基于fpga的fir数字滤波器设计的开题报告

基于FPGA的FIR数字滤波器设计,姓名：杨成杰学号：070811042指导教师：冯柳专业：2007级电子信息工程,摘要,目前，在数字信号处理和电子应用技术领域，滤波器作为一个不可少的组成部分，处在一个十分重要的地位，已经广泛应用于通信、语音、图像、自动控制、军事、航空、航天、医疗和家用电器等众多领域，并日益显示出其巨大的应用价值。在经典滤波器采用的电路中，若要同时满足多个技术指标或达到较高的精度，往往设计复杂、结构庞大、元件数量多，并且还可能达不到要求。随着利用计算机技术解决滤波器设计的不断深入，派生出了一个新的分支，即数字滤波器，同模拟滤波器相比，它具有精度高、灵活性好、便于大规模集成等突出优点。近二十年来，FPGA技术的飞速发展为数字滤波器的设计和实现开辟了一条广阔的道路。,FPGA芯片及产品展示,1.1 研究的意义,在信号处理领域中，对信号处理的实时性、快速性的要求越来越高。模拟滤波器无法克服电压漂移、温度漂移和噪声等问题数字滤波器具有稳定性高、精度高、设计灵活、实现方便等突出优点FPGA在高速并行处理和数据传输中有独特优势，FPGA正在前端信号处理中越来越多地代替ASIC和DSP,1.2 FIR与IIR滤波器相比具有的优势,具有严格的线性相位又具有任意的幅度FIR滤波器的单位采样响应是有限长的，因而滤波器性能稳定FIR滤波器由于单位冲击响应是有限长的，因而可用快速傅里叶变换（FFT）算法来实现过滤信号，可大大提高运算效率,1.3 使用FPGA器件进行研究的优点,效能 -突破顺序执行上市时间 -用户的变更时间短成本 -跟随系统需求变化可靠性 -不需要使用作业系统长期维护 -可重设性质,2.1 国内外研究现状概括,自从XilinX公司1985年推出第一片FPGA以来，由于集成度高、方便易用、开发和上市周期短，使得FPGA器件在数字设计和电子生产中得到迅速普及和应用，发展潜力十分巨大。现在FPGA已经发展到可以利用硬件乘加器、片内储存器、逻辑单元、流水处理技术等特有的硬件结构，高速完成FFT 、FIR 、复数乘加、卷积、三角函数以及矩阵运算等数字信号处理。这样可以完成信号处理的主要技术，如中频采样、参数估计、自适应滤波、脉冲压缩、自适应波束形成和旁瓣对消等。,3.1 研究思路,通过对目前数字滤波器的几种实现方法的简单分析，我认为基于FPGA的数字滤波器具有许多优点，考虑到信息技术的发展对于数字滤波器的要求越来越高，而目前滤波器的性能还不完善，于是选择了基于FPGA的数字滤波器作为主要研究内容通常滤波器在进行数据处理时用到了卷积运算，在设计中的解决这些乘法运算的思路是将它们转换成加减法，这是目前解决乘法运算的主流思想。设计初期在Matlab下对滤波器原理进行证明，分析FIR数字滤波器由于系数取整和采样值取整所引起的误差，在设计后期对电路实行前仿真和后仿真，也对仿真结果进行分析,3.2 设计流程图,3.3研究内容要点,设计方案 FIR滤波器的结构模块电路设计 寄存器 加法器 乘法器FIR滤波器整体电路电路仿真 正弦波的设计 利用正弦波仿真FPGA实现FIR滤波器 A/D转换电路 D/A转换电路,4.1 进度安排,第一阶段：开题 12月29日第二阶段：设计阶段（实验工作阶段） 1月3日3月10日 （3个月）总体方案设计；前期检查；产品结构的设计、仿真与优化；中期检查；第三阶段：撰写毕业设计论文与准备答辩 3月14日3月28日 （2周）,5.1 相关概念说明,数字滤波器（Digital filter) 是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种装置。其功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。可认为是一个离散时间系统按预定的算法，将输入离散时间信号转换为所要求的输出离散时间信号的特定功能装置,5.1 相关概念说明,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。,5.1 相关概念说明,FIR（Finite Impulse Response ） 由线性系统理论可知，在某种适度条件下，输入到线性系统的一个冲击完全可以表征系统。当我们处理有限的离散数据时，线形系统的响应（包括对冲击的响应）也是有限的。若线性系统仅是一个空间滤波器，则通过简单地观察它对冲击的响应，我们就可以完全确定该滤波器。通过这种方式确定的滤波器称为有限冲击响应（FIR)滤波器。,6.1 预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施,困难: 缺少对数字滤波器具体结构 的理解; 缺乏对数字滤波器的直观感受。解决: 通过在相关书籍文献资料或网络上查 询到的资料进行类比； 认真理解、多做练习、向老师请教,7.1参考文献,1邓重一滤波技术的发展现状J.中国仪器仪表,2004:572赵雅兴，FPGA原理、设计与应用M,天津：天津大学出版社，19993刘凌，数字信号处理的FPGA实现，北京：清华大学出版社.20064Volnei A.Pedroni. VHDL 数字电路设计教程M，电子工业出版社，20095郑风涛，陈金佳，基于CPLD的数控正弦波的信号源的设计J，黎明职业大学学报，2003，总38期6李虎虎，罗丰，基于CSD算法的高阶FIR滤波器优化设计J，科学与技术。2006.12 第六期7曾繁泰，陈美金，VHDL程序设计M,北京：清华大学出版社， 20008王金明，张雄伟.FIR滤波器的设计与实现J,电视技术，20039侯伯亨，顾新.VHDL硬件描述语言与数学逻辑电路设计M.西安：西安电子科技大学出版社，