基于Verilog的数字乘法器和滤波器的优化设计与实现-无线电物理专业论文.docxVIP

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本论文属于 必威体育官网网址□， 在 年解密后适用本授权书。 不必威体育官网网址□。 （请在以上方框内打“√”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 摘 要 地球重力场作为近地空间最基本的物理场之一，通过精密测量就可以反演推算 出地球内部物质组成和分布信息，而地球表面重力梯度信号十分微弱，幅值大约为 3500E 到 4500E（单位 1E=10-9 s-2）。因此，重力测量对地球科学、矿物勘探和军事方 面都起到很重要的作用，高精度测量对现代科技和工艺技术也提出了很高的要求。 旋转加速度计重力梯度仪是目前唯一获得应用的适合机载、船载等运动平台上 的重力梯度测量方案，其关键技术之一是通过对多个加速度计进行动态匹配调节来 降低多种噪声和误差，从而降低对研制单个加速度计的性能要求。为实现多个加速 度计标度因子匹配，我们采用的匹配控制系统是以 FPGA 芯片为核心，依靠外围各 模拟采集电路，数字计算、处理电路等来完成。在处理过程中，要求保留实时数据 的所有精度，因此我们对信号采用 40 位高精度计算，但这对 FPGA 芯片中的乘法器 和滤波器模块提出了高要求，既要满足芯片本身的资源占用合理，更要完成高速度 高效率的计算与处理过程。 本文通过对常见的几种乘法器模块对比，基于 Verilog 编程语言设计出了一种新 型等位宽比特对(BPE)乘法器模块，对于 Actel 公司的 APA600 系列芯片，使 16 位乘 法器的芯片占用资源从 7.9%降为 3.7%。实验结果表明，在全局时钟为 4MHz 时，该 模块对 16 位二进制数(FFFF)16 的计算时间仅为 6μs。同时，为了满足新的实验要求， 又将程序模块修改为不等位宽乘法器，且根据具体计算位宽可以快速修改程序模块， 以达到特定需求，应用于其他功能模块。 本文依靠 Xilinx 芯片自带的硬件乘法器，由 IIR 低通滤波器传递函数入手，基 于 Verilog 编程语言设计了一种新型滤波器的建模方法。新低通滤波器模块大幅提高 截止频率ωc，既满足对 40 位数据的滤波器需求，使滤波速度大幅提升，也提高带通 频率的带宽，更具有修改快捷等优势，可根据不同要求快速建立所需要的各类滤波 器模块。实验结果表明，同时完成对带阻信号-112dB 倍率的衰减目标，该滤波器模 块能将滤波调整时间由 1134s 缩短到 248s，并且拓宽了带通频率带宽，能完好保留 带通信号，可应用于实际实验，从而达到优化目的。 关键词：标度因子匹配 FPGA Verilog 乘法器 滤波器 I Abstract The Earth’s gravity field is one of the most basic physical fields in the near-earth space, and the distribution information about Earth’s interior substance can be estimated inversely through the precise measurement of the earth’s gravity field. But the earth’s surface gravity gradient signal’s value is very weak, which is approximately 3500E to 4500E (1E=10-9 s-2). Therefore, the gravity measurement has played a very important role in Earth Sciences, mineral exploration and military applications. The high precision gravity gradient measurement also puts forward a severe challenge to