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基于FPGA的16階FIR濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
（作者未知） 2011/3/29
摘 要:分析F IR 濾波器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和基本原理,提出FPGA 實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理的方案. 基于Matlab用窗函數(shù)法對F IR濾波器進(jìn)行了設(shè)計(jì),確定了濾波器的系數(shù),最后用VHDL語言實(shí)現(xiàn)了16階常系數(shù)F IR濾波器,并用QuartusII軟件對濾波器進(jìn)行了邏輯仿真,結(jié)果符合設(shè)計(jì)預(yù)期.
關(guān)鍵詞: FPGA; F IR數(shù)字濾波器;Matlab;VHDL語言;Quartus II
數(shù)字濾波器是一種用來過渡時間離散信號的數(shù)字系統(tǒng),通過對抽樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理來達(dá)到頻域?yàn)V波的目的. 根據(jù)其單位沖激響應(yīng)函數(shù)的時域特性可分為兩類:無限沖激響應(yīng)( IIR)濾波器和有限沖激響應(yīng)( F IR)濾波器. 與IIR濾波器相比, F IR的實(shí)現(xiàn)是非遞歸的,總是穩(wěn)定的;更重要的是, F IR濾波器是線性相位的,能保證信號在傳輸過程中不會產(chǎn)生失真[ 1 ] . 因此在高保真的信號處理領(lǐng)域,如數(shù)字音頻、圖像處理、數(shù)據(jù)傳輸、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用. 然而,數(shù)字濾波器的應(yīng)用場合大部分都要求實(shí)時處理,有時候還要進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算,在處理速度方面, FPGA表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢. 實(shí)踐證明,用FPGA來實(shí)現(xiàn)32階8位的F IR速度可達(dá)到100Mp s. 此外, FPGA開發(fā)周期短且編程靈活,易于反復(fù)擦寫,算法實(shí)現(xiàn)
不受DSP之類固件性能的限制.
1 FIR數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)與原理簡介
帶有常系數(shù)的F IR濾波器是一種LTI數(shù)字濾波器[ 2 ] . 長度為N 的F IR輸出對應(yīng)于輸入時間序列x [ n ]的關(guān)系由一種有限卷積數(shù)量形式給出,具體形式如下
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