基于fpgacpld的fir数字滤波器设计.doc
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基于fpgacpld的fir数字滤波器设计,基于fpgacpld的fir数字滤波器设计摘 要随着电子技术、计算机技术和信息科学的迅速发展，信号的数字处理方法已经成为信号与信息处理的主要手段。与此同时，大量非线性电子器件的引入，电网中的谐波污染日益严重，对电力谐波加以监测和限制变得尤为迫切。无论是模拟滤波还是数字滤波，其目的都是为了压制输入信号的某些频率成分，从而...
内容介绍
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基于FPGACPLD的FIR数字滤波器设计
摘 要
随着电子技术、计算机技术和信息科学的迅速发展，信号的数字处理方法已经成为信号与信息处理的主要手段。与此同时，大量非线性电子器件的引入，电网中的谐波污染日益严重，对电力谐波加以监测和限制变得尤为迫切。无论是模拟滤波还是数字滤波，其目的都是为了压制输入信号的某些频率成分，从而改变信号频谱中各频率分量的相对比例。数字滤波作为数字信号处理技术的重要组成部分，较之传统的由R、L、C元件和运算放大器组成的模拟滤波器有着无可比拟的优势，因而广泛应用于信号分离、恢复、整形等场合。
FIR滤波器，即有限长单位冲激响应滤波器，是数字信号处理系统中最基本的元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，并且其单位抽样响应是有限长的，因此得到广泛应用。而现场可编程逻辑门阵列（FPGA）以其可编程性，低成本性，高逻辑密度和高可靠性，得到了越来越广泛的应用，对于研究数字滤波器有相当重要的意义。结合数字滤波器的基本理论及基于FPGA的实现方法，利用MATLAB和QUARTUS Ⅱ仿真软件设计FIR数字滤波器，并对其进行仿真。
关键词：数字信号处理；数字滤波器；FIR；FPGA
Abstract
With the rapid development of electronic technology, computer technology and information science，digital signal processing methods have become the main means to process signal and information. At the same time, because of the introduction of a large number of non-linear electronic devices, harmonic pollution in power increases seriously, so the power to monitor and limit harmonics becomes more urgent. No matter analog filtering or digital filtering, the aim is to suppress certain frequency components of the input signal, then to change the signal spectrum in the relative proportions of the various frequency components. Digital filter regarding as an important part of digital signal processing technology, comparing with traditional analog filters composed by the R, L, C elements and the operational amplifier has an unparalleled advantage ,which is widely used in signal separation, recovery, plastic and other occasions.
FIR filter, called the finite impulse response filter, is the most basic components of digital signal processing system. It can ensure any amplitude-frequency characteristics and a strictly linear phase frequency characteristics, and its unit sample response is finite length, therefore it is widely used. Field programmable gate array (FPGA) with its programmability, low-cost, high logic density and high reliability, application has been more and more extensive, which makes considerable importance for the study of digital filter. Combining the basic theory with digital filter realization method based on FPGA, we use MATLAB and QUARTUS Ⅱ simulation software to design FIR digital filter, then simulate.
Keywords: Digital signal processing; digital filter; FIR; FPGA
目 录
引 言 1
第一章 绪论 2
1.1 课题研究意义 2
1.2 国内外研究现状 3
1.3 本论文所作工作 3
第二章 数字滤波器 4
2.1数字滤波器简述 4
2.2 数字滤波器的结构表示法 4
2.3 FIR数字滤波器基本理论 5
2.4 FIR数字滤波器的结构 6
2.5 FIR数字滤波器的设计方法 9
2.5.1窗函数设计线性相位FIR滤波器的基本方法 9
2.5.2 几种窗函数及窗函数选择原则 10
2.6 FIR滤波器的特点 11
第三章 FIR滤波器的MATLAB设计 13
3.1 MATLAB设计方法 13
3.1.1 FIR数字滤波器的直接程序设计法 13
3.1.2 利用FDATool界面的设计法 13
3.2 利用FDATool界面设计FIR数字滤波器方法 14
3.2.1 FIR滤波器的设计要求及参数选取 14
3.2.2 FDATool设计法操作流程 14
第四章 基于FPGA的FIR数字滤波器的实现 19
4.1 FPGA简介 19
4.1.1 FPGA的结构和工作原理 19
4.1.2 FPGA与CPLD的联系与区别 20
4.2 编程环境Quartus Ⅱ和器件介绍 21
4.2.1 Quartus Ⅱ简明介绍 22
4.2.2 Cyclone Ⅱ器件介绍 22
4.2.3 EP2C5F256C8芯片简介 24
4.3 程序设计 25
4.3.1 对称型FIR滤波器设计程序 25
4.3.2 加法树乘法器程序 31
4.3.3 顶层文件的设计 33
4.3.4 输出结果分析 33
4.4 FIR滤波器的仿真 34
4.5 结果误差分析 35
结 论 37
参考文献 38
谢 辞 39
摘 要
随着电子技术、计算机技术和信息科学的迅速发展，信号的数字处理方法已经成为信号与信息处理的主要手段。与此同时，大量非线性电子器件的引入，电网中的谐波污染日益严重，对电力谐波加以监测和限制变得尤为迫切。无论是模拟滤波还是数字滤波，其目的都是为了压制输入信号的某些频率成分，从而改变信号频谱中各频率分量的相对比例。数字滤波作为数字信号处理技术的重要组成部分，较之传统的由R、L、C元件和运算放大器组成的模拟滤波器有着无可比拟的优势，因而广泛应用于信号分离、恢复、整形等场合。
FIR滤波器，即有限长单位冲激响应滤波器，是数字信号处理系统中最基本的元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，并且其单位抽样响应是有限长的，因此得到广泛应用。而现场可编程逻辑门阵列（FPGA）以其可编程性，低成本性，高逻辑密度和高可靠性，得到了越来越广泛的应用，对于研究数字滤波器有相当重要的意义。结合数字滤波器的基本理论及基于FPGA的实现方法，利用MATLAB和QUARTUS Ⅱ仿真软件设计FIR数字滤波器，并对其进行仿真。
关键词：数字信号处理；数字滤波器；FIR；FPGA
Abstract
With the rapid development of electronic technology, computer technology and information science，digital signal processing methods have become the main means to process signal and information. At the same time, because of the introduction of a large number of non-linear electronic devices, harmonic pollution in power increases seriously, so the power to monitor and limit harmonics becomes more urgent. No matter analog filtering or digital filtering, the aim is to suppress certain frequency components of the input signal, then to change the signal spectrum in the relative proportions of the various frequency components. Digital filter regarding as an important part of digital signal processing technology, comparing with traditional analog filters composed by the R, L, C elements and the operational amplifier has an unparalleled advantage ,which is widely used in signal separation, recovery, plastic and other occasions.
FIR filter, called the finite impulse response filter, is the most basic components of digital signal processing system. It can ensure any amplitude-frequency characteristics and a strictly linear phase frequency characteristics, and its unit sample response is finite length, therefore it is widely used. Field programmable gate array (FPGA) with its programmability, low-cost, high logic density and high reliability, application has been more and more extensive, which makes considerable importance for the study of digital filter. Combining the basic theory with digital filter realization method based on FPGA, we use MATLAB and QUARTUS Ⅱ simulation software to design FIR digital filter, then simulate.
Keywords: Digital signal processing; digital filter; FIR; FPGA
目 录
引 言 1
第一章 绪论 2
1.1 课题研究意义 2
1.2 国内外研究现状 3
1.3 本论文所作工作 3
第二章 数字滤波器 4
2.1数字滤波器简述 4
2.2 数字滤波器的结构表示法 4
2.3 FIR数字滤波器基本理论 5
2.4 FIR数字滤波器的结构 6
2.5 FIR数字滤波器的设计方法 9
2.5.1窗函数设计线性相位FIR滤波器的基本方法 9
2.5.2 几种窗函数及窗函数选择原则 10
2.6 FIR滤波器的特点 11
第三章 FIR滤波器的MATLAB设计 13
3.1 MATLAB设计方法 13
3.1.1 FIR数字滤波器的直接程序设计法 13
3.1.2 利用FDATool界面的设计法 13
3.2 利用FDATool界面设计FIR数字滤波器方法 14
3.2.1 FIR滤波器的设计要求及参数选取 14
3.2.2 FDATool设计法操作流程 14
第四章 基于FPGA的FIR数字滤波器的实现 19
4.1 FPGA简介 19
4.1.1 FPGA的结构和工作原理 19
4.1.2 FPGA与CPLD的联系与区别 20
4.2 编程环境Quartus Ⅱ和器件介绍 21
4.2.1 Quartus Ⅱ简明介绍 22
4.2.2 Cyclone Ⅱ器件介绍 22
4.2.3 EP2C5F256C8芯片简介 24
4.3 程序设计 25
4.3.1 对称型FIR滤波器设计程序 25
4.3.2 加法树乘法器程序 31
4.3.3 顶层文件的设计 33
4.3.4 输出结果分析 33
4.4 FIR滤波器的仿真 34
4.5 结果误差分析 35
结 论 37
参考文献 38
谢 辞 39
