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1、摘要 摘要伴随技术的快速进步，电子领域的变化也是日新月异，而数字滤波器因为其优良性能而应用广泛，数字滤波器是数字信号处理的一个分支。在现实应用中,灵活与实时这两个特性是信号处理的基本要求，但是目前来说一般很难满足这两个指标。当FPGA和电子设计自动化技术进步越来越快，很多电子设计师开始选择用FPGA来完成数字滤波器的设计,因为FPGA不仅可以兼顾系统的灵活性而且实时性也可以保障。但是要改变滤波器的类型即修改其参数时，需要设计者通过再次变成来进行改变,这样一来设计资源产生极大浪费。面对这种现象，采用以多种算法为基础，在FPGA下进行操作，并且得到程序代码，在此基础上需要开发出相应的软件系统,这样
2、系统资源浪费现象可以受到抑制，从而使设计的周期极大的缩短。数字滤波器的方法是滤波器设计的关键。由于有限滤波器的线性相位性和时延的不变性，所以数字滤波器在实际应用的地位很重要。关键词：FIR数字滤波器；FPGA；EDA技术 14AbstractAbstractWith the development of electronic technology, digital filters with its good characteristics is widely used in various fields. It belongs to the digital signal processing
3、is one of the basic modules. In engineering practice, signal processing of flexibility and real time requirement high, and some existing software and hardware design way is difficult to achieve at the same time the two requirements. With programmable logic devices and EDA technology development, the
4、 use of FPGA to realize digital filters, can also give consideration to the real time and the flexibility of the system, more and more of the electronic engineer the FPGA device to realize the filter. However, when the filter filter parameters change, or need hardware engineer to write the code, whi
5、ch caused a lot of design waste of resources. According to this problem, this paper studies the FPGA platform based on all kinds of the design of the digital filter algorithm, based on the algorithm of research that a with all sorts of algorithm to realize the filter code library, and based on this
6、code library development that can automatically generate hardware of software code filter system, thus eliminating the design parameters for the design of change and lead to waste, greatly reducing the filter design cycle. Digital signal processing of the discipline of a great progress on digital fi
7、lter is the study of the method of design. And FIR digital filters can be realized linear phase, the group delay not on frequency change, so in digital signal processing occupied a very important position.Keywords: FIR digital filters ； FPGA；EDA technoligy目录 目录第一章 引言 1 第二章 滤波器简介22.1滤波器的原理22.2滤波器的分类2
8、2.2.1滤波器的基本分类22.2.2根据“最佳逼近特性”标准分类32.3理想滤波器32.4实际滤波器4第三章FPGA相关器件和发展状况53.1 FPGA简介53.2 FPGA工作原理63.3 CPLD与FPGA的关系63.4 FPGA的电源73.4.1 FPGA使用的电源类型73.4,2 FPGA的特殊电源要求73.4.3 FPGA配电结构83.5 FPGA芯片结构83.6 FPGA基本特点10第四章 系统硬件设计及外围硬件配置电路154.1 FIR滤波器硬件结构框架154.2 AD转换电路 154.3 DA转换电路174.4 FIR数字滤波电路 174.5 滤波效果测试 19第五章各模块的
9、软件编程及仿真结果195.1数字滤波器的模块组成195.2各模块中的单元 205.3部分模块的编程和仿真 21结论30参考文献31致谢.32第一章 引言第一章 引 言数字信号处理和数字滤波器，广义来说，数字信号处理是一种以数字技术为基础的，对各种信号进行分析处理的技术。由于在不同领域的它的作用不同，离散变换快速算法、数字滤波、谱分析方法现在是其主要应用。 数字电路、系统技术、pc机技术的发展愈来愈快，数字信号处理技术也发展迅速，它的应用也越来越受到重视。不同信号处理方法也不同，有通信信号，雷达信号，遥感信号，控制信号，生物医学信号，地球物理信号，振动信号的处理等。针对不同信号的特点，可把信号分
10、为语音信号处理，图像信号处理，一维信号处理和多维信号处理等。数字信号处理的目的是测量模拟信号和处理后对它的应用比如滤波。在处理信号的时候我们通常是把信号先转换成数字信号，然后再进行处理，一般用模数转换器来实现。处理完后的信号最终还要进一步转换成模拟量输出，通常用数模转换器实现。 数字信号处理的设备基础依赖于pc机或专用处理设备如数字信号处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）等。数字信号处理技术及设备具有灵活、准确、不易被干扰、设备尺寸小、价格便宜、运行快等优点，在这些方面数字处理要明显优于模拟处理。 数字信号主要的方法是离散傅立叶变换(DFT)，DFT的应用便于pc机处理离散信号，因为DF
11、T可以离散化数字域与频域，如此一来算法FFT就变得更加实用，FFT的出现减少了DFT的运算量，完全实现了实时的数字信号处理。数字滤波器就是基于数字信号处理原理的一种应用，是数字信号分析中最重要的组成部分之一，与模拟滤波相比，他有精度和稳定性高，系统函数容易改变，灵活性强，便于大规模集成和实现多维滤波等功能。在信号的滤波、检测和参数的估计等方面，经典数字滤波器是使用最广泛的一种线性系统。本文研究利用FPGA的数字滤波器设计，是现在数字滤波器发展趋势，也是用户设计数字滤波器的理想载体。第二章 滤波器简介第二章 滤波器简介2.1 滤波器的原理滤波器是一种选频装置，特定的频率成分可以通过，从而极大地衰
12、减其它频率成分。利用滤波器这种选频的作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。总的来讲，不论哪种信息传输的信道都能当做一种滤波器。任何检测的信号都含有噪声，而滤波是去除噪声的基本方法之一。构成测试系统的任何一个环节，诸如，机械制造系统、电气工程网络、仪器仪表甚至连接导线这些领域，一定频率范围内，频域特性不同，信号变换与处理的方法也不同。滤波器在实际信号处理中发挥了不可小看的作用。任何装置的响应特性都是激励频率的函数，完全可用频域函数描述传输特性。 简单介绍下FIR滤波器。FIR滤波器是直接采用的数字式设计方法。针对FIR滤波器特征，首先介绍了其线性相位的实现条件，然后介绍了窗函数法和频率抽样法的设
13、计方法。FIR数字滤波器分两个步骤：第一步，由给定频响容差确定逼近函数。第二部：由系统函数表达式决定系统结构。这里要用到窗函数设计，即使设计的滤波器频率特性与要求的频率特性在频域均方误差在最小的情况下开始逼近。这里我们希望过渡带足够小，也就是如果通带外的频率成分衰减得越快、越多越好。所以，在设计fir滤波器时，通过各种方法来逼近理想滤波器。IIR滤波器的设计包括：巴特沃思、切比雪夫模拟低通滤波器设计；脉冲响应不变法和双线性变换法的数字化变换方法；数字高通、带通和带阻滤波器的设计。2.2 滤波器的分类2.2.1滤波器的基本分类低通滤波器频率从0f2， 只要是这部分的信号可以几乎无衰减的通过，在这
14、范围之外的要受到极大的衰减。高通滤波器与低通滤波相反，从f1的频率，在这范围内的信号可以无衰减的通过，而之外的频率会很大程度的被削减。 带通滤波器频率在f1f2之间，这其中的频率可以无损的通过，而在这范围外的频率要受到很大削减。带阻滤波器频率在f1f2之间，信号受到很大的衰减，在这范围外的频率可以顺利通过。滤波器几乎都可以由低通和高通组成，所以低通滤波器和高通滤波器两种最基本的形式。2.2.2根据“最佳逼近特性”标准分类巴特沃斯滤波器巴特沃斯滤波器的幅频响应表达式如2-1： （2-1) 贝塞尔滤波器贝塞尔滤波器的特性是延时不会出现太大的波动。并且。该滤波器的频率会随相移发生对应变化，且这种变化成正比。它的缺点是幅频效果不好，从而使用受到很大的影响。切比雪夫滤波器在功能方面上，切贝雪夫滤波器也从幅频逼近，表达式为2-2：
