基于FPGA的数字滤波器的设计研究

发布时间：2017-11-29 00:03

  本文关键词：基于FPGA的数字滤波器的设计研究

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【摘要】：FPGA器件(Field Programmable Gate Array)是20世纪90年代发展起来的可编程逻辑器件,它具有集成度高、可靠性强、处理速度快等特点。在一片FPGA上可以进行软硬件协同设计,使硬件设计如同软件设计一样灵活方便。滤波器在诸如数字通信、语音、音频、生物医学信号处理等许多领域都有重要的应用。数字滤波器主要是用于改变信号的时域和频域的特性。常见的滤波器就是线性时不变滤波器。由于FIR滤波器具有规律的结构形式,在现实应用中,大部分FIR滤波器具有相应的IP核;但是IIR滤波器没有核,所以限制了其应用,并且IIR相对于FIR具有很多无法替代的特性,比如相同的幅频特性,需要较低的阶数,并且IIR滤波器用较少的硬件资源。本文介绍了FIR、IIR滤波器的理论,应用ALTERA公司的QuartusⅡ开发软件设计了FIR、IIR结构的低通、高通等类型的滤波器,分别进行串行结构、并行结构、分布式结构的FPGA实现,对不同结构的性能进行了对比分析。利用fdatool产生滤波器系数,根据不同的结构,设计不同的滤波器。在实际的应用中,如果采样频率远大于信号的截止频率,很难设计出只含有一个部分的IIR滤波器,只能分成几个部分的级联。并对FIR滤波器和IIR滤波器进行比较,分别设计了直接型结构和级联型结构的IIR滤波器。同时应用FIR和IIR滤波器的设计原理设计了多速率滤波器。应用多个软件协同工作进行设计。首先,采用MATLAB仿真,根据指定的参数,利用MATLAB的函数进行设计,得到相应的参数,由于Quartus II只可以识别二进制的数据,所以需要把参数转化为十六进制,成为硬件设计工具QuartusⅡ的输入数据。然后,利用QuartusⅡ编写不同结构的滤波器。利用Modelsim进行仿真测试的滤波器。把程序下载到DE2中进行硬件测试,由于FPGA的可擦除特性,滤波器的类型、通带频率、阻带频率等参数可以通过编程改变,使滤波器可以根据实际需要进行改变。
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN713.7
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本文编号：1235439