毕业设计（论文）-基于FPGA的FIR滤波器设计精选.doc

目 录 引言 1 1．软件及硬件平台 2 1．1 VHDL语言特点 2 1．2 MAX plusII开发环境 3 1．3 可编程逻辑器件 4 1．4 ALTERA公司FLEX 10K系列 5 2．FIR滤波器基本理论 6 2．1 数字滤波器概述 6 2．2 有限长单位冲激响应(FIR)滤波器 6 2．2．1 FIR滤波器特点 6 2．2．2 FIR滤波器结构 7 2．3 FIR数字滤波器的实现方法 8 3.基于FPGA实现FIR滤波器的研究 9 3．1 基于乘法器结构的 FIR 滤波器在 FPGA 上的实现结构 9 3．1．1基于乘累加 FIR 滤波器结构 9 3．1．2 基于并行乘法器直接型 FIR 滤波器结构 10 3．2 基于分布式（DA）算法的 FIR 滤波器在 FPGA 上实现结构 11 3．2．1 用分布式原理实现FIR滤波器－串行方式 12 3．2．2 用分布式原理实现FIR滤波器－并行方式 13 3．3 CSD码及最优化方法 14 4．线性相位FIR滤波器的设计 16 4．1 FIR滤波器的设计要求 16 4．2 软件环境和硬件平台选择 16 4．3 FIR滤波器的设计方案 16 4．4 各模块设计 17 5．仿真结果及分析 21 5．1 仿真结果 21 5．2 仿真结果分析 22 6．总结 22 致谢 23 参考文献 23 ABSTRACT 25 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FIR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，因此移植性好。 图1-1 一个库的基本组成部分 为了更有效的编写VHDL代码，必须知道哪些数据类型是可用的以及怎样说明和使用它们。表1-1中总结了VHDL中基本的可综合的数据类型。 表1-1 VHDL中基本的可综合的数据类型 数据类型 可综合的数据 BIT,BIT_VECTOR ‘0’，‘1’ STD_LOGIC,STD_LOGIC_VECTIR ‘X’，‘0’，‘1’，‘Z’ STD_ULOGIC，STD_ULOGIC_VECTOR ‘X’，‘0’，‘1’，‘Z’ BOOLEAN True，False NATURAL 0到+ INTEGER -到+ UNSIGNED 0到+ 用户自定义整型