基于Matlab和FPGA的FIR数字滤波器的设计论文.doc

PAGE PAGE 24 湖南文理学院课程设计报告 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： 通信工程08102班 学生姓名： 赵 瑞 娇 学生学号： 6 指导教师： 叶 华 完成时间： 　2011年6月22日 报告成绩： 评阅意见： 评阅意见： 评阅教师 日期 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u HYPERLINK \l _Toc 一．引言 PAGEREF _Toc \h 3 HYPERLINK \l _Toc 二、设计目的： PAGEREF _Toc \h 3 HYPERLINK \l _Toc 三．FIR滤波器基本原理及结构： PAGEREF _Toc \h 3 HYPERLINK \l _Toc 1.FIR滤波器简介 PAGEREF _Toc \h 3 HYPERLINK \l _Toc 2.FPGA简介 4 HYPERLINK \l _Toc 3 数字滤波器的类型和设计指标 5 HYPERLINK \l _Toc 4.FIR滤波器基本原理 5 HYPERLINK \l _Toc 四．数字滤波器的设计与分析 6 HYPERLINK \l _Toc 1. 窗函数设计的基本思想和常用窗函数 6 HYPERLINK \l _Toc ２十六阶FIR低通数字滤波器硬件电路设计 8 HYPERLINK \l _Toc 五．FIR滤波器设计的仿真实现 11 HYPERLINK \l _Toc 1. 用程序设计法对FIR 滤波器的仿真 12 HYPERLINK \l _Toc 2. 用窗函数设计法对FIR滤波器的仿真 13 HYPERLINK \l _Toc 3. 滤波器的FPGA实现及仿真： 17 HYPERLINK \l _Toc 六．心得体会 24 HYPERLINK \l _Toc 七．参考文献 24 基于Matlab和FPGA 的FIR数字滤波器的设计 一．引言 数字滤波器是数字信号处理的一个重要的技术分支。利用它可以在形形色色的信号中提取所需要的信号，抑制不需要的干扰或噪声。数字滤波器根据其单位冲激响应函数的时域特性分为两种：无限长冲激响应(IIR)滤波器和有限长冲激响应(nR)滤波器。IIR滤波器保留了模拟滤波器较好的幅度特性，设计简单有效。但这些特性是以牺牲相位特性为代价而获得的，然而现在许多数据传输、图像处理系统都越来越多的要求系统具有线性相位特性“1。在这方面，FIR滤波器具有独特的优点，它可以保持严格的线性相位特性，因此越来越受到广泛的重视。 FIR滤波器的设计方法有许多中，如窗函数设计法、频率取样法和最优化设计法等等。而而随着MATLAB 软件尤其是MATLAB 的信号处理工具箱和Simulink仿真工具的不断完善，不仅数字滤波器的计算机辅助设计有了可能，而且还可以使设计法达到最优化。 二．设计目的 1.掌握FIR数字滤波器的步骤。 2.掌握MATLAB和FPGA( 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 根据冲激响应的时域特性, 数字滤波器可分为无限长冲激响应滤波器( IIR) 和有限长冲激响应滤波器( FIR) 。相比于IIR滤波器，FIR 的突出优点是: (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