基于FPGA的IIR数字滤波器设计,

摘要：数字滤波器是数字信号处理的一种基本的处理部件，按照其响应方式可分为有限脉冲响应(FIR)滤波器和无限脉冲响应(IIR)滤波器两种。IIR数字滤波器在许多领域得到广泛应用。本毕业设计是基于现场可编程门阵列器件FPGA来实现IIR数字滤波器，以IIR数字滤波器的基本理论为依据，确定了IIR数字滤波器的硬件实现方案。以一个二阶IIR数字滤波器为例，采用只读存储器ROM查找表的位并行法，用VHDL语言加以描述，通过编译、功能仿真、综合之后就可以在FPGA上实现了。
 

关键词：IIR数字滤波器；FPGA；VHDL；ROM
 

目   录 [来源：http://www.think58.com]

第一章、前言…………………………………………………………………………1
1.1本课题的研究意义………………………………………………………………1
1.2国内外研究现状…………………………………………………………………1
第二章、数字信号处理介绍…………………………………………………………2
2.1信号的分类………………………………………………………………………2 [资料来源：THINK58.com]
2.2数字信号处理的介绍……………………………………………………………2
第三章、VHDL语言介绍………………………………………………………………3
3.1 硬件描述语言VHDL的介绍……………………………………………………3
3.2 VHDL语言开发环境MAXPLUSII介绍……………………………………………4
第四章、FPGA的介绍…………………………………………………………………5 [来源：http://think58.com]
4.1 FPGA 概述………………………………………………………………………5
4.2 FPGA的基本结构…………………………………………………………………5
第五章、IIR数字滤波器实现的基本原理…………………………………………6
5.1 IIR数字滤波器基本理论………………………………………………………6
5.1.1直接I型…………………………………………………………………6 [来源：http://www.think58.com]
    5.1.2 直接II型………………………………………………………………7
    5.1.3基本二阶节的级联结构…………………………………………………7
    5.1.4基本二阶节的并联结构…………………………………………………7
5.2 IIR滤波器实现方法……………………………………………………………8
5.3 IIR数字滤波器硬件实现……………………………………………………8

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5.4 二阶IIR数字滤波器电路设计实例……………………………………………13
    5.4.1查找表单元……………………………………………………………13
    5.4.2顶层设计………………………………………………………………15
5.4.3 仿真结果………………………………………………………………18
5.4.4仿真结果分析…………………………………………………………19
第六章、总结与展望…………………………………………………………………19
致谢 …………………………………………………………………………………20
参考文献 ……………………………………………………………………………20
 

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部分毕业设计：
1.1本课题的研究意义  
随着计算机技术及微电子技术的发展得到了飞速的发展，数字信号处理技术受到了人们的广泛关注，它的理论及算法在许多领域得到了广泛的应用。而数字滤波器是数字信号处理的一种基本的处理部件，是完成信号滤波处理功能的，它几乎出现在所有的数字信号处理毕业设计中，数字滤波是提取有用信息非常重要、非常灵活的方法，是现代信号处理的重要内容。同时DSP处理器(Digital Signal Processor)的出现和FPGA ( Field Programmable Gate Array)的迅速发展也促进了数字滤波器的发展，并为数字滤波器的硬件实现提供了更多的选择。数字滤波器具有精度高、灵活性大、可靠性高、易于大规模集成、并行处理等显著优点。随着数字技术的发展，用数字滤波器的将越来越受到人们的关注和并受到广泛应用。 [资料来源：www.THINK58.com]

1.2 国内外研究现状
目前，数字滤波器的实现方法有很多种：1、在通用的微型计算机上用毕业设计（如MATLAB）实现。这种方法的缺点是速度太慢，不能用于实时毕业设计，只能用于教学和算法的仿真研究。2、用单片机来实现。单片机的接口性能比较良发好，容易实现人机接口。但是由于单片机采用的是冯诺依曼总线结构，毕业设计比较复杂，实现乘法运算速度较慢。3、利用专门用于信号处理的可编程DSP芯片来实现。4、利用特殊用途的DSP芯片实现。这种方案的缺点是灵活性差，而且开发工具很不完善。5、用FPGA等可编程器件来开发数字滤波算法。由于FPGA产品的迅速发展，人们可以利用Atera、Xilinx等公司提供的产品，使用其相关开发工具和VHDL等硬件开发语言，通过毕业设计编程用硬件实现特定的数字滤波算法。这一方法由于具有通用性的特点并可以实现算法的并行运算，无论是作为独立的数字信号处理器，还是作为DSP 芯片的协处理器，目前都是比较活跃的研究领域。6、在通用的计算机毕业设计中加上加速卡来实现。
 

比较以上方法可见：可以采用MATLAB等毕业设计来学习数字滤波器的基本知识，计算数字滤波器的系数等，同时也可以研究算法的可行性，对数字滤波器进行前期的仿真。而采用DSP处理器或FPGA进行数字滤波设计则各有优点，FPGA可以用来做模型机，因为在设计一个电路时，首选要确定线路，然后进行毕业设计模拟及优化，以确定所设计电路的功能入性能。然而随着电路规模的不断增大，工作频率的不断提高，将会给电路引入许多分布参数的影响，而这在用毕业设计模拟中很难反映出来，这时候就有必要做硬件仿真，由于FPGA具有非常灵活的可编程特性，所以就可以用来做硬件仿真的模型机了。有了该模型 机就可以直观地测试其逻辑功能及性能指标。DSP则是专用的数字信号处理专片，其特有的一些硬件结构及特性使其非常适合做数字滤波电路。
 

 

参考文献：
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[4] 张晓光,徐钊．IIR数字滤波器的优化设计和DSP实现．电子工程师,2006年03期．
[5] 史洪宇.用FPGA实现基于分布式算法的IIR数字滤波器． 机械管理开发,2005年04期．
[6] 宋万杰,吴顺君． CPLD技术及其应用． 西安电子科技大学出版社 ,2000年．
[7] 董绍平,王洋． 数字信号处理技术 ． 哈尔滨工业大学出版社, 1996年．
[8] 程佩青．数字信号处理教程(第二版)．清华大学出版社，2001年8月第2版 ．
[9] 胡光书．.数字信号处理—理论、算法与实现．清华大学出版社，1997．
[10]侯伯亨．VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计．西安电子科技大学出版社,1999年．
 

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