基于fpga的iir数字低通滤波器的设计

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1、题目基于FPGA的IIR数字低通滤波器设计学生姓名学号院系物理与电子信息丁程系专业电子信息工程指导教师二O—一年六月一日基于FPGA的IIR数字低通滤波器的设计与实现XXX赤峰学院物理与电子信息工程系，赤峰024000摘要：本文介绍了基于FPGA的IIR数字低通滤波器的设计与实现，首先介绍了IIR数字低通滤波器的原理和分类。接着介绍了IIR数字低通滤波器的设计方法，有用脉冲响应不变法和双线性变换法。又介绍了用VHDL语言在QmirtusII软件上生成IIR数字滤波器的各模块（时序控制模块、延时模块、顶层模块、乘法累加模块），并用各个模块构建一个IIR的二阶节。最后通过实例阐明

2、了基于FPGA的四阶IIR数字低题目基于FPGA的IIR数字低通滤波器设计学生姓名学号院系物理与电子信息丁程系专业电子信息工程指导教师二O—一年六月一日基于FPGA的IIR数字低通滤波器的设计与实现XXX赤峰学院物理与电子信息工程系，赤峰024000摘要：本文介绍了基于FPGA的IIR数字低通滤波器的设计与实现，首先介绍了IIR数字低通滤波器的原理和分类。接着介绍了IIR数字低通滤波器的设计方法，有用脉冲响应不变法和双线性变换法。又介绍了用VHDL语言在QmirtusII软件上生成IIR数字滤波器的各模块（时序控制模块、延时模块、顶层模块、乘法累加模块），并用各个模块构建一个

3、IIR的二阶节。最后通过实例阐明了基于FPGA的四阶IIR数字低通滤波器的设计，在Quartusll软件上仿從，并得到仿tt图。关键词：FPGA;MATLAB;QuartusII：IIR数字低通滤波器；设计；实现1引言在当今数字技术发展的时代，数字滤波器被广泛应川于频谱分析，模式识别，语言与图像处理等领域，数字滤波器奋着精度尚、实吋性商、处理速度快等特点。数字滤波器根据单位脉冲响应的不同，可以分为有限长脉沖响应（F1R）滤波器和无限长脉冲响应（IIR）滤波器。FIR具冇良好的相位特性，而IIR滤波器具冇很好的幅频特性。IIR滤波器所要求的阶数不仅比FIR滤波器低，而目.可以利

4、用模拟滤波器的设计成果，设计T作景相对较小，采用FPGA实现的1IR滤波器同样具有多种优越性。再苕按信号通过数字滤波器的特性（主要是幅频特性）來分类：奋低通数字滤波器、商通数字滤波器、带通数字滤波器和带阻数字滤波器。为了更好的了解数字滤波器，我们用FieldProgrammableGateArray（现场可编程门陈列）即FPGA来实现。FPGA以K优越的实时性和设计的乂活性，成Z控制系统中重要的一部分，并直接采用VHDL编程简化设计步骤。可以在Quartusn、MAX+plusII等软件上作仿真。从而使得FPGA在当今通信、自动控制以及信号处理等方面得到很广泛的应用。在本文设

5、计中提出了基于现场讨编程门阵列器件（FPGA）实现1IR数字低通滤波器。并在QuartusII上做仿真。2IIR数字滤波器的基本结构及类型.2.1直接型IIR数字滤波器的结构IIR数字滤波器传输兩数的标准表达式：H（z）=^k=NM其对应的差分方程为：y（n）=^jaky（＜n一々）+1akx、n-k）k=lk=0x⑻b0y⑻图2-1直接I型x(n)boy(n)图2-2直接II型2.2级联型IIR数字滤波器的结构将系统函数H(Z)因式分解为较低的二阶型的乘积，每个双二阶川一个直接型实现，整个系统用双二阶的级联实现，每一个二阶型传递函数为：z-1x(n)1+W.，2z-21+

6、1+4.2Z—2b0y(n)■ao-■o_AU_A24z1z-1,26-Bi,20-<)图2-3级联型2.3并联型IIR数字滤波器的结构将系统函数H(Z)因式分解为双二阶之和，毎个双二阶用一个直接型实现，整个系统函数作为二阶节的并联网络实现［2］。每一个二阶型传递函数为：k=l，".k久o+hz1+4.iz_1+4,2z_2罔2-4并联型2.41IR数字滤波器的类型IIR滤波器主要科巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器几种。给出了以上三种滤波器实现同样性能指标所需的阶数和阻带衮减的比较，如表1所示表1三种滤波器性能比较原型阶数阻带衰减/dB巴特沃斯615切比雪夫I型42

7、5椭圆阑数3273IIR数字低通滤波器的设计低通滤波器让某一频率以下的信兮分a通过，而对该频率以上的信兮分虽大大抑制的电容、电感与电阻等器件的组合装H。所以低通滤波足一种可以通过低频信号而且衰减和抑制商频信号的方式，所以其频率响应函数

8、W)

9、

10、h(w)

11、07r>a>o)c山此可以希出低通滤波器的同频帶位于2；r的整数倍。用FPGA实现滤波器的基木思想就是NM蕪于y(n)=aky{n-々)+^akx{n-k)來实现的人，=1k=03.1川脉冲响应不变法设计IIR数字低通滤波器设模拟滤波器的系统闸数为H