本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)

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【摘要】：伴隨著數(shù)字信號(hào)處理(DSP)領(lǐng)域的發(fā)展,數(shù)字濾波器的歷史大體上可以追溯到七十年代中期。經(jīng)過了過去大約30年的蓬勃發(fā)展,數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)已經(jīng)變成了一項(xiàng)使能技術(shù)。數(shù)字濾波器在包括通信、控制、國防、生物醫(yī)學(xué)和雷達(dá)等很多領(lǐng)域中作為唯一的選擇,已經(jīng)取代了模擬濾波器。數(shù)字濾波器是一種以數(shù)字的方式來改變信號(hào)屬性的數(shù)字設(shè)備。而濾波器本身的屬性可以通過幅頻特性和相頻特性來定義,它們都是頻率的函數(shù)。數(shù)字濾波器,除了改變信號(hào)本身的屬性,還要滿足一些其他的要求,比如速度、復(fù)雜度、代價(jià)和功耗。而在一些高性能要求的環(huán)境中,通用微處理器通常會(huì)被ASIC或者FPGA或者具備并行運(yùn)算架構(gòu)的DSP取代,以此來挖掘?yàn)V波器的潛能。在數(shù)字濾波器的范疇中,大部分?jǐn)?shù)字濾波器可以分成兩類：有限脈沖響應(yīng)濾波器(FIR)和無限脈沖響應(yīng)濾波器(IIR)本文的結(jié)構(gòu)通過研究IIR數(shù)字濾波器在MATLAB中的設(shè)計(jì)繼而在FPGA上的實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證來組織。文章開始于數(shù)字濾波器研究基礎(chǔ),首先詳細(xì)總結(jié)了在濾波器理論發(fā)展的過程中出現(xiàn)的各種數(shù)字濾波器以及各自的特點(diǎn)。然后介紹IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ),包括濾波器結(jié)構(gòu)的選型、實(shí)現(xiàn)架構(gòu)、濾波器設(shè)計(jì)方案、數(shù)字濾波器的有限字長效應(yīng)等理論基礎(chǔ),從而確定本文所采用的架構(gòu)。接下來利用MATLAB的FDATool工具設(shè)計(jì)了以二階節(jié)為基礎(chǔ)的橢圓型級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)IIR低通濾波器,依據(jù)有限字長效應(yīng)的討論對(duì)系數(shù)進(jìn)行量化,之后對(duì)量化系數(shù)的濾波器進(jìn)行Simulink動(dòng)態(tài)仿真。仿真過程顯示脈沖響應(yīng)平穩(wěn),且濾波性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。論文對(duì)前述IIR數(shù)字濾波器進(jìn)行RTL編碼,并使用Simulink和Modelsim對(duì)其進(jìn)行聯(lián)合功能仿真。然后,用Quartus Ⅱ?qū)⑵湎螺d至FPGA開發(fā)板進(jìn)行測(cè)試,利用SignalTap Ⅱ做定性測(cè)試,并通過使用外部信號(hào)源、頻譜儀對(duì)濾波前后的效果進(jìn)行分析對(duì)比。測(cè)試結(jié)果表明,IIR濾波器的通帶截止頻率為496.6kHz,阻帶起始頻率為522.9kHz,阻帶衰減達(dá)到57.7dB,通帶紋波小于1.5dB。整個(gè)測(cè)試期間輸出頻譜穩(wěn)定平穩(wěn),論文設(shè)計(jì)的IIR數(shù)字濾波器基本達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo),濾波性能滿足要求。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)字信號(hào)處理 IIR濾波器 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 并聯(lián)結(jié)構(gòu) 二階節(jié)
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN713.7
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 課題背景和意義9-13
• 1.1.1 IIR濾波器的概述9-12
• 1.1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.2 本文研究的主要內(nèi)容13
• 1.3 論文的組織結(jié)構(gòu)13-15
• 第二章 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)15-33
• 2.1 IIR數(shù)字濾波器基本理論15-17
• 2.1.1 IIR濾波器的幅頻特性16-17
• 2.1.2 IIR濾波器的相頻特性17
• 2.2 IIR數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)17-22
• 2.2.1 直接型結(jié)構(gòu)18-20
• 2.2.2 級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)20-21
• 2.2.3 并聯(lián)型結(jié)構(gòu)21-22
• 2.3 基于模擬濾波器設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器22-26
• 2.3.1 沖激不變法22-24
• 2.3.2 雙線性變換法24-25
• 2.3.3 匹配z變換25-26
• 2.4 數(shù)字濾波器的有限字長效應(yīng)理論26-30
• 2.4.1 數(shù)字表示26-28
• 2.4.2 輸入量化28
• 2.4.3 濾波器系數(shù)量化28-30
• 2.5 流水線與并行處理30-32
• 2.5.1 IIR流水線設(shè)計(jì)31-32
• 2.5.2 IIR并行處理設(shè)計(jì)32
• 2.6 小結(jié)32-33
• 第三章 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)與MATLAB仿真33-45
• 3.1 IIR濾波器的MATLAB設(shè)計(jì)33-35
• 3.2 量化精度設(shè)計(jì)35-39
• 3.2.1 輸入量化精度36
• 3.2.2 系數(shù)量化精度36-37
• 3.2.3 乘積量化精度37
• 3.2.4 IIR數(shù)字濾波器量化的Simulink仿真37-39
• 3.3 IIR數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)39-43
• 3.3.1 IIR整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)39-40
• 3.3.2 接口信號(hào)定義40-41
• 3.3.3 濾波器結(jié)構(gòu)改進(jìn)41-42
• 3.3.4 代碼描述42-43
• 3.4 小結(jié)43-45
• 第四章 IIR數(shù)字濾波器的硬件實(shí)現(xiàn)45-61
• 4.1 IIR濾波器的硬件平臺(tái)45-46
• 4.2 器件介紹和系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境46-48
• 4.2.1 器件介紹46-47
• 4.2.2 JTAG鏈簡介47-48
• 4.2.3 開發(fā)工具Quartus II簡介48
• 4.3 IIR數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)48-49
• 4.3.1 綜合與仿真49
• 4.3.2 濾波器實(shí)現(xiàn)過程49
• 4.4 IIR濾波器的測(cè)試49-60
• 4.4.1 仿真測(cè)試50-51
• 4.4.2 SignalTap II測(cè)試51-54
• 4.4.3 外接信號(hào)的頻譜儀測(cè)試54-60
• 4.4.4 濾波器測(cè)試結(jié)果對(duì)比及誤差分析60
• 4.5 小結(jié)60-61
• 第五章 總結(jié)與展望61-63
• 5.1 總結(jié)61
• 5.2 展望61-63
• 致謝63-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文69

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 葉亞東;藺智挺;范玉紅;;基于FPGA的FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)與仿真[J];電子科技;2014年07期

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本文編號(hào)：804000