毕业设计论文-eda设计微波滤波器--基于da算法的fir数字低通滤波器设计

毕业设计论文-eda设计微波滤波器--基于da算法的fir数字低通滤波器设计内容摘要：

13 The circuit design14 5 F I R f i l t e r s y n t h e s i s a n d simulation21 5 . 1 T h e s i g n i f i c a n c e o f S y n t h e s i s a n d S i mul a ti o n2 1 F I R f i l t e r simulation 2 1 FIR filter synthesis23 Filtering properties of filter reverification24 6 Summary27 References 2 9 Acknowledgments 30 Appendix 31 IV EDA 设计微波 FIR 滤波器 【摘要】 EDA 技术 以 功能强大的 计算机为平台。 作为 IEEE 标准硬件描述语言，利用 VHDL 进行系统行为级设计已成为 FPGA和 ASIC设计的主流。 目前由于在雷达、微波通讯等部门，多频率工作越来越普遍，对分隔频率的要求也相应提高，所以需要用到大量的滤波器。 图像处理以及数据传输都要求信道具有线性相位特性。 有限长单位冲激响应（ FIR）数字滤波器 是数字信号处理系统中最基本的元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位抽 样响应是有限长的，因而滤波器是稳定的系统。 因此， FIR 滤波器在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。 本设计采用的分布式算法在提高系统运算速度和硬件资源利用率上发挥了重要作用。 【 关键词 】 FPGA、 VHDL、低通、 FIR 滤波器 、 DA EDA design of microwave FIR filters Liu Zhihu 【 Abstract】 The technology of EDA is based on the powerful platform of puters。 As prescribed language of hardware of the IEEE criteria， it’s been popular for FPGA and ASIC design used by VHDL for the system design at the level of behavior。 Filter is a twoport work， nowadays there is a great need for filters in Radar, microwave munications and other departments， because it’s more and more popular for the work of multifrequency， and we have a more tough requirement for frequency separation。 Image processing and data transmission require channel with linear phase characteristics. Finite Impulse Response (FIR) digital filter is the most basic digital signal processing system ponents，it can ensure to have strict linear phasefrequency characteristic at any amplitudefrequency characteristic， and its unit sample response is finite length at the same time， so the filter is a stable system。 Therefore， the FIR filters have a wild application in the fields of munication、 image processing、 simulated recognition and so on。 【 Key words】 VHDL、 FPGA、 lowpass、 FIR filters、 DA 1 1 绪论 概述 EDA 技术以功能强大的计算机 为平台。 作为 IEEE 标准硬件描述语言，利用 VHDL进行系统行为级设计已成为 FPGA 和 ASIC 设计的主流。 目前由于在雷达、微波通讯等部门，多频率工作越来越普遍，对分隔频率的要求也相应提高，所以需要用到大量的滤波器。 目前应用最为广泛的是带通型的 滤波器。 本课题设计一种最为基本的 FIR 数字低通滤波器，可通过参数调整，设计成其他类型的滤波器，如带通滤波器等。 图像处理以及数据传输都要求信道具有线性相位特性。 有限长单位冲激响应（ FIR）数字滤波器 是数字信号处理系统中最基本的元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格 的线性相频特性，同时其单位抽样响应是有限长的，因而滤波器是稳定的系统。 因此， FIR 滤波器在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。 本设计采用的分布式算法在提高系统运算速度和硬件资源利用率上发挥了重要作用。 课题 研究 的 目的和意义 在数字信号处理中， FIR 数字滤波器是最常用的单元之一。 它用于将输入信号x[n]的频率特性进行特定的修改，转换成另外的输出序列 y[n]。 由于在性能、成本、灵活性和功耗等方面的优势，基于 FPGA 的数字信号处理器已广泛应用于图像、视频和无线通信领域。 采用分布 式 算法的 FPGA 滤波器采用纯硬件的方式实现 FIR 滤波，其突出的优点是：运算速度不再和滤波器 的 阶数正相关，而是与采样数据的宽度相关，特别适合于高阶高速 FIR 滤波器的设计。 国内外的研究现状 嵌入式系统是一个面向应用、技术密集、资金密集、高度分散、不可垄断的产业。 随着各个领域应用需求的多样化，嵌入式设计技术和芯片技术也经历着一次又一次的革新。 虽然 ASIC 的成本很低，但设计周期长、投入费用高、风险较大，而可编程逻辑器件（ Programmable Logic Device）设计灵活、功能强大 ，尤其是高密度现场可编程逻辑 器件（ Programmable Gate Array），其设计性能已完全能够与 ASIC 媲美，而且由于 FPGA 的逐步普及，其性价比已足以与 ASIC 抗衡。 因此，FPGA 在嵌入式系统设计领域已占据越来越重要的地位。 2 课题研究的内容及预期目标。 本课题是利用分布式 算法 设计 FIR 数字低通滤波器，主要是研究分布式算法的原理及其在该设计中的应用，以及用 FPGA 软件设计，利用 VHDL 语言编程 ，并在QuartusII 操作环境中实现编译、综合，以及用其自带的软件进行仿真。 通过与MATLAB 的联合应用，对结果进行分析与验证。 模拟出一 台 Fs 为 44KHz， cF 为 的 FIR数字低通滤波器 ，并用其进行模拟滤波，测试其效果。 3 2 FIR 数字滤波器的 设计 数字滤波器概述 数字滤波器（ Digital Filter）是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种装置。 其功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变频谱的目的。 由 于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，也可用大规模集成数字硬件实时实现。 数字滤波器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）。 应用数字滤波器处理模拟信号时，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抽样率应大于被处理信号带宽的两倍，其频率响应具有以抽样频率为间隔的周期重复特性，且以折叠频率即 1/2 抽样频率点成镜像对称。 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。 数字滤波器具 有高精度、高可靠性、可程控改变频率或复用、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。 数字滤波器有低通、高通、带通和全通等类型。 它可以是时不变的或时变的、因果的或非因果的、线性的或非线性的。 本课题研究的是应用最为广泛的线性时不变数字滤波器。 FIR 滤波器基础 FIR 滤波器的基本结构 FIR 滤波器有四类基本结构，即横截型（卷积型、直接型）结构；级联型结构；频率抽样型结构；快速卷积 型 结构。 本设计应用直接型结构，所以在以下章节将对其 作重点介绍。 FIR 数字滤波器是一个线性时不变系统（ LTI）， N 阶因果有限冲激响应滤波器可以用传输函数 H（ z）来描述， 0( ) ( )N kkH z h k z （ ） 在时域中，上述有限冲激响应滤波器的输入输出关系如下： 0[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]Nky n x n h n x k h n k    （ ） 其中， x[n]和 y[n]分别是输入和输出序列。 N阶有限冲激响应滤波器要用 N＋ 1 个系数描述，通常要用 N+1 个乘 法器和 N 个两输入加法器来实现。 乘法器的 系数正好是传 递 函数的系数，因此这种结构称为直接型结构，可通过 式（ ）来实现，如图 1。 4 图 直接型结构 当冲击响应满足下列条件时， FIR 滤波器具有对称结构，为线性相位滤波器： （ ） 这种对称性，可使得乘法器数量减半：对 n 阶 滤波器，当 n为偶数时，乘法器的个数为 n/2 个；当 n 为奇数时，乘法器的个数为 (n+1)/2 个。 在电路实现中，乘法器占用的逻辑单元数较多。 乘法器的增加，意味着电路成本增加，另外对电路的工作速度也有影响。 N阶线性相位的因果 FIR系统的单位冲激响应滤波器可用对称冲激响应 [ ] [ ]h n h N n[ ] [ ]h n h N n （ ） 或者反对称。