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1、 0 本科生毕业论文（设计）本科生毕业论文（设计） 中文题目中文题目 快速快速 IIR 数字滤波器的设计与实现数字滤波器的设计与实现 英文题目英文题目 Rapid IIR digital filter,design and implementation 学生姓名学生姓名 班级班级 学号学号 学学 院院 专专 业业 指导教师指导教师 职称职称 摘 要 0 摘摘 要要 关于数字滤波器，直到 60 年代中期，才开始形成关于数字滤波器的一整套完整的正 规理论。数字滤波器可分为两大类：有限冲激响应（FIR）和无限冲激响应（IIR） 。与 FIR 数字滤波器相比,IIR 数字滤波器可以用较低的阶数获得高选
2、择性, 所要求的阶所用 存储单元少, 且成本低、信号延迟小, 同时还可以利用模拟滤波器设计成果, 设计工作 量相对较小，因此 IIR 数字滤波器在很多领域中有着更广阔的应用前景。此外，它还具 有以下特点：1. 系统函数易改，2. 不存在阻抗匹配问题，3. 不存在阻抗匹配问题，4. 便于大规模集成，5. 精度和稳定性高。 VHDL 是一种面向设计的多领域、多层次并得到普遍认同的标准硬件描述语言 （HDL:Hardware Discription Language） 。这是一项原由美国国防部 ( DoD, Department of Defense) 所支持的研究计画。为了将电子电路的设计意涵以文
3、件方式保存下来，以便 其它人能轻易地了解电路的设计意义。 Quartus II 是一种 Altera 公司的 FPGA 开发软件，支持原理图、 VHDL、VerilogHDL 以及 AHDL（Altera Hardware Description Language）等多种设 计输入形式。 Quartus II 设计软件改进了性能、提升了功能性、解决了潜在的设计延迟 等，在工业领域率先提供 FPGA 与 mask-programmed devices 开发的统一工作流程 本文主要分析各种 IIR 滤波器的实现结构的基础上，研究快速 IIR 滤波器的实现设计 方法及其 FPGA 的设计与实现，在快
4、速 IIR 实现方面，采用 VHDL 硬件描述语言编写相 应的硬件实现程序，设计滤波器我主要采用了二阶节级联的方法，实现滤波器的设计。 先利用 MATLAB 得出二阶节的相关系数，进而进行编程，在利用 QuartusII 软件进行仿 真，最后用 MATLAB 软件进行验证。其中本文一共设计了三个滤波器，采用了不同的方 法对滤波器惊醒了设计。 关键词 滤波器 VHDL IIR QUARTUS FPGA ABSTRACT ABSTRACT About digital filters, until the 1960s began to form, in the middle of a complet
5、e about digital filter, the formal theory.This digital filter can be divided into two categories: limited impulse response (FIR) and infinite impulse response (IIR). Compared with FIR digital filters, IIR digital filter can use lower order number required to obtain high selectivity, the order of les
6、s, and used storage unit cost is low, the signal delay, and still can use small design results, design simulation filter is relatively small, so work in many areas IIR digital filter has broad prospects. In addition, it also has the following features: 1. The system function easy change, 2. Does not
7、 exist impedance matching problem, 3. Does not exist impedance matching problem, 4. Facilitate large-scale integrated, 5. Precision and high stability. VHDL is oriented to the design of the multi-field, multi-level and universally accepted standards Hardware description Language (HDL: Hardware Discr
8、iption Language). This is a reason the United States Department of Defense (DoD, supported by Defense) research projects. In order to design of electronic circuits implications in documents preserved, so other ways people can easily understand circuit design of significance. Quartus II is a kind of
9、Altera company FPGA development software, support VerilogHDL principle chart, VHDL AHDL (Altera, Hardware and Description Language) and so on many kinds of design input form. Quartus II design software improved performance and upgrade the functional, solve the potential design delay of lead in the i
10、ndustrial fields provide FPGA and programmed redetect development goes - unified workflow This paper mainly analyzes the realization of various IIR filter based on the structure of IIR filter, the realization of research rapid design method and its FPGA design and implementation of the realization o
11、f IIR in fast, using VHDL hardware description language writing corresponding hardware realization process, design filter I mainly adopts second quarter, realize the cascade of the filter method of design. That second quarter to using MATLAB, and the correlation coefficient for programming, the use
12、of QuartusII software simulation with MATLAB software, finally validated. Among them were designed three filter paper, using a different method to filter woke design. KeywordsKeywords filter VHDL IIR QUARTUS FPGA 目 录 目目 录录 第一章第一章 数字滤波器数字滤波器1 1.11.1 数字滤波器的定义数字滤波器的定义1 1.21.2 滤波器的分类滤波器的分类2 1.31.3 滤波器的传
13、递函数滤波器的传递函数3 1.41.4 IIRIIR 的基本网络结构的基本网络结构.4 1.4.1 直接型4 1.4.2 级联型6 1.4.3 并联型7 1.4.4 转置型.8 1.4.5 全通滤波器结构.8 第二章第二章 VHDLVHDL 语言的基本设计结构语言的基本设计结构.10 2.12.1 VHDLVHDL 语言概述语言概述.10 2.22.2 VHDL 基本结构、词汇元素和句法基本结构、词汇元素和句法 .10 2.2.1 基本结构.10 2.2.2 词汇元素.12 2.2.3.VHDL 句法.13 2.32.3 VHDLVHDL 语言结构语言结构.14 2.3.1 设计实体14 2.
14、3.2 构造体14 2.3.3 配置、包集合和库16 2.3.4 VHDL 常用语句.17 2.42.4 仿真设计仿真设计18 2.52.5 VHDLVHDL 特点特点.19 第三章第三章 仿真软件仿真软件 QUARTUSQUARTUS IIII 的介绍的介绍21 3.13.1 QuartusIIQuartusII 的原理的原理.21 3.23.2 QuartusIIQuartusII 的介绍及其功能的介绍及其功能.22 3.33.3 QuartusIIQuartusII 对设计进行仿真对设计进行仿真.23 第四章第四章 快速快速 IIRIIR 滤波器的设计及滤波器的设计及 VHDLVHDL
15、的实现和验证的实现和验证25 4.14.1 IIRIIR 设计的方法设计的方法.25 4.24.2 切比雪夫滤波器切比雪夫滤波器28 4.34.3 巴特沃斯滤波器巴特沃斯滤波器30 4.44.4 IIRIIR 数字滤波器的数字滤波器的 VHDLVHDL 的描述的描述.30 4.54.5 MATLABMATLAB 结合结合 QuartusQuartus IIII 验证验证36 结结 论论38 目 录 1 致致 谢谢39 参参 考考 文文 献献40 附附 录：代码录：代码41 第一章 数字滤波器 第一章第一章 数字滤波器数字滤波器 1.11.1 数字滤波器的定义数字滤波器的定义 数字滤波器,是指输
16、入、输出均为数字信号,通过一定运算关系改变输 入信号所含成分的相对比例或者滤除某些频率成分的器件。数字滤波器通常都是应用于 修正或改变时域或频域中信号的属性。一个数字滤波器可以用系统函数表示为： （1.1） zX zY za1 zb zH N 1k k k M 0k k k 其中 ai 和 bi 是滤波器的系数。 数字滤波器作为数字信号处理的重要组成部分，是实现数字滤波的核心器件, 按类 型分为两大类: 无限冲激响应 IIR 和有限冲激响应 FIR 数字滤波器。IIR 数字滤波器在 很多领域中有着广阔的应用前景, 与 FIR 数字滤波器相比, 他可以用较低的阶数获得高 选择性, 所要求的阶用存储单元少, 且成本低、信号延迟小, 同时还可以利用模拟滤波 器设计成果, 设计工作量相对较小。它具
