并行FIR数字滤波器的设计与仿真 ……………………………..26

4.1顶层文件的设计 ……………………………………………………………..26

4.2并行FIR各个模块的设计 ……………………………………………………28

4.2.1输入数据预处理模块 ………………………………………………….........28

4.2.3预相加模块 ………………………………………………………………..30

4.2.4查找表模块 ………………………………………………………………..32

4.2.5加法器模块 ………………………………………………………………..35

4.2.6移位累加器模块 …………………………………………………………...37

4.2.7输出处理模块 ……………………………………………………………...38

4.3顶层综合与仿真 ……………………………………………………………..38

4.4数据误差分析 ……………………………………………………………….41

结论 ……………………………………………………………………………….43

致谢 ……………………………………………………………………………….44

参考文献 ………………………………………………………………………….45

45

摘要：

线性相位是FIR数字滤波器设计中的一个重要条件。

线性相位FIR滤波器的设计方法主要包括时窗函数法、频率采样法、等波纹最佳逼近法。

本文基于MATLAB软件，分别用这三种方法设计FIR低通滤波器，并进行比较分析。

为了验证FIR滤波器的性能，本文使用MATLAB自带的FDATool工具设计等波纹法15阶低通滤波器，在Simulink里进行仿真，最后得到预期的结果。

设计好15阶FIR低通滤波器的系数后，本文就FIR低通滤波器的FPGA实现进行了研究。

EDA技术的发展和大规模可编程逻辑器件的应用，使得数字信号处理借助于FPGA实现变为可能。

为了实现这一目标，本文讨论了FPGA器件的结构、特点和分布式算法实现FIR滤波器的可行性，然后给出了基于并行分布式算法的FIR滤波器的VHDL描述，最后借助于EDA软件QUARTUSII进行了综合和仿真，并取得了成功。

关键词：

分布式算法FIR数字滤波器线性相位

Abstract：

LinearphaseisoneoftheimportantconditionsofFIRdigitalfilterdesign.ThedesignmethodofthelinearphaseFIRfiltermainlyincludeswindowfunctionmethod,frequencysamplingmethodandtheoptimalapproximationcorrugated.ThispaperbasedontheMATLABsoftwarewiththethreemethodsdesignsFIRlow-passfiltersandanalysistheresults.InordertoverifytheperformanceofFIRfilter,thispaperuseFDAToolownedbyMATLABsoftwaretodesignlow-passfilterof15orderwithcorrugatedmethodandconventitintoamodelforthesimulationlatercarriedout.Thefinalsimulationgetstheexpectedresults.Finishingdesign15orderFIRlow-passfiltercoefficients,thispaperwillstudyFIRlow-passfilteronFPGArealizing.WiththedevelopmentofEDAtechnologyandthewideapplicationoflarge-scaleprogrammablelogicdevices,theapplicationofdigitalsignalprocessingonFPGArealizingbecomepossible.Inordertoachievethisgoal,thispaperdiscussesthestructureandcharacteristicsofFPGAdeviceandthefeasibilityofFIRfilterdesignbasedondistributedalgorithm,andproposetheVHDLcodebasedontheparalleldistributedFIRfilter.FinallyweuseEDAsoftwarecalledQUARTUSIIforthesynthesizingandsimulation,andachieveasuccess.

Keywords：

DistributedAlgorithm;

FIRDigitalFilter;

LinerPhrase

引言

近年来，随着数字信号处理技术的发展和数字集成电路的广泛应用，越来越多的工程领域在将模拟信号转为数字信号后，面临的首要任务即是滤除干扰信号，滤波的好坏直接决定着系统能不能得到有用的信号，因此滤波在数字信号处理中处于基础性的地位。

同时，计算机技术的发展为数字滤波器的设计与仿真提供了便利。

例如，使用MATLAB软件即可在很短的时间内就能设计性能很高的数字滤波器，并且还可以进行模拟仿真，这使得我们可以在硬件实现以前对系统的性能可以有个初步的感性认识。

此外，大规模可编程逻辑器件的应用，为数字滤波器的硬件实现提供了新的方式，在