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FPGA045 IIR数字滤波器设计与高速数据传输

上传者:辅导员 下载量:0人 上传时间:2018-02-27 16:20 温馨提示:添加客服QQ530083379或QQ670023853(备注校外加油站以及购买的项目名字)成品程序另外加收100元可享受调试运行一次(包含指导配置环境,远程调试运行在你本机电脑跑起来) 优惠价:¥200

摘要

 

近年来,随着数字技术的飞速发展,数字滤波器在语音处理、模式识别、雷达信号处理、频谱分析等领域得到了广泛的应用。为了便于标准的设计,满足了IIR数字滤波器的要求,可以充分利用MATLAB,在滤波器设计和分析工具的信号处理工具箱。通过对IIR数字滤波器的设计,在此基础上,再做分解和量化,对FPGA滤波器系数进行分解和量化后。

IIR数字滤波器的设计方法有两种:间接设计法和直接设计法。前者采用模拟滤波器设计方法。整个设计过程包括:首先,根据数字滤波器的设计指标,设计了相应的过渡模拟滤波器。后者的设计比较简单,主要是在时域或频域设计数字滤波器。

本文使用现场可编程门阵列(FPGA)器件设计了一个高通IIR数字滤波器,对同一结构的IIR滤波器,可以调整不同频率的滤波器的参数,具有算法的分布式并行处理和高效的特点,并采用多级流水线实现操作。用Verilog HDL语言编写程序,并利用MATLAB软件和仿真参数的计算,然后进行功能仿真,然后使用Quartus II软件仿真。将仿真结果下载到选定的FPGA后,实现了IIR数字滤波器的功能。

通过对实验结果的分析,提出了改进的滤波器结构算法,得到的结果表明,该滤波器具有明显的优势,主要体现在其设计性能和速度上,性能稳定可靠,处理约束的大小和速度可以集成和灵活,设计得到了很好的优化。由于采用了FPGA,该滤波器结构简单,减少了存储容量的要求,不影响系统的速度

 关键词:IIR滤波器  可编程门阵列器件  加法树  分布式  流水线  并行结构 目录

摘要....................................................................................................................... II

Abstract................................................................................................................. III

目录...................................................................................................................... IV

1 引言.................................................................................................................... 6

1.1本课题研究意义..................................................................................... 6

1.2国内外研究现状分析............................................................................. 7

1.3研究思路................................................................................................. 7

1.4 IIR滤波器简介..................................................................................... 8

1.5自适应算法简介..................................................................................... 8

1.6 LVDS技术简介....................................................................................... 8

2 数字滤波器设计............................................................................................ 10

2.1 数字滤波器的基本结构...................................................................... 10

2.2 IIR滤波器的基本结构....................................................................... 10

2.3 数字滤波器的设计原理.................................................................. 12

2.4 滤波器的性能指标........................................................................... 13

2.5 IIR数字滤波器的设计方法.......................................................... 13

2.6 IIR滤波器与FIR滤波器的分析比较......................................... 14

2.7 自适应算法分析.................................................................................. 17

2.7.1 最小均方误差算法:.............................................................. 18

2.7.2 递推最小二乘法...................................................................... 18

2.8 本章小结.............................................................................................. 18

3 IIR滤波器的设计............................................................................................. 19

3.1由模拟滤波器设计IIR数字滤波器................................................ 19

3.1.1 巴特奥兹滤波器............................................................................ 19

3.1.2 切比雪夫滤波器............................................................................ 21

3.1.3 椭圆滤波器.................................................................................... 23

3.2 用matlab设计数字滤波器............................................................... 24

3.2.1 FDATool界面................................................................................. 24

3.2.2 用Fdatool进行带通滤波器设计................................................. 26

3.2.3 将系统函数由直接型化成级联型................................................ 28

3.2.4 二阶节系数的确定........................................................................ 28

3.2.5 系数转换成二进制码................................................................... 29

3.3 本章小结.............................................................................................. 31

4 系统设计部分.......................................................................................... 32

4.1 整个设计的组织结构........................................................................... 32

4.2 各个子单元的设计思路....................................................................... 33

4.2.1 分布式算法的运用.................................................................... 33

4.2.2 乘法造作采用加法树实现........................................................ 33

4.2.3 采用查找表结构........................................................................ 33

4.3 各个子单元之间的接口关系............................................................... 34

4.3.1 数据的输入部分........................................................................ 34

4.3.2 系统的时序时钟........................................................................ 34

4.3.3 乘法操作的函数调用................................................................ 35

4.3.4 流水线工作方式的接口关系.................................................... 35

4.4 Modelsim仿真工具概述....................................................................... 35

5 仿真综合部分.................................................................................................. 37

5.1 片内各种资源的使用情况................................................................... 37

5.2 关键节点、I/O引脚测试波形的描述................................................ 39

5.3 仿真波形分析....................................................................................... 40

5.4 RTL级电路描述.................................................................................... 41

6 结论.................................................................................................................. 43

6.1 本文总结............................................................................................... 43

6.2 设计成果总结....................................................................................... 43

6.3 设计心得............................................................................................... 43

致谢..................................................................................................................... 45

参考文献............................................................................................................. 46

7 附录................................................................................................................. 47

7.1 Verilog HDL程序代码:.............................................................. 47

7.2 MATLAB程序代码:......................................................................... 50      


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