基于FPGA的FIR数字低通滤波器的设计

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 毕 业 设 计（论 文）题目（中文）： 基于FPGA的FIR数字低通滤波器的设计 （英文）： The Design of FIR Digital Filter Based on FPGA 系 部 电子与信息工程系 专业班级 电子信息工程08秋1班 学生姓名 胡 修 远 学 号 指导教师 刘浩斌 张 葵 完 成 日 期 2012年 04月上海师范大学天华学院本科毕业设计（论文）诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），题目基于FPGA的FIR数字低通滤波器的设计是本人在指导教师的指导下，进行研究工作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以

2、明确方式注明。除此之外，本设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明应承担的法律责任。作者(签名)： 日期： 2012年 04月27日 毕业设计（论文）任务书（2012 届）题目（中文）： 基于FPGA的FIR数字低通滤波器的设计 （英文）： The Design of FIR Digital Filter Based on FPGA 系 部 电子与信息工程系 专业班级 电子信息工程08秋1班 学生姓名 胡 修 远 学 号 指导教师 刘浩斌 张 葵 系负责人 (签章) 日 期： 2011 年 10 月 1、 毕业设计（论文）的主要内容与具体要求（任务及

3、背景、工作环境、成果形式、着重培养的能力、有实验环节的要提出主要技术指标、要求）（一）毕业设计（论文）主要内容及主要技术指标、要求1.主要内容 在数字信号处理中，利用数字滤波器可改变信号中所含频率分类的相对比例或滤除某些频率分量，使其达到所需要的效果。其中数字FIR滤波器由于具有精确的线性相位，且系统稳定，所以广泛应用于通信、数字图像处理、语音信号处理等方面。在平台级FPGA器件中集成了数字信号处理的硬件模块之后，利用FPGA实现数字信号处理算法可以满足信号处理系统所提出的高性能要求，因此得到越来越广泛的应用。（1）对数字滤波器进行研究，初步了解其在国内外的相关发展。方式：要求学生结合网络进行

4、查找、学习相关文献资料，对研究对象进行初步的了解。（2）对FIR低通滤波器设计的方法进行研究，熟悉设计过程。方式：根据相关知识内容及指导教师提供的PDF文档进行整理学习，熟练掌握其理论知识。（3）了解Altera公司将MathWorks MATLAB和Simulink系统级设计工具DSP Builder的算法开发，仿真和验证功能。（4）结合前期对FIR低通滤波器设计方法以及FPGA开发知识的了解和学习，规划本毕业设计的主体框架。（5）实现和仿真具体实现要求：根据滤波器指标，利用MATLAB滤波器设计工具设计一低通滤波器；构建相关测试信号对设计的滤波器进行测试和分析；然后根据实际需要将系统导出并

5、量化，在Simulink中使用Simulink库和DSP Builder库建立设计模型，并在Simulink中仿真；最后将模型转换成为VHDL代码下载到FPGA进行硬件测试。（可选） （二）毕业设计（论文）的基本要求1.认真、独立完成不少于5000字或10000字符的外文科技文献译文，按照学校规定的译文要求和格式撰写。2.认真、独立完成不少于10000字的毕业设计（论文）报告的写作，按照学校规定的论文要求和格式撰写。3.毕业设计报告要求包含：（1）数字滤波器在国内外的发展及FIR低通滤波器设计方法的研究（2）FIR低通滤波器的MATLAB实现（3）Matlab仿真的结果，包括各个阶段信号的曲线

6、（4）Simulink仿真的结果，包括各个阶段信号的曲线4.及时与指导老师进行沟通，按计划完成毕业设计（论文）报告的写作和答辩工作。二、毕业设计（论文）进度安排起讫日期工作内容备 注1. 2011.10.17 10.21（第7周）完成英文资料翻译2. 2011.10.22 10.28（第8周）接受毕业设计（论文）任务书。查阅文献资料、撰写文献综述报告，准备参考资料3. 2011.10.29 11.11（第910周）完成毕业设计（论文）开题报告4. 2011.11.12 12.30（第1119周）开始毕业设计，按照设计要求,进行完成设计方案 5. 2012.1.14 2.20寒假6. 2012.

7、2.21 3.2（第12周）毕业设计中期检查7. 2012.3.3 3.23（第35周）设计仿真、软硬件联调，实验测试8. 2012.3.26 4.22（第610周）整理、撰写毕业设计报告9.2012.4.23 4.30（第11周）答辨三、所需的资料和主要参考文献参考资料：1 马建国，孟宪元. 电子设计自动化技术基础M.北京：清华大学出版社, 20042 孟宪元，钱伟康. FPGA嵌入式系统设计M.北京：电子工业出版社, 2007 3 Michael D.Ciletti. Verilog HDL高级数字设计M.北京：电子工业出版社, 20054 徐光辉，程东旭，黄如等. 基于FFGA的嵌入式开

8、发和应用M.北京：电子工业出版社，20065 Steve Kilts. Advanced FPGA DesignM.New York：Wiley-IEEE Press, 20076 D.A.Pucknell,K.Eshraghian. 超大规模集成电路设计基础系统与电路M.北京：科学出版社，19937 刘明彰. 基于FPGA的嵌入式系统设计M.北京：国防出版社, 20078 夏宇闻. Verilog数字系统设计教程M.北京：北京航空航天大学出版社, 20039 Altera Corpoation，San Jose,CA. DSP Builder User GuideEB/OL，2007 10

9、Altera Corpoation. Stratix DeviceEB/OL，2004注：1. 本任务书一式两份，须双面打印。由指导教师填写并经所在系审核确认后交系部；2. 本任务书一份须与学生的毕业设计（论文）一并存档，另一份系部存档；3. 指导教师、学生可各执一份复印件，供检查论文进度时使用。上海师范大学天华学院 2012 届毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目基于FPGA的FIR数字低通滤波器的设计学生姓名胡修远学 号专业、班级电子信息工程08秋1班系 部电子与信息工程系指导教师姓名/职称刘浩斌 张葵/副教授 讲师建议从以下方面填写：1. 简述课题的作用和意义2. 国内外的现状和发展

10、趋势等情况(文献综述)，尚待解决的问题；3. 重点介绍完成任务的可能思路、方案和计划；4. (工科类专业需填写)所需的主要仪器和设备等。1、课题的作用和意义在当今的生活中，身边的工程技术领域越来越受到关注。其中的通信领域所涉及到的各种信号更是重中之重。如何在较强的背景的噪声下和干扰的信号下有效提炼出真正的有用信号并将其真正运用到实际的工程中，这正是信号处理要解决的问题。上世纪60年代，数字信号处理在理论层上发展迅猛。其体系和框架逐渐成熟，如今，数字信号处理已经成为一门完整的学科。而数字滤波器在这门学科中占有很重要的地位。它涉及到的领域很广，如通信系统，系统控制，生物医学工程，机械振动，遥感遥测

11、，地质勘探，故障检测，电力系统，航空航天，自动化仪器等。数字滤波器的好坏对相关的众多工程技术领域影响很大，一个好的数字滤波器会有效的推动众多的工程技术领域改造和学科发展。所以对数字滤波器的工作原理，硬件结构和实现方法进行研究具有一定的意义。 FPGA（FieldProgrammable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。 FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）

12、这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。 现场可编程门阵列（FPGA）是可编程器件。与传统逻辑电路和门阵列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，FPGA具有不同的结构，FPGA利用小型查找表（161RAM）来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了即可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。FPGA的逻辑是

13、通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式,并最终决定了FPGA所能实现的功能, FPGA允许无限次的编程.2、国内外现状和发展趋势FPGA正处于高速发展时期，新型芯片的规模越大，成本也越来越低，低端的FGGA已逐步取代了传统的数字元件，高端的FPGA将会成为今后竞争的主流。自1985年问世以来，FPGA从集成电路与系统家族一个不起眼的小角色逐渐成为电子设计领域的重要器件。它极大地提高了设计灵活性并缩短了产品上市时间，在通信、工业控制、航空领域中广泛应用。FPGA行业集中度很高，几家美国公司掌握着行业的“制

14、空权”。特别是在航空航天及军工等特殊领域，美国等少数国家对先进的技术保持封锁。因此，发展国内FPGA产业不是要不要的问题，而是怎么发展的问题。国内IC企业介入FPGA的时间并不长，多数公司还处于学习阶段。由于FPGA功能内核可使设计更加高效，随着FPGA的芯片密度超过10万门，FPGA的设计越来越接近于ASIC设计。为了提高开发效率，增加已有成果的可继承性，同时缩短开发周期，在FPGA设计中，已经大量使用了HDL语言（包括VHDL语言和VERILOG语言），这样做可以大大降低硬件电路设计的难度，根据系统的行为和功能需求，自上而下地逐层进行描述、综合、优化、仿真与验证，直到完成整个器件的设计。但由于不同厂商的FPGA芯片结构有很大的不同，导致HDL的设计方法不能提供FPGA布局布线的优化和约束，具有一定的局限性。因此，为了达到更高的性能，有必要将FPGA功能内核（FPGA IP CORE）与HDL 语言的设计方法有机地统一起来，使设计更加快速、灵活和高效。VIEWLOGIC 的FPGA设计流程包括VHDL仿真和综合、VERILOG仿真和综合、逻辑图设计工具