基于FPGA的FIR滤波器设计书.docx

《基于FPGA的FIR滤波器设计书.docx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、基于FPGA的FIR滤波器设计书1概述我们学生通过这次的课设深入理解和消化了基本理论、进一步提高综合应用能力并且锻炼独立解决问题的能力，我们将《数字信号处理》、《集成电路原理与应用》和《FPGA系统设计与应用》几门课程融合在一起综合应用设计一个实用的数字FIR滤波器。本报告中首先讲解了这次设计的具体容，以及所要求的数字FIR滤波器的技术指标。然后，数字滤波器的一些设计方法，并具体确定我这次设计所用的设计方案。滤波器在matlab中的设计方法应用。通过matlab得到所需滤波器的具体参数h（n），然后用这些所设计的参数，通过Quartusii工具编程具体实现滤波器功能。这次滤波器实现过程中

2、，用到以下小模块：延时器，加法器，乘法器，减法器。2课程设计要求及注意事项1．设计过程以小组为单位，各组设一个组长，负责组织和协调本小组的讨论、任务分工等；2．设计过程必须在本组独立完成，不得跨组参考或抄袭，避免方案出现雷同；3．设计书一律采用专用报告纸，用统一封面装订；4．课程设计原则上在3周做完；5．最后一周周五进行优秀设计方案评选，在各组推选代表进行方案介绍的基础上，推选出2-3个优秀设计方案。6．学有余力的学生在完成必做设计容的基础上，可对容进一步展开设计，以提高综合应用能力，锻炼独立解决问题的能力。3课程设计容3.1课程设计题目及要求3.1.1设计题目：基于FPGA的FIR滤波

3、器设计3.1.2设计要求利用所学知识，采用MATLAB和FPGA相结合完成FIR滤波器的设计仿真。采用直接法或分布式算法实现FIR数字滤波器，了解两种算法的优缺点，选择其中一种算法，得出用它来实现FIR滤波器的硬件结构，对其实现方式进行研究，分别采用合适的方法来设计，最后利用FPGA器件实现FIR数字滤波器的硬件电路，并用Matlab对实现的结果进行仿真分析。设计指标：1）类型：FIR低通2）系统采样频率：Fs=10KHz；3）输入序列位宽为8位的有符号数（最高位为符号位）；4）输出结果保留8位5）窗口类型为kaiser窗，β=0.5；6）滤波器长度为N=16；3.2数字滤波器简介及结构

4、3.2.1简介滤波器是用来进行频率选择或频率分辨操作的线性时不变系统的通称。数字滤波器通常都是应用于修正或改变时域或频域号的属性。最为普通的数字滤波器就是线性时间不变量(1ineartime—invariant，LTI)滤波器。一个简单的数字滤波系统如图1-1所示。图中，x(t)为模拟信号，经过A/D转换器后变为一个有着先后顺序的数字序列x(n)。然后x(n)通过数字滤波系统H(z)，即得到数字滤波器的输出y(n)。H(z)为该数字滤波系统的单位脉冲响应h(n)的Z变换H(z)=¥åh(n)z-nn=-¥(3-1)若h(n)为无限长序列，则得到的数字滤波器为IIR数字滤波器，又称递归

5、滤波器；反之，若h(n)为有限长序列，则得到的数字滤波器为FIR滤波器，也称非递归滤波器。一个线形时不变因果滤波器可表示为：N-1H(z)=åh(n)z-nn=0(3-2)其中N为h(n)的长度，即滤波器的长度。滤波器的阶数为N-1。IIR滤波器主要是基于对模拟滤波器如巴特沃斯滤波器、椭圆滤波器等的幅频响应进行逼近，而其相频响应是非线性的。与IIR滤波器不同，FIR滤波器可以把相位特性设计成线性。这使得FIR数字滤波器在信号无失真传输、数据通信、图像传输与处理、语音信号处理等有线性相位要求的领域应用广泛。FIR滤波器的优点是软硬件实现结构简单，不用考虑系统的稳定性问题；缺点是实现较高性能

6、的频率响应需要较高的滤波器阶数。3.2.2结构FIR滤波器的单位抽样响应为有限长度，一般采用非递归形式实现。通常的FIR数字滤波器有横截性和级联型两种。FIR滤波器实现的基本结构有：(1)FIR滤波器的横截型结构表示系统输入输出关系的差分方程可写作：N-1y(n)=åh(m)x(n-m)m=0直接由差分方程得出的实现结构如图2-2所示：(3-3)图3-1横截型(直接型﹑卷积型)若h(n)呈现对称特性，即此FIR滤波器具有线性相位，则可以简化加横截型结构，下面分情况讨论：图3-2图3-3图3-2N为奇数时线性相位结构图图3-3N为偶数时线性相位结构图(2)FIR滤波器的级联型结构将H(z

7、)分解成实系数二阶因子的乘积形式：N-1[N]2åÕ0k1k2kH(z)=N=0h(n)z-N=bk=1+bz-1+bz-2(3-4)这时FIR滤波器可用二阶节的级联结构来实现，每个二阶节用横截型结构实现。如图所示：图3-4FIR滤波器的级联结构这种结构的每一节控制一对零点，因而在需要控制传输零点时可以采用这种结构。3.3设计方案的确定3.3.1滤波器设计实现方法一般有线性相位FIR直接型结构和分布式算法的设计。3.3.