基于Matlab和FPGAFIR数字滤波器设计.docVIP

课程设计报告 课程名称：　 专 业 课 程 设 计 系 部： 电气与信息工程学院 专业班级： 学生姓名： 学生学号： 指导教师： 完成时间： 　2011年6月22日 报告成绩： 目 录 一．引言 3 二、设计目的： 3 三．FIR滤波器基本原理及结构： 3 1.FIR滤波器简介 3 4 3 数字滤波器的类型和设计指标 5 4.FIR滤波器基本原理 5 四．数字滤波器的设计与分析 6 1. 窗函数设计的基本思想和常用窗函数 6 ２十六阶FIR低通数字滤波器硬件电路设计 8 五．FIR滤波器设计的仿真实现 11 1. 用程序设计法对FIR 滤波器的仿真 12 2. 用窗函数设计 13 3. 滤波器的FPGA实现及仿真： 17 六．心得体会 24 七．参考文献 24 基于Matlab和FPGA的FIR数字滤波器设计( FieldProgrammable Gate Array)的综合应用。 3.设计并实现基于MATLAB和FPGA的FIR数字滤波器。 三．FIR滤波器基本原理及结构1. FIR滤波器简介 (1).具有精确的线性相位 (2).总是稳定的 (3).硬件容易实现 (4).滤波器的过渡过程具有有限区间 但其在满足同样阻带衰减的情况下需要的阶数较高。滤波器的阶数越高, 占用的运算时间越多, 因此在满足指标要求的情况下应尽量减少滤波器的阶数。 FIR 滤波器的基本结构可以理解为一个分节的延时线, 把每一节的输出加权累加, 可得到滤波器的输出。FIR 滤波器的冲激响应h (n) 是有限长的, 数学上M阶FIR滤波器可以表示为: 其系统函数为: 由于FIR滤波器的单位冲激响应h（n）是一个有限长序列，系统函数H(Z)是Z-1的（N-1）次多项式，它在Z平面有（N-1）个零点，同时在原点有（N-1）阶重极点。因此，H(Z)永远稳定。 2.　FPGA简介 自20世纪70年代初期可编程只读存贮器( PROM)问世以来, PLD有了长足的发展。早期的可编程逻辑器件只有编程只读存贮器( ( PROM ) 、紫外线可擦除只读存贮器( EPROM)和电可擦除只读存贮器( EEPROM)三种。由于受结构的限制, 它们只能完成简单的数字逻辑。70年代中期出现了可编程逻辑阵列PLA, 70年代末期出现了可编程阵列逻辑PAL, 80年代中期又推出了通用阵列逻辑GAL, 这些PLD器件的一个共同特点是可以实现速度特性较好的逻辑功能, 但其过于简单的结构也使它们只能实现规模较小的电路。为了弥补这一缺陷, 近几年又推出了与PAL 结构类似的标准门阵列可编程逻辑器件———FPGA ( FieldProgrammable Gate Array) 。它具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围广等特点。这种器件兼容了PLD和通用门阵列的优点, 可实现较大规模的电路, 编程也很灵活。与门阵列等其它ASIC相比, 它又具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在线检验等优点。因而被广泛应用于产品的原型设计和产品生产(一般在5000件以下)之中。几乎在所有应用门阵列、PLD和中小规模通用数字集成电路 的场合均可应用FPGA器件。 这里利用FPGA 来实现FIR 数字滤波器, 事实证明,达到了预期效果。 3. 数字滤波器的类型和设计指标 数字滤波是由乘法器、加法器和单位延时器组成的一种运算过程，它对输入的离散信号进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的．数字滤波器根据时域特性可分为无限脉冲响应IIR 滤波器和有限脉冲响应FIR滤波器，两者各有优缺点：IIR 滤波器能以较低的阶次获得相同的幅度滤波性能，但一般为非线性相位；FIR滤波器单位脉冲响应是有限长的，系统必定稳定，且可以做成严格的线性相位，故在图像处理、数据传输等需要信道具有线性相位特性的场合应用广泛． FIR 数字滤波器就是要根据给定的技术指标，确定系统单位脉冲响应h(n)，使系统的相位特性线性、幅度特性逼近给定的技术指标．如果h(n)是实数序列，且满足偶对称或奇对称条件，则滤波器就具有严格的线性相位特性．对幅度特性的逼近，常用最小平方逼近、插值逼近和最佳一致逼近等方法．。 4.FIR滤波器基本原理FIR数字滤波器的冲击响应h(n)为实序列时，频率响应： ??? ??? 若要求线性相位，则需： ??? ??? 因而h(n)如果满足对称或反对称的条件，就具有线性相位特性，即： 数字滤波器结构有很多种，偶对称FIR滤波器的直接型结构如图1所示。 ??? 其中x(n)，y(n)分别为输入输出时间序列。容易得到3