基于VHDL的低通FIR数字滤波器设计 112111232 周鹏.doc

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1、..EDA技术与应用课程设计报告作者:周鹏学号：112111232学院(系):理学院专业:光学工程题目:基于VHDL的低通FIR数字滤波器设计指导者：立平教授2013年4月..........摘要数字滤波器由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种算法或装置。主要用于对输入离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。本文论述的数字滤波器是运用VHDL语言制作的，主要工作在于乘法器的设计，运用CSD编码方法改进乘法器系数。所完成的低通滤波器对由DDS产生的信号进行采样、滤波，经实验可以发现所制作的低通FIR数字滤波器能够很好地对输

2、入信号进行滤波。关键字：FIR滤波器，VHDL，DDS，CSD编码.....目录引言1数字滤波器1数字滤波器原理1数字滤波器分类2FIR滤波器的设计3FIR参数设置、获取冲击响应系数4CSD编码优化系数6乘法器的具体实现8FIR数字滤波器的整体实现9DDS设计11DDS简介11DDS的制作11实验结果13实验改进分析15总结与收获16.....引言数字滤波器是对数字信号进行滤波处理以得到期望的响应特性的离散时间系统。数字滤波器一词出现频率变高是在上世纪60年代，当时随着电子计算机技术和大规模集成电路的发展，数字滤波器已可用计算机软件实现，也

3、可用大规模集成数字硬件实时实现。数字滤波器具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。数字滤波器在语言信号处理、图像信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域都得到了广泛应用。数字滤波器数字滤波器是一种电子滤波器，它与完全工作在模拟信号域的模拟滤波器不同。数字滤波器工作在数字信号域，它处理的对象是经由采样器件将模拟信号转换而得到的数字信号。数字滤波器的工作方式与模拟滤波器也完全不同：后者完全依靠电阻器、电容器、晶体管等电子元件组成的物理网络实现滤波功能；而前者是通过数字运算器件对输入的数字信号进行运算和处理，从而实现设计要求

4、的特性。数字滤波器有着模拟滤波器所无法比拟的优越性，数字滤波器具有比模拟滤波器更高的精度，甚至能够实现后者在理论上也无法达到的性能。比如数字滤波器甚至可以使通带极接近截止频率处还能保持原信号幅度，而信号一过截止频率到达阻带就能发现信号有着明显的衰减。数字滤波器相较于模拟滤波器还具有更高的信噪比和无可比拟的可靠性。数字滤波器原理处理后的处理后的数字信号数模转换器待处理的数字信号数字信号处理器待处理的模拟信号模数转换器模拟信号图1-1数字滤波器原理图.....数字滤波器是按照程序计算信号，到达滤波的目的。通过对数字滤波器的存储器编写程序，到达滤

5、波的目的。通过对数字滤波器的存储编写程序，就可以实现各种滤波功能。数字滤波器的原理图如下1-1所示，其核心就是数字信号处理器。应用数字滤波器处理模拟信号（对应模拟频率）时，首先须对输入模拟信号进行限带、抽样和模数转换。数字滤波器输入信号的数字频率，按照奈奎斯特抽样定理，要使抽样信号的频谱不产生重叠，应小于折叠频率，其频率响应具有以2π为间隔的周期重复特性，且以折叠频率即ω=π点对称。为得到模拟信号，数字滤波器处理的输出数字信号须经数模转换、平滑。数字滤波器分类数字滤波器有低通、高通、带通、带阻和全通等类型。它可以是时不变的或时变的、因果的或

6、非因果的、线性的或非线性的。一般来说，数字滤波器主要分为两种，即IIR（InfiniteImpulseResponse，无限脉冲响应）和FIR（FiniteImpulseResponse，有限脉冲响应）。IIR数字滤波器采用递归型结构，即结构上带有反馈环路。IIR滤波器运算结构通常由延时、乘以系数和相加等基本运算组成，可以组合成直接型、正准型、级联型、并联型四种结构形式，都具有反馈回路。由于运算中的舍入处理，使误差不断累积，有时会产生微弱的寄生振荡。而且IIR数字滤波器的相位特性不好控制，对相位要求较高时，需加相位校准网络。IIR的设计相对

7、来说，较为复杂，不利于计算机编程，用于计算的时延也相对较大，这几点不利于信号的实时处理。FIR数字滤波器的结构上没有反馈回路，所以FIR数字滤波器的实现上相对于IIR数字滤波器要简单得多。虽然FIR滤波器的幅频特性精度较之于IIR低，其性能也不如同样阶数的IIR，但是FIR滤波器具有线性相位，即不同频率分量的信号经过FIR滤波器后它们的时间差不变，这在信号处理中非常重要。FIR滤波器最重要的优点就是它不存在系统极点，所以FIR滤波器是绝对稳定的系统。而且由于数字计算硬件的飞速发展，FIR滤波器性能上的相对不足已经不成为问题。再加上引入计算机

8、辅助设计，FIR滤波器的设计也得到极大的简化。现在应用最广的是线性、时不变数字滤波器，以及FIR滤波器。.....FIR滤波器的设计本次课题设计就是基于VHDL语言设计一个高效的