pfga高通滤波器课程设计报告--大学毕设论文.doc

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1、课程设计报告作品名称：基于FPGA的高通滤波器的实现系别：专业：小组成员：指导老师：完成时间：II基于FPGA的FIR高通滤波器设计摘要随着公元二十一个世纪的到来，今天我们进入了一个科技日新月异的时代。在现代电子数字信号系统中，滤波器都以一个不可缺少的身份出现。其中，FIR高通滤波器又以其良好的线性特性被广泛和有针对性的大量使用。众所周知，灵活性和实时性是工程实践中对数字信号处理的基本要求。在以往使用的各种滤波器技术中，不难发现有许许多多的问题。但是，随着现代计算机技术在滤波问题上的飞跃，派生出一个全新的分支——高通滤波器。利用可编程逻辑

2、器件和EDA技术，使用FPGA来实现FIR滤波器，可以同时兼顾实时性和灵活性。基于FPGA的FIR高通滤波器的研究势在必行。本论文讨论基于FPGA的FIR高通滤波器设计，针对该项目设计要做的基本工作有如下几点：（一）掌握有限冲击响应FIR（FiniteImpulseResponse，FIR）的基本结构，研究现有的实现方法。对各种方案和步骤进行比较和论证分析，然后针对目前FIR高通滤波器需要的特点，速度快和硬件规模小，作为指导思想进行设计计算。（二）基于硬件FPGA的特点，利用Matlab软件以及窗函数法设计滤波器。对整个FPGA元件，计划

3、采用模块化、层次化设计思想，从而对各个部分功能进行更为详细的理解和分工设计。最终FIR高通滤波器的设计语言选择VHDL硬件编程语言。（三）设计中的软件仿真使用Altera公司的综合性PLD开发软件QuartusII，并且利用Matlab工具进行对比仿真，在仿真的过程中，对比证明，本论文设计的滤波器的技术指标已经全部达标。关键词：高通滤波器；Matlab；可编程逻辑元件II一前言2（一）本课题研究意义2（二）国内外研究现状分析2（三）研究思路2（四）相关概念说明3二FIR高通滤波器的设计方法5（一）理论部分51.引言52.FIR高通滤波器的

4、基础53.高通滤波器的设计原理64.Matlab直接FDAtool设计方式解析7（二）程序分析部分81.FPGA可编程逻辑元件介绍92.QuartusⅡ及VerilogHDL介绍103.实际滤波器程序设计（17阶FIR高通滤波器）11三滤波器仿真滤波12（一）设置混合信号12（二）设计仿真原理图13（三）设置仿真参数13（四）仿真17（五）仿真总结18四．总结与展望18（一）设计成果总结18（二）设计心得19参考文献1921一前言（一）本课题研究意义在现代通信信号处理领域中，随着各种精密计算和快速计算的发展对信号处理的实时性、快速性的要求

5、越来越高。以往的模拟滤波器无法克服电压漂移、温度漂移和噪声等问题，从而带来了许多误差和不稳定因素。而高通滤波器具有稳定性高、精度高、设计灵活、实现方便等突出优点。FPGA元器件在高速并行处理和数据传输中有独特优势，FPGA正在前端信号处理中越来越多地代替ASIC和DSP。我们需要的就是这种设计周期短，功能密度高，重组时间短的元器件。本文在FPGA元器件的基础上，实现现代FIR高通滤波器功能。并且研究多种快速的FIR高通滤波器的理论设计思想和程序设计方法。（二）国内外研究现状分析1985年XilinX公司生产出了第一块FPGA元器件，由于它

6、有着集成度高、方便易用、开发和上市周期短的绝对优势，使得FPGA器件在数字设计和电子生产中得到迅速普及和应用，发展潜力十分巨大。现在FPGA已经发展到可以利用硬件乘加器、片内储存器、逻辑单元、流水处理技术等特有的硬件结构，高速完成FFT、FIR、复数乘加、卷积、三角函数以及矩阵运算等数字信号处理。这样可以完成信号处理的主要技术，如中频采样、参数估计、自适应滤波、脉冲压缩、自适应波束形成和旁瓣对消等。（三）研究思路通过对目前高通滤波器的几种实现方法的简单分析，本文认为基于FPGA的高通滤波器具有许多优点，本文考虑到信息技术的发展对于高通滤波

7、器的要求越来越高，而目前FIR高通滤波器的性能还不完善，于是选择了基于FPGA的高通滤波器作为主要研究内容，通常滤波器在进行数据处理时用到了卷积运算，在设计中的解决这些乘法运算的思路是将它们转换成加减法，这是目前解决乘法运算的主流思想。设计初期在Matlab下对滤波器原理进行证明包括（零极点图、时域和频域分析图等），分析FIR高通滤波器的多种理论设计思想和窗函数选择方法，然后对分析出来的问题进行论证和解决，最后在QUARTUSⅡ中进行仿真验证。21（四）相关概念说明高通滤波器是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种装置。其功能是对输入离

8、散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。可认为是一个离散时间系统按预定的算法，将输入离散时间信号转换为所要求的输出离散时间信号的特定功能装置FIR（FiniteImpulseR