毕业设计（论文）-基于fpga的fir滤波器设计

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1、目录引言11．软件及硬件平台21．1VHDL语言特点21．2MAXplusII开发环境31．3可编程逻辑器件41．4ALTERA公司FLEX10K系列52．FIR滤波器基本理论62．1数字滤波器概述62．2有限长单位冲激响应(FIR)滤波器62．2．1FIR滤波器特点62．2．2FIR滤波器结构72．3FIR数字滤波器的实现方法83.基于FPGA实现FIR滤波器的研究93．1基于乘法器结构的FIR滤波器在FPGA上的实现结构93．1．1基于乘累加FIR滤波器结构93．1．2基于并行乘法器直接型FIR滤波器结构103．2基于分布式（DA

2、）算法的FIR滤波器在FPGA上实现结构113．2．1用分布式原理实现FIR滤波器－串行方式123．2．2用分布式原理实现FIR滤波器－并行方式133．3CSD码及最优化方法144．线性相位FIR滤波器的设计164．1FIR滤波器的设计要求164．2软件环境和硬件平台选择164．3FIR滤波器的设计方案164．4各模块设计175．仿真结果及分析215．1仿真结果215．2仿真结果分析226．总结22致谢23参考文献23ABSTRACT2525基于FPGA的FIR滤波器设计摘要：本文提出了一种采用现场可编程门阵列器件(FPGA)实现FI

3、R数字滤波器的方案，并以Altera公司的FPGA器件EPF10K30为例完成了FIR滤波器的模块化设计过程。底层采用VHDL语言描述设计文件,顶层使用底层产生的模块连接组成FIR滤波器,并在MAX+plusII上进行了实验仿真。仿真结果表明：该设计方案可行，可为今后的数字滤波器模块化研究提供另一种思路。关键词:VHDL;FPGA;FIR滤波器;Maxplus引言许多工程技术领域都涉及到信号，这些信号包括电的、磁的、机械的、热的、声的、光的及生物体的等等。如何在较强的背景噪声和干扰信号下提取出真正的信号并将其用于实际工程，这正是信号处

4、理要研究解决的问题。20世纪60年代，数字信号处理理论得到迅猛发展，理论体系和框架趋于成熟，到现在它已经成长为一门独立的数字信号处理学科。数字滤波器在数字信号处理中占有很重要的地位，它涉及的领域很广，如：通信系统、系统控制、生物医学工程、机械振动、遥感遥测、地质勘探、航空航天、电力系统、故障检测、自动化仪器等。系统数字滤波是提取有用信息非常重要而灵活的方法，是现代信号处理的重要内容。相对于模拟滤波器，数字滤波器没有漂移，能够处理低频信号，频率响应可接近理想特性，且精度很高又容易集成。在现代电子系统中，FIR数字滤波器以其良好的线性特性

5、被广泛使用，属于数字信号处理的基本模块之一。在工程实践中，往往要求对信号处理要有实时性和灵活性，而已有的一些软件和硬件实现方式则难以同时达到这两方面的要求。硬件描述语言（VHDL）是数字系统高层设计的核心，是实现数字系统设计新方法的关键技术之一。随着可编程逻辑器件在速度和集成度方面的飞速发展，使用FPGA来实现FIR滤波器，既具有实时性，又兼顾了一定的灵活性，越来越多的电子工程师采用FPGA器件来实现FIR滤波器，FIR数字滤波器在数字信号处理系统中应用非常普遍，常被用来对原始（或输入）样本数据进行消除高频、抑制噪声等处理以产生所需的

6、输出。数字滤波器的好坏对相关的众多工程技术领域影响很大，一个好的数字滤波器会有效地推动众多工程技术领域的技术改造和科学发展。所以对数字滤波器的工作原理、硬件结构和实现方法进行研究具有一定的意义。本设计将采用现场可编程门阵列器件(FPGA)实现FIR数字滤波器的方案，底层采用VHDL语言描述设计文件，顶层使用底层产生的模块连接组成FIR滤波器，并在Max+plusII上进行实验仿真。由仿真结果判断设计的可行性。1．软件及硬件平台251．1VHDL语言特点VHDL是一种全方位的硬件描述语言，包括系统行为级、寄存器传输级和逻辑门级多个设计层

7、次,支持结构、数据流和行为三种描述形式的混合描述，因此VHDL几乎覆盖了以往各种硬件描述语言的功能，整个自顶向下或自底向上的电路设计过程都可以用VHDL来完成。VHDL还具有以下优点：(1)VHDL的宽范围描述能力使它成为高层次设计的核心，将设计人员的工作重心提高到了系统功能的实现与调试，而花较少的精力于物理实现。(2)VHDL可以用简洁明确的代码描述来进行复杂控制逻辑的设计，灵活且方便，而且也便于设计结果的交流、保存和重用。(3)VHDL的设计不依赖于特定的器件，方便了工艺的转换。(4)VHDL是一个标准语言，为众多的EDA厂商支持

8、，因此移植性好。VHDL设计是行为级的设计，所带来的问题是设计者的设计思想与实际电路结构是相脱节的。设计者主要是根据VHDL的语法规则，对系统目标的逻辑行为进行描述，然后通过综合工具进行电路结构的综合、编译、优化，通过仿