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1、 学校代码： 11059 学 号：0905074039Hefei University 毕业设计（论文）BACHELOR DISSERTATION论文题目： 基于DSPBuilder数字滤波器设计与实现 学位类别： 工 学 学 士 学科专业： 09电子信息工程（2）班 作者姓名： 冯 博 导师姓名： 谭 敏 完成时间： 2013年5月29日 基于DSPBuilder的数字滤波器的设计与实现中 文 摘 要DSP Builder是美国Altera公司推出的一个面向DSP开发的系统级设计工具，它能够在Quartus设计环境中集成Matlab和SimuIinkDSP开发软件。DSPBuilder本质上
2、就是 Matlab的一个Simulink工具箱，它能够让FPGA设计的DSP系统以Simulink的图形化界面进行建模和系统级的仿真。本文使用DSP Builder 实现有限冲激响应滤波器（FIR滤波器）的设计方案, 并以一个 20 阶低通 FIR 数字滤波器的实现为例,设计并完成软件仿真与验证以及硬件的实现。结果表明使用DSP builder来实现FIR滤波器简单易行,设计模型可直接向VHDL硬件描述语言转换，并自动调用Quartus等EDA设计软件，完成综合、网表生成以及器件适配乃至FPGA的配置下载，使得系统描述与硬件实现有机地融合，充分体现了现代电子技术自动化开发的特点与优势。关 键
3、词: FPGA；有限长脉冲响应滤波器；DSPBuilder；Quartus Based on the DSPBuilder the design and implementation of a digital filterAbstractDSP Builder is the Altera corporation launched a DSP development oriented system level design tool, it can in the Quartusintegration development software Matlab and SimuIinkDSP desi
4、gn environment. DSPBuilder is essentially a Simulink toolbox of Matlab , it can save the FPGA design of DSP system with Simulink graphical interface modeling and system level simulation. In this paper, using DSP Builder realize finite impulse response filter (FIR) filter design, and with a 20 order
5、low pass FIR digital filter implementation, for example, design and complete the simulation and validation of software and hardware implementation. Results show that using DSP builder to implement FIR filter is a simple, easy to design model can be directly to the VHDL hardware description language
6、conversion, and automatically calls the Quartusand other EDA design softwares, comprehensive and complete net list generation and the device adapter and the FPGA configuration download, makes the system description and organically mix the hardware implementation, fully embodies the characteristics a
7、nd advantages of modern automotive electronics technology development.Key words: the FPGA; Finite impulse response filter; DSPBuilder; Quartus 目 录第一章 绪 论11.1研究背景11.2研究现状1第二章数字滤波器基本理论32.1数字滤波器定义32.2数字滤波器与模拟滤波器的比较32.3数字滤波器的分类与比较32.4滤波器的实现方法4第三章FIR滤波器设计原理53.1 FIR滤波器的数学原理53.2 20阶FIR滤波器原理模型7第四章滤波器设计94.1滤
8、波器设计流程94.2使用FDATool工具设计滤波器94.3 滤波系数的量化及取整114.4 DSPbuilder模型的建立134.6 生成VHDL文件174.7 AD/DA的选择19总结22参考文献23致谢241第一章 绪 论1.1研究背景近30年以来，由于超大规模集成电路的出现，数字信号在理论和应用方面有了惊人的发展，在越来越多的应用领域中迅速代替了传统的模拟信号处理方法并且开辟出许多的新应用领域。数字化、智能化、和网络化是现代信息技术发展的大势所趋，而数字化却是智能化以及网络化的重要基础。实际生活当中会遇到多种多样的信号，例如广播信号、电视信号、雷达信号、通信信号、导航信号、射电天文信号
9、、生物医学信号、控制信号、气象信号、地震勘探信号、机械振动信号、遥感遥测信号等等1。这些信号中大部分是拟信号，模拟信号是自变量连续的函数，自变量是一维、二维以及多维的。大多数情况下一维模拟信号的自变量是时间，经过时间上的离散化（采样）和幅度上的离散化（量化），这类模拟信号便成为一维数字信号1。因此，数字信号实际上是用数字序列表示的信号，语音信号经采样和量化后得到的数字信号会是一个一维离散时间序列；而图像信号经采样和量化后得到的数字信号会是一个二维离散空间序列。数字信号处理是数字序列与数值计算的方法对各种加工、信号变换到符合需要的某种形式。例如,数字信号滤波器来限制他的乐队或过滤掉噪音和干扰,或
10、将它们的信号分开从信号谱分析和功率谱分析来理解信号频谱,然后进行信号识别以及信号的变换,使其更适合于传输、存储和应用程序,等等。数字滤波技术是数字信号分析、处理技术的重要分支。无论是信号的获取、传输，还是信号的处理和交换都离不开滤波技术，它对信号安全可靠和有效灵活地传输是至关重要的。在所有的电子系统中，使用最多技术最复杂的要算数字滤波器了。数字滤波器的优劣直接决定产品的优劣。1.2研究现状在信号处理过程中，所处理的信号往往混有杂音，从接收到的信号中消除或减弱噪音是信号传输和处理中十分重要的问题。根据有用信号和噪音的不同特性，提取有用信号的过程成为滤波，实现滤波功能的系统称为滤波器。在近代电信设
11、备和各类控制系统中，数字滤波器应用极为广泛，这里只列举部分应用最成功的领域。1、语音处理语音处理是最早的数字滤波器的应用领域,也是最早推动数字信号处理理论领域发展的领域。主要包括五个方面的内容:第一,语音信号分析。即波形特征、统计特征的语音信号和模型的参数等进行分析和计算;第二,语音合成。它是使用特殊的数字硬件或软件运行在一台通用计算机生成的声音;第三,语音识别。用专用的硬件或计算机识别人的讲话,演讲者或识别;第四,语音增强。这是噪音或干扰中提取语音信号的封面。第五,语音编码。主要用于语音和数据压缩,并已经建立了一系列的语音编码国际标准,用于通信和音频处理。近年来,这五个方面都取得了很多的研究
12、成果,在市场,已经有一些相关的软件和硬件产品,例如,阅读机为盲人,哑巴语音合成器、听写、打印机、电话答录机、各种各样的谈话、仪表、玩具以及通信和视频音频压缩编码技术是广泛应用于产品。2、图像处理数字滤波技术成功地应用于图像恢复和增强静止图像和活动图像、数据压缩、噪声和干扰,图像识别和色谱x射线摄影,并成功地应用于雷达、声纳、超声波成像的图像和红外可见信号。3、通信在现代通信技术领域,几乎没有一个分支不需要数字滤波器技术。信源编码、信道编码、多路复用、调制、自适应信和数据压缩道均衡等,广泛应用数字滤波器,特别是在数字通信、网络通信、图像通信和多媒体通信的应用,离开了数字滤波器几乎是不可逾越的。其
13、中,被认为是一种通信技术未来发展方向的软件无线电技术也是基于数字滤波技术。4、电视取代模拟电视是数字电视发展的必然趋势。高清晰度电视的普及指日可待,视频光盘形式的一套完整的技术已形成行业巨大的市场，可视电话、会议电视产品不断升级。音频压缩技术和视频压缩标准化工作的成就,促成了电视产业的蓬勃发展,数字滤波器及其相关的技术是视频压缩和音频压缩技术的重要基础。5、雷达雷达信号占据了一个很宽的频带,数据传输速率也很高,所以压缩数据、减少数据传输速率是雷达信号数字处理的问题。所以数码设备的出现提高了进步的雷达信号处理技术。在现代雷达系统中,数字信号处理部分是必不可少的,因为从信号、过滤、加工到目标参数估
14、计和目标成像都离不开数字滤波器技术。雷达信号数字滤波器是一个非常活跃的研究领域。第二章数字滤波器基本理论2.1数字滤波器定义所谓数字滤波器，是指输入、输出均为数字信号，通过一定运算关系改变输入信号所含频率成分的相对比例或者滤除某些频率成分的器件。因此，数字滤波的概念和模拟滤波相同，只是信号的形式和实现滤波方法不同。如果要处理的是模拟信号，可通过A/DC和D/AC，在信号形式上进行匹配转换，同样可以使用数字滤波器对模拟信号进行滤波2。2.2数字滤波器与模拟滤波器的比较数字滤波器与模拟滤波器相比有着很多优点。第一，数字滤波器可以做到很多模拟滤波器难以达到的精度，模拟滤波器所使用的器件精度一般不是很高，参数存在一定的离散性，由于受到了器件精度的影响，所以模拟滤波器一般不能十分精确的实现设计指标，但数字滤波器中的参数却很容易达到较高的精度，使得实现系统的指标自然就比模拟滤波器简单3。第二，数字滤波器的性能不易受到外界环境因素的干扰，其各项性能稳定性很高。而模拟滤波器由于其器件如（电容、电阻）容易受到湿度、温度、电磁干扰等外界环境的影响系统参数的稳定性得不到很好的保证3。第三，数字系统的系数、结构灵活性强可以根据需要随时变化。随着超大规模集成电路高速发展
