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基于FPGA实现FIR数字滤波器的研究

作　者: 郭晓宇
导　师: 杨同忠
学　校: 武汉大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: FIR滤波器 可编程逻辑器件 VHDL语言 分布式算法 查找表 OBC编码
分类号: TN713
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 2090次
引　用: 20次
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内容摘要


在现代电子系统中，FIR数字滤波器以其良好的线性特性被广泛使用，属于数字信号处理的基本模块之一。在工程实践中，往往要求对信号处理要有实时性和灵活性，而已有的一些软件和硬件实现方式则难以同时达到这两方面的要求。随着可编程逻辑器件和EDA技术的发展，使用FPGA来实现FIR滤波器，既具有实时性，又兼顾了一定的灵活性，越来越多的电子工程师采用FPGA器件来实现FIR滤波器。 本文对基于FPGA的FIR数字滤波器实现进行了研究。本论文所做的主要工作如下： 1．以FIR数字滤波器的基本理论为依据，使用分布式算法为滤波器的硬件实现算法，并对其进行了详细的讨论。针对分布式算法中查找表规模过大的缺点，采用多块查找表和OBC编码方式使得硬件规模极大的减小。 2．在设计中采用了层次化、模块化的设计思想，将整个滤波器划分为多个功能模块，利用VHDL语言和原理图输入两种设计技术进行了各个功能模块的设计，最终完成了FIR数字滤波器的系统设计。 3．最后给出了采用FLEX10K系列器件实现一个16阶的FIR低通滤波器的设计实例，用MAX+PLUSⅡ软件进行了仿真，并用MATLAB对仿真结果进行了分析，证明所设计的FIR数字滤波器功能正确。 仿真结果表明，本论文设计的滤波器硬件规模较小，采样率达到了8.8MHz。同时只要将查找表进行相应的改动，就能分别实现低通、高通、带通FIR滤波器，体现了设计的灵活性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-12
  1.1 本课题的研究意义  8
  1.2 国内外研究现状  8-10
  1.3 研究思路  10-11
  1.4 本论文所做的主要工作  11-12
第二章 FIR数字滤波器及其硬件实现方法  12-31
  2.1 FIR数字滤波器基础  12-16
    2.1.1 FIR数字滤波器的原理  12-13
    2.1.2 FIR数字滤波器的基本结构  13
    2.1.3 线性相位FIR系统的结构  13-14
    2.1.4 FIR数字滤波器的设计  14-16
  2.2 FIR数字滤波器的硬件实现方法及其改进  16-31
    2.2.1 分布式算法  16-20
    2.2.2 分布式算法的优化  20-31
第三章 EDA技术和可编程逻辑器件  31-39
  3.1 电子设计自动化EDA技术  31-32
  3.2 可编程逻辑器件  32-36
    3.2.1 可编程逻辑器件简介  32-33
    3.2.2 使用FPGA器件进行开发的优点  33-34
    3.2.3 FPGA设计的开发流程  34-36
  3.3 硬件描述语言VHDL及数字系统设计方法  36-39
    3.3.1 硬件描述语言VHDL简介  36-37
    3.3.2 利用硬件描述语言VHDL设计数字系统  37-39
第四章 FIR滤波器的设计  39-61
  4.1 FIR滤波器的模块划分  39-42
    4.1.1 方案确定  39-41
    4.1.2 FIR滤波器的模块划分  41-42
  4.2 FIR滤波器各模块功能的实现  42-57
    4.2.1 输入模块  42-46
    4.2.2 乘累加模块  46-54
    4.2.3 锁存模块  54
    4.2.4 控制模块  54-57
    4.2.5 顶层设计  57
  4.3 FIR滤波器的系统设计  57-61
第五章 FIR滤波器的电路综合与仿真  61-72
  5.1 FLEX10K系列器件介绍  61-62
    5.1.1 FLEX10k的结构  61-62
    5.1.2 FLEX10K系列器件的特点  62
  5.2 开发工具MAX+PLUSⅡ介绍  62-63
  5.3 FIR滤波器的综合  63-66
    5.3.1 数字系统综合概述  63-64
    5.3.2 本设计的综合  64-66
  5.4 FIR滤波器各模块的仿真  66-68
  5.5 FIR滤波器的系统仿真  68-69
  5.6 结果分析  69-72
第六章 总结与展望  72-74
  6.1 总结  72
  6.2 展望  72-74
致谢  74-75
参考文献  75-76

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 滤波技术、滤波器
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