基于FPGA的IIR數(shù)字濾波器研究與設(shè)計.pdf

1、隨著數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的模擬信號處理技術(shù)已逐漸被日益成熟的數(shù)字信號處理技術(shù)所代替。直接導(dǎo)致DSP技術(shù)快速發(fā)展的原因就是數(shù)字計算機(jī)技術(shù)的突破和集成電路制造技術(shù)的興起。由于數(shù)字計算機(jī)專用性數(shù)字硬件飛躍式的進(jìn)步，現(xiàn)在的計算機(jī)變得強(qiáng)大、小巧、廉價、快速。很多以前只能用模擬系統(tǒng)實現(xiàn)信號處理的任務(wù)現(xiàn)在都轉(zhuǎn)到用更廉價，更可靠的數(shù)字系統(tǒng)來實現(xiàn)。在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，諸如圖像、視頻、音頻和通信等系統(tǒng)中需要對信號處理具有靈活性和實時性，

2、傳統(tǒng)的DSP技術(shù)顯然不能同時滿足這些需求。但隨著可編程邏輯器件的發(fā)展，F(xiàn)PGA在靈活性和實時性方面的信號處理優(yōu)勢就顯現(xiàn)了出來，因此基于FPGA的數(shù)字信號處理器被廣泛使用。
　　本文主要研究了基于FPGA的ⅡR數(shù)字濾波器的設(shè)計與實現(xiàn)。文章首先介紹了課題的研究背景及意義、國內(nèi)外數(shù)字濾波器設(shè)計的研究現(xiàn)狀。接著從ⅡR數(shù)字濾波器設(shè)計的基礎(chǔ)理論出發(fā)，分別從模擬濾波器到數(shù)字濾波器轉(zhuǎn)換、ⅡR數(shù)字濾波器實現(xiàn)結(jié)構(gòu)、數(shù)字濾波器有限字長效應(yīng)等方面進(jìn)行了詳

3、細(xì)闡述和討論，比較分析了濾波器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)以及各自的特點和性能，確定了本文所用的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。
　　其次，考慮到濾波器設(shè)計過程中存在的有限字長效應(yīng)，為確保濾波器穩(wěn)定，本文提出了一種新的基于輻角原理(AP)的穩(wěn)定約束條件，給出了使用加權(quán)最小二乘法來設(shè)計ⅡR數(shù)字濾波器，并通過4個實例比較證明了基于AP穩(wěn)定約束條件的有效性。接下來在Matlab環(huán)境下，結(jié)合濾波器選型和濾波器穩(wěn)定約束的討論，設(shè)計出了以二階環(huán)為基礎(chǔ)的橢圓型并聯(lián)結(jié)構(gòu)濾波器，并通過S

4、imulink動態(tài)仿真環(huán)境對設(shè)計的有限字長ⅡR數(shù)字濾波器進(jìn)行了動態(tài)仿真。本文用同樣的設(shè)計思路設(shè)計了不同中心頻率的ⅡR數(shù)字濾波器應(yīng)用于數(shù)字音頻中進(jìn)行頻段分離和提取。整個仿真的過程穩(wěn)定平穩(wěn)，且選頻特性良好。
　　文章最后，在Simulink環(huán)境下，將經(jīng)過動態(tài)仿真驗證的有限字長ⅡR數(shù)字濾波器生成的Verilog代碼導(dǎo)出，下載至FPGA開發(fā)板進(jìn)行硬件測試。通過連續(xù)編程對開發(fā)板上ADC和DAC模塊進(jìn)行控制，并通過使用外部信號源、頻譜儀對濾波