[信息与通信]FIR逻辑设计_宋明聪.ppt

FIR逻辑设计 宋明聪 背景 数字幅度均衡功率放大器【2009年全国大学生电子设计竞赛C题】 解决方案 数字滤波器 模拟滤波器主要用来处理连续时间信号，而数字滤波器用来处理离散时间信号和数字信号。与模拟滤波器相比，数字滤波器有以下优点： 精度和稳定性高 改变系统函数比较容易，因而比较灵活 不存在阻抗匹配问题 便于大规模集成 可以实现多维滤波 滤波原理 对输入信号起到滤波作用，对线性非移变系统有： 线性非移变系统的滤波作用 数字低通滤波器的技术要求 分类 无限冲激响应（IIR） 有限冲激响应（FIR） FIR FIR数字滤波器的设计方法 基本特性 FIR滤波器永远是稳定的（极点均位于原点） FIR滤波器的冲激响应是有限长序列 FIR滤波器的系统函数为多项式 FIR滤波器具有线性相位 设计的基本方法 窗函数法，频率抽样法和等波纹逼近法 窗函数法 窗函数法原理 将理想低通滤波器单位取样响应序列 截断（等效于加矩形窗），用得到的有限长序列逼近理想低通滤波器。 理想低通滤波器的频率响应 其冲激响应为 窗函数法 窗函数法 窗函数法 窗函数法 窗函数法 窗函数法 窗函数法 窗函数法 窗函数法 窗函数法 窗函数法 加窗的影响 理想LPF加窗后： (1)使滤波器的频率响应在不连续点出现了过渡带，它主要是由窗函数频谱的主瓣引起的，其宽度取决于主瓣的宽度。 (2)使滤波器在通带和阻带产生了一些起伏震荡的波纹—吉布斯现象，主要由旁瓣造成。 窗函数法 在一般情况下，对窗函数的要求是： (1)尽量减少窗函数频谱的旁瓣高度，使能量集中在主瓣，减少通带/阻带中的波纹。 (2)主瓣的宽度尽量窄，获得较陡的过渡带。 窗函数法 几种常用的窗函数 窗函数法 FIR滤波器系数的计算 FIRDesigner.exe 使用的窗函数法 可以设计低通和高通两种 MATLAB FIR1函数（窗函数法） FIR2函数（频率采样法） FDATool FIRDesigner.exe程序介绍 FIRDesigner.exe程序介绍 MATLAB电赛 算法的仿真验证 均衡仿真，频谱分析 利用它的工具箱辅助设计 FDATool等 Simulink与DSPBuilder联调 自动生成FPGA工程 MATLABFIR 本设计举例设计一个200阶的低通滤波器。 clc; close all; N=200; f=[0 0.05 0.06 0.09 0.1 0.15 0.2 1]; m=[1 1 0 0 0 0 0 0]; b=fir2(N,f,m); [H,W]=freqz(b,1,512); figure(1) plot(f,m,W/pi,abs(H)); fid = fopen(Coefficients.txt, wt); fprintf(fid, %0.15f\n,b); fclose(fid); 说明：b=fir2(N,f,m)：该函数返回一个包含n阶低通FIR滤波器n+1个系数的行向量b。其频率和幅值特性由向量f和m决定。f是一个频率点向量，它的取值范围在[0 1]之间，1对应内奎斯特频率，并且f的第一个值必须为0，最后一个值必须为1。m是包含对应f各频率点理想幅值向量。f和m具有相同的长度。对于奈奎斯特频率处的通带，该函数要求滤波器阶数n为偶数，若用户定义n为奇数，系统将自动对它加1。 MATLABFIR MATLABFIR FIR模块说明 FIR模块说明 注意的问题 时钟同步 设计任务 利用WM8731作为信号的采集和输出模块，在FPGA内部设计一个任意的FIR滤波器，对20Hz-20KHz之间的信号进行滤波处理，比较理论设计和实际性能的差别。 写下总结 推荐书籍 数字信号处理 姚天任 华中科技大学出版社 无线通信FPGA设计 田耘 电子工业出版社 MATLAB及在电子信息课程中的应用 陈怀琛 电子工业出版社 数字信号处理的FPGA实现 Uwe Meyer-Baese 清华大学出版社 并行结构 Clock：系统时钟 ClkEn：采样频率 AsyncRst：异步复位，1为真 In：数据输入 Out：滤波输出 串行结构 Clock：系统时钟 AsyncRst：异步复位，1为真 In：数据输入 InEn：采样频率 Out：滤波输出 OutValid：输出信号有效标志位 数据溢出 * 带阻网络： 对前置放大电路输出信号v1进行滤波，以10kHz时输出信号v2电压幅度为基准，要求最大衰减≥10dB 数字幅频均衡 　　应用数字信号处理技术，制作数字幅频均衡电路，对带阻网络输出的20Hz～20kHz信号进行幅频均衡。 要求： a. 输入电阻为600欧。 b