基于fpga的fir濾波器設計開題報告

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1、電子與信息工程系2012屆本科畢業(yè)設計（論文）開題報告題目基于FPGA的FIR濾波器的設計班級電子12-2姓名指導教師一、綜述隨著信息時代和數(shù)字世界的到來，數(shù)字信號處理已成為一門極其重要的學科和技術領域。作為數(shù)字信號處理的一項重要內(nèi)容，數(shù)字濾波器是語音與圖像處理、模式識別、雷達信號處理、頻譜分析等應用中的一種基本的處理部件，它能滿足濾波器對幅度和相位特性的嚴格要求，避免模擬濾波器所無法克服的電壓漂移、溫度漂移和噪聲等問題。有限沖激響應(FIR)濾波器能在設計任意幅頻特性的同時保證嚴格的線性相位特性。目前FIR濾波器的實現(xiàn)

2、方法有三種：利用單片通用數(shù)字濾波器集成電路、DSP器件和可編程邏輯器件實現(xiàn)。本文選用可編程邏輯器件實現(xiàn)FIR濾波器?，F(xiàn)場可編程門陣列FPGA器件的出現(xiàn)是超大規(guī)模集成電路技術和計算機輔助設計技術發(fā)展的結果。FPGA器件集成度高、體積小，具有通過用戶編程實現(xiàn)專門應用功能。它允許電路設計者利用基于計算機的開發(fā)平臺，經(jīng)過設計輸入、仿真、測試和校驗，直到達到預期的結果。目前使用最多的可編程開發(fā)環(huán)境QuartusII軟件支持幾乎所有的EDA（電子設計自動化）工具，并且可以通過命令行或Tcl腳本文件與第三方EDA工具之間進行無縫連接。

3、但在很多工程設計應用中，由FPGA器件完成的主程序中只完成大量的數(shù)學運算，程序調(diào)試時以二進制形式輸出的信號可視性差，給設計人員進行仿真、調(diào)試帶來了很多不便。對于很多工程設計人員來說MATLAB是一種熟悉的具有強大的運算功能和波形仿真、分析功能的軟件，如果能將FPGA與MATLAB接口，就可以快速、準確、直觀地對FPGA程序進行校驗和仿真，尤其在數(shù)字信號處理等工程應用領域具有實際意義。本文正是借助于MATLAB/Simulink工具設計分析FIR數(shù)字濾波器，并實現(xiàn)對FIR數(shù)字濾波器系統(tǒng)的模擬仿真。近年來，F(xiàn)PGA市場開發(fā)十

4、分迅速，各大FPGA廠商不斷采用新技術來提高FPGA器件的容量，增強軟件的性能。如今，F(xiàn)PGA器件廣泛應用于通信、自動控制、信息處理等諸多領域，越來越多的電子設計人員在使用FPGA，熟練掌握FPGA設計技術已經(jīng)是對電子設計工程師的基本要求。自從xilinx公司1985年推出第一片F(xiàn)PGA以來，由于集成度高、方便易用、開發(fā)和上市周期短，使得FPGA器件在數(shù)字設計和電子生產(chǎn)中得到迅速普及和應用，發(fā)展?jié)摿κ志薮蟆，F(xiàn)在FPGA已經(jīng)發(fā)展到可以利用硬件乘加器、片內(nèi)存儲器、邏輯單元、流水處理技術等特有的硬件結構，高速完成FFT、FT

5、R、復數(shù)乘加、卷積、三角函數(shù)以及矩陣運算等數(shù)字信號處理。這樣可以完成信號處理的主要技術，如中頻采樣、參數(shù)估計、自適應濾波、脈沖壓縮、自適應波束形成和旁瓣對消等。在經(jīng)典濾波器采用的電路中，若要同時滿足多個技術指標或達到較高的精度，往往涉及復雜、結構龐大、元件數(shù)量多，并且還可能達不到要求。隨著利用計算機技術解決濾波器設計的不斷深入，派生出了一個新的分支，即數(shù)字濾波器，同模擬濾波器相比，它具有精度高、靈活性好、便于大規(guī)模集成等突出優(yōu)點。近二十年來，F(xiàn)PGA技術的飛速發(fā)展為數(shù)字濾波器的設計和實現(xiàn)開辟了一條廣闊的道路。二、課題的實

6、用價值或理論意義2.1研究的意義(1).在信號處理領域中，對信號處理的實時性、快速性的要求越來越高；(2).模擬濾波器無法克服電壓漂移、溫度漂移和噪聲等問題；(3).數(shù)字濾波器具有穩(wěn)定性高、精度高、設計靈活、實現(xiàn)方便等突出優(yōu)點；(4).FPGA在高速并行處理和數(shù)據(jù)傳輸中有獨特的優(yōu)勢，F(xiàn)PGA正在前端信號處理中越來越多地代替ASIC和DSP。2.2FIR與IIR濾波器相比具有的優(yōu)勢(1).具有嚴格的線性相位又具有任意的幅度(2).FIR濾波器的單位采樣響應是有限長的，因而濾波器性能穩(wěn)定；(3).FIR濾波器由于單位沖擊響應

7、是有限長的，因而可用快速傅里葉變換(FFT)算法來實現(xiàn)過濾信號，可大大提高運算效率。2.3使用FPGA器件進行研究的優(yōu)點效能上，能夠突破順序執(zhí)行；在上市時間上，用戶的變更時間短；在成本上，能夠跟隨系統(tǒng)需求變化；可靠性方面，不需要使用作業(yè)系統(tǒng)；在長期維護上，具有可重設性質。隨著FPGA制造工藝的不斷發(fā)展，F(xiàn)PGA已經(jīng)從傳統(tǒng)的數(shù)字邏輯的設計，發(fā)展到用于進行數(shù)字信號處理和嵌入式系統(tǒng)的設計。這就使得數(shù)字信號處理技術向著多元化實現(xiàn)的方向發(fā)展。數(shù)字技術革命導致了大量新的產(chǎn)品和解決方案的誕生，與之相隨的是數(shù)字信號處理（DSP）領域的數(shù)

8、字濾波器研究的發(fā)展。從20世紀70年代幵始，工程師們就開始用分立元件構造專用數(shù)字濾波器。和大規(guī)模集成電路（LSI）的發(fā)展，使數(shù)字濾波器成為數(shù)字信號處理的核心技術。迄今為止，該技術發(fā)展程度如下：(1)速度快、精度高。(2)可編程，自適應。(3)頻率范圍寬。(4)面積小，可協(xié)同工作。(5)成本低。(6)可靠性高，可重復使