一种在FPGA上实现FIR数字滤波器的资源优化算法

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基于FPGA的FIR数字滤波器的实现

数字量编码的方法
Ｇｒａｐｈ）算法进一步简化ＣＳＤ编码．然后采用Ａｌｔｅｒａ公
司的ＦＰＧＡ芯片来实现信号处理中的ＦＩＲ数字滤波器．
实验证明这是一种ＦＩＲ数字滤波器的较好的设计选择，具有应用价值
ＨＵＡＺｅ，ＺＨＡＯＸｉｎｇ－ｈａｎｇ，ＦＵＺｈａｏ－ｙａｎｇ，ＬＵＹｏｕ，ＺＨＡＮＧＮｉ
（１）从最低有效位开始．用１０ …（）－１取代所有大于２的１序列。此外还需用１１０ — １取代１０１１。（２）从最高有效位开始，用０１１代替１０－１。例如：
（９１）１０＝（１０１１０１１）２－（１１０旷１０－１）佳ｃｓＤ
收稿日期：２０１３ — ０９ —１０修稿日期：２０１３ —１０ —１０
作者简介：陈剑冰，男，本科，研究方向为信号处理

④ 现代计算机２０１３．１０中
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＨｅｔｅｒＯｇｅｎｅＯｕＳＳｙｓｔｅｍＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｉｎＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＰＩａｔｆＯｒｍ
★基金项目：广东省科技厅产学研项目（Ｎｏ＿２０１２Ｂ０９１１００３４９）、广东省经信委项目（Ｎｏ．ＧＤＥＩＤ２０１０Ｉｓ０３４）、广州市越秀区科技项目（Ｎｏ．２０１２一ＧＸ一００４）

FIR数字滤波器分布式算法的原理及FPGA实现

FIR数字滤波器分布式算法的原理及FPGA实现摘要：在利用FPGA实现数字信号处理方面，分布式算法发挥着关键作用，与传统的乘积-积结构相比，具有并行处理的高效性特点。

详细研究了基于FPGA、采用分布式算法实现FIR数字滤波器的原理和方法，并通过Xilinx ISE在Modelsim下进行了仿真。

关键词：分布式算法 DALUT FPGA FIR数字滤波器正在迅速地代替传统的由R、L、C元件和运算放大器组成的模块滤波器并且日益成为DSP的一种主要处理环节。

FPGA 也在逐渐取代ASIC和PDSP，用作前端数字信号处理的运算（如：FIR滤波、CORDIC算法或FFT）。

乘累加运算是实现大多数DSP 算法的重要途径，而分布式算法则能够大大提高乘累加运算的效能。

1 传统的乘累加结构FIR数字滤波器基本理论FIR滤波器被称为有限长脉冲响应滤波器，与IIR数字滤波器相对应，它的单位脉冲响应h(n)只有有限个数据点。

输入信号经过线性时不变系系统输出的过程是一个输入信号与单位脉冲响应进行线性卷积的过程，即：式中，x(n)是输入信号，y(n)是卷积输出，h(n)是系统的单位脉冲响应。

可以看出，每次采样y(n)需要进行L次乘法和L-1次加法操作实现乘累加之和，其中L是滤波器单位脉冲响应h(n)的长度。

可以发现，当L很大时，每计算一个点，则需要很长的延迟时间。

2 乘累加运算的位宽分配DSP算法最主要的就是进行乘累加运算。

假设采样信号的位宽用N来表示，则N位与N位的乘累结果需要2N位的寄存器来保存；如果两个操作数都是有符号数，则乘积只有2N-1个有效位，因为产生了两个符号位。

为了使累加器的结果不产生溢出，需要对累加器进行冗余设计，也就是说要在累加器2N的位宽上多设计出K位，累加器的长度M 计算方式如下（L为滤波器的长度）：对于无符号数：M=2N+K=2N+log2 L对于有符号数：M=2N=K=2N+log2 L-13 乘累加运算的分布式算法原理分析得益于Xilinx FPGA查找表结构的潜能，分布式算法在滤波器设计方面显示出了很高的效率，自20世纪90年代初以来越来越受到人们的重要。

基于FPGA的分布式FIR数字滤波器的实现

基于FPGA的分布式FIR数字滤波器的实现
柳懿;王向军;方兴;张鹏鹰
【期刊名称】《微计算机信息》
【年(卷),期】2010(026)020
【摘要】目前,数字滤波技术的发展非常迅速,基于它的优势,在很多领域已经取代了原来的模拟滤波.本文重点介绍了FIR数字滤波的原理,详细介绍了分布式FIR数字滤波的原理.并在FPGA器件上实现了分布式FIR滤波器,取得了良好的效果.【总页数】3页(P170-171,158)
【作者】柳懿;王向军;方兴;张鹏鹰
【作者单位】430033,湖北武汉,武汉海军工程大学电气与信息工程学院;430033,湖北武汉,武汉海军工程大学电气与信息工程学院;430033,湖北武汉,武汉海军工程大学电气与信息工程学院;430033,湖北武汉,武汉海军工程大学电气与信息工程学院【正文语种】中文
【中图分类】TP713
【相关文献】
1.基于分布式算法的FIR数字滤波器的FPGA实现 [J], 薛严冰;韩雪;邵远
2.基于FPGA多级分布式算法的FIR数字滤波器的设计 [J], 戴敬;王超
3.一种基于FPGA的分布式FIR数字滤波器设计 [J], 李姮;田克纯
4.FIR数字滤波器分布式算法的原理及FPGA实现 [J], 毕占坤;吴伶锡
5.基于FPGA的FIR数字滤波器设计及实现 [J], 宋卓达;王志乾;李建荣;沈铖武;刘绍锦
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基于FPGA乘法器的FIR滤波器系统设计

基于FPGA乘法器的FIR滤波器系统设计FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，可以根据设计者的需求和要求进行编程，实现各种数字电路功能。

FIR （Finite Impulse Response）滤波器是一种常用的数字滤波器，其特点是能够对输入信号的有限长度的响应进行滤波处理。

本文将介绍基于FPGA乘法器的FIR滤波器系统设计。

首先，介绍FIR滤波器的原理。

FIR滤波器是一种线性时不变系统，其输出信号由输入信号的加权和组成。

FIR滤波器的输入经过一串系数的加权运算后，得到滤波器的输出。

FIR滤波器的传输函数为：H(z) = b0 + b1*z^(-1) + b2*z^(-2) + ... + bn*z^(-n)其中，bi是滤波器的系数，n是滤波器的阶数，z为单位延迟。

FIR 滤波器的输出信号可以表示为：y(n) = b0*x(n) + b1*x(n-1) + b2*x(n-2) + ... + bn*x(n-n)其中，x是输入信号，y是输出信号。

FIR滤波器的阶数决定了滤波器的性能，阶数越高，滤波器的频率响应越陡峭。

接下来，介绍基于FPGA乘法器的FIR滤波器系统设计。

FPGA乘法器是FPGA中的一种硬件资源，通常用于实现乘法运算。

FPGA乘法器的乘法操作可以并行地执行，可以大大提高FIR滤波器的运算速度。

在设计基于FPGA乘法器的FIR滤波器系统时，首先需要确定FIR滤波器的阶数和系数。

根据滤波器的需求，可以选择不同的阶数和系数。

然后，根据FIR滤波器的传输函数，可以将其转化为差分方程形式。

差分方程形式如下：y(n) = b0*x(n) + b1*x(n-1) + b2*x(n-2) + ... + bn*x(n-n)然后，将差分方程形式转化为数据流形式。

数据流形式中的每一步计算只涉及到少量的数据，可以并行地执行。

数据流形式如下：y(n) = b0*x(n) + b1*x(n-1) + b2*x(n-2) + ... + bn*x(0)接下来，需要将数据流形式转化为硬件电路。

基于FPGA的FIR滤波器设计

基于FPGA 的FIR 滤波器设计一、设计目的为了帮助学生深入理解和消化基本理论、进一步提高综合应用能力并且锻炼独立解决问题的能力，我们将《数字信号处理》、《集成电路原理与应用》和《《FPGA 系统设计与应用》几门课程融合在一起开设的FPGA 综合实验课程设计。

本次完成的是利用FPGA 来完成FIR 滤波器的设计、程序设计和实验调试任务。

二、设计要求（1）基本要求利用所学知识，采用VHDL 语言完成FIR 滤波器的设计仿真。

要求用VHDL 编程设计底层文件，顶层文件可任意（可用原理图方式或文本方式）；完成仿真文件（包括MATLAB 和QUARTUSII 两种仿真）并对其结果比较。

具体设计指标如下：（1）采样频率S F =80KHz ；（2）截止频率KHz F C 10=；（3）输入序列为10位（最高位为符号位）；（4）窗口类型为kaiser 窗，β=0.5 ；（5）滤波器长度为16 ；（6）输出结果保留10位。

（2）提高部分根据所学知识，设计出一个具有频率控制功能DDS ，要求输出频率分别为10KHz 和100KHz ，将输出的两路数字信号进行叠加，并通过所设计的FIR 滤波器进行滤波，将滤波输出的数字信号通过D/A 转换电路输出波形，并用示波器观察输出波形，并完成测试结果分析。

结构框图如图1-1所示。

图2-1 整体结构框图三、设计原理3.1 FIR 滤波器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。

3.2 线性FIR 滤波器原理FIR 滤波器响应（简称FIR ）系统的单位脉冲响应()h n 为有限长序列，系统函数()H z 在有限z 平面上不存在极点，其运算结构中不存在反馈支路，即没有环路。

基于FPGA的FIR数字滤波器设计与实现

基于FPGA的FIR数字滤波器设计与实现作者：单文军周雪纯李文华来源：《现代电子技术》2013年第14期摘要：简要介绍了FIR数字滤波器的结构特点和基本原理，提出基于FPGA和DSP Builder的FIR数字滤波器的基本设计流程和实现方案。

在Matlab/Simulink环境下，采用DSP Builder模块搭建FIR模型，根据FDATool工具对FIR滤波器进行了设计，然后进行系统级仿真和ModelSim功能仿真，其仿真结果表明其数字滤波器的滤波效果良好。

通过SignalCompiler把模型转换成VHDL语言加入到FPGA的硬件设计中，从QuartusⅡ软件中的虚拟逻辑分析工具SignalTapⅡ中得到数字滤波器实时的结果波形图，结果符合预期。

关键词： FPGA； DSP Builder； FIR数字滤波器； ModelSim功能仿真中图分类号： TN911⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）14⁃0123⁃04Design and implementation of FIR digital filter based on FPGASHAN Wen⁃jun， ZHOU Xue⁃chun， LI Wen⁃hua（China Flight Test Establishment，Xi’an 710089， China）Abstract： The structure feature and the basic principle of FIR digital filter is introduced briefly. The basic design process and implementation scheme of the FIR digital filter based on FPGA and DSP Builder is proposed in this paper. FIR model is structured with DSP Builder module in the Matlab/Simulink environment. The FIR digital filter is designed according to the FDATool. The system level simulation and ModelSim function simulation were completed. The simulation results show that the filter has excellent effect. The model is converted to VHDL language through SingalCompiler and added to FPGA hardware design. The real⁃time waveform graph of the FIR digital filter was received by the virtual logic analysis tool SignalTapⅡ in QuartusⅡ. The results conform to the expected requirement.Keywords： FPGA； DSP Builder； FIR digital filter； ModelSim function simulation在信息信号处理过程中，数字滤波器是信号处理中使用最广泛的一种方法。

基于FPGA的高效FIR滤波器设计与实现

（ａ）直接型结构
程，其差分方程表达式为：
收稿日期：０００ — １２１ — ８１
（）系数对称改进结构ｂ
图１ＦＲ滤渡器结构Ｉ
项目资金：国家８３计划资助项目（０６Ａ６２２６２０Ａ０Ｚ２）
ＦＡｏｌＭａａ信号处理工具箱里专用的ＤＴｏ是ｔｂｌ滤波器设计分析工具，该工具的主要作用是按照设计指标提取滤波器系数。用ＦＡ０ｌ计数字ＤＴｏ设滤波器的关键在于滤波器类型、窗函数、滤波器阶数、截止频率等参数的选择。其中窗函数用于
占用大量资源的乘法单元。分布式算法（ＡＤ）的提出可将乘法运算转换为移位相加运算，从而节
滤波器分为有限冲激响应数字滤波器ｆＩ１和无ＦＲ
ｙ＝（（＝２［（＋Ｖ１．｝（（）ｎ２一一）（２ｎ））ｉＪ｝）】）
ｋ－－０
系数对称的改进型ＦＲ滤波器的结构如图１Ｉ
限冲激响应数字滤波器ｆＲ。相对于ＩＩ）ＩＩＲ滤波器，
具有具体指标的ＦＲ滤波器，再对滤波器系数进行处理，使之便于在ＦＧＩＰＡ中实现。然后采用基于分布式算法和ＣＤ编码的滤波器结构进行设计，从而避免了乘法运算，节约了硬件资源。Ｓ
其流水线的设计方式也提高了运行速度。Ｍａａ和Ｍｏｅｓｔｂｌｄｌｍ仿真表明，该设计功能正确，能ｉ

基于FPGA的FIR数字滤波器的设计与实现

基于ＦＰＧＡ的ＦＩＲ数字滤波器的设计与实现作者：杨国庆来源：《现代电子技术》2008年第19期摘要：介绍了基于FPGA的FIR数字滤波器的设计与实现,该设计利用Matlab工具箱设计窗函数计算FIR滤波器系数,并通过VHDL层次化设计方法,同时FPGA与单片机有机结合,采用C51及VHDL语言模块化的设计思想及进行优化编程,有效实现了键盘可设置参数及LCD显示。

结果表明此实现结构能进一步完善数据的快速处理和有效控制,提高了设计的灵活性、可靠性和功能的可扩展性。

关键词：FPGA；滤波器；VHDL；窗函数；模块化；可扩展性中图分类号：TN713文献标识码：B文章编号：1004373X(2008)1918403Design and Realization of FIR Digital Filter Based on FPGAYANG Guoqing(Tianjin Institute of Urban Construction,Tianjin,300384,China)Abstract：This paper introduces a design and realization of FIR digital filter based on FPGA.The design uses window function of Matlab toolbox to calculate FIR filter coefficient.Through VHDL level of design,FPGA and MCU organic integration,C51 and VHDL used modular design and optimize programming,the effective realization of the keyboard can also set the parameters and LCD display,the results show that this structure can be further improved to achieve the rapid data processing and effective control,the design flexibility,reliability and extendibility function are improved as well.Keywords：FPGA； filter；VHDL；window function；modulization；extendibility1 引言数字滤波是通信、语音与图像处理、模式识别和谱分析等应用中的一种基本的处理部件,它可以满足滤波器对幅度和相位特性的严格要求,避免模拟滤波器所无法克服的电压漂移、温度漂移和噪声等问题。

fir数字滤波器的设计与实现

FIR数字滤波器的设计与实现介绍在数字信号处理中，滤波器是一种常用的工具，用于改变信号的频率响应。

FIR （Finite Impulse Response）数字滤波器是一种非递归的滤波器，具有线性相位响应和有限脉冲响应。

本文将探讨FIR数字滤波器的设计与实现，包括滤波器的原理、设计方法和实际应用。

原理FIR数字滤波器通过对输入信号的加权平均来实现滤波效果。

其原理可以简单描述为以下步骤： 1. 输入信号经过一个延迟线组成的信号延迟器。

2. 延迟后的信号与一组权重系数进行相乘。

3. 将相乘的结果进行加和得到输出信号。

FIR滤波器的特点是通过改变权重系数来改变滤波器的频率响应。

不同的权重系数可以实现低通滤波、高通滤波、带通滤波等不同的滤波效果。

设计方法FIR滤波器的设计主要有以下几种方法：窗函数法窗函数法是一种常用简单而直观的设计方法。

该方法通过选择一个窗函数，并将其与理想滤波器的频率响应进行卷积，得到FIR滤波器的频率响应。

常用的窗函数包括矩形窗、汉宁窗、哈密顿窗等。

不同的窗函数具有不同的特性，在设计滤波器时需要根据要求来选择合适的窗函数。

频率抽样法频率抽样法是一种基于频率抽样定理的设计方法。

该方法首先将所需的频率响应通过插值得到一个连续的函数，然后对该函数进行逆傅里叶变换，得到离散的权重系数。

频率抽样法的优点是可以设计出具有较小幅频纹波的滤波器，但需要进行频率上和频率下的补偿处理。

最优化方法最优化方法是一种基于优化理论的设计方法。

该方法通过优化某个性能指标来得到最优的滤波器权重系数。

常用的最优化方法包括Least Mean Square（LMS）法、Least Square（LS）法、Parks-McClellan法等。

这些方法可以根据设计要求，如通带波纹、阻带衰减等来得到最优的滤波器设计。

实现与应用FIR数字滤波器的实现可以通过硬件和软件两种方式。

硬件实现在硬件实现中，可以利用专门的FPGA（Field-Programmable Gate Array）等数字集成电路来实现FIR滤波器。

正则有符号系数FIR滤波器优化算法

正则有符号系数FIR滤波器优化算法谭家杰;黄三伟;邹常青【摘要】为了节约有限长单位冲激响应(FIR)滤波器的资源,提高运行速度,提出了用最小均方根法将浮点系数量化为正则有符号数(CSD)定点系数的方法.这种方法是先求出FIR滤波器的零点,将共轭成对零点组成两个基本节,采用级联型FIR结构,然后逐步对两个节进行定点数量化,最后量化为CSD定点数.为了验证这种方法的有效性,将它与简单量化进行了对比,结果表明最小均方根法更逼近原浮点系数滤波器,即该量化方式比简单量化更加有效.%In order to save the resources of the Finite Impulse Response (FIR) filter and increase the running speed, it was proposed to use the Least Mean-Square-Error (LMSE) to transfer the float point coefficients filter to the Canonical Signed Digit (CSD) filter. The FIR filter was implemented by the cascades structure, which conjugated pairs of zeros into two basic sections. First, all zeros of the digital filter were calculated, which were made of two cascade sections for an FIR. And then the coefficients of the first cascade were transferred to fixed point. Next step was to quantize the second cascade coefficients into fixed point. To eliminate the finite word-length effects, the LMSE was adopted to compensate zeros in this step. Finally,all the fixed point coefficients were quantized into CSD. In order to prove the effectiveness of the two methods, and the FIR filter was also designed with simple quantized coefficients. The magnitude responses of two methods show that the LMSE quantization is more effective than that of the simple quantization.【期刊名称】《计算机应用》【年(卷),期】2011(031)006【总页数】3页(P1727-1729)【关键词】数字滤波器;正则有符号数;定点系数;最小均方根【作者】谭家杰;黄三伟;邹常青【作者单位】衡阳师范学院物理与电子信息科学系,湖南衡阳421008;衡阳师范学院物理与电子信息科学系,湖南衡阳421008;衡阳师范学院物理与电子信息科学系,湖南衡阳421008【正文语种】中文【中图分类】TP3930 引言有限长单位冲激响应(Finite Impulse Response，FIR)数字滤波器既可以满足任意幅度特性，又可以保证严格的相位特性，它的单位冲激响应是有限长且稳定的，是信号处理系统的重要组成部分。

FIR数字滤波器的FPGA设计与实现

ｓｍＢ－１＝ｃ一１ｕ［】【］ｘＢ一１】ｃ１× ｌ】．ｃＮ一１ｘＩ【＋【Ｂ— 【＋．＋【］Ｂ一１Ｏ】ｌ．Ｎ一１】
数字滤波器是语音与图像处理、模式识别、雷达信号处理、频谱分析等应用中的一种基本的处理部件，它能满足滤
（［］口［］［ｘ一ｌ＋ｃＯｘ一０＋ｃ］口【 …＋［ｌ１Ｉ】ｃＮ一１１】［一 Ⅳ一１２－］ａ）
＋（［］２】［ｘ一［＋…＋ｃＮ一１口２Ｎ一１２ｃＯｘ一【＋ｃ１ｓ２１０］］［］一Ｉｘ］）
上面对分布式算法做了个概述，但就实现方式来说，分布式算法又分为串行方式和并行方式。串行方式规模小但速
法实现。若使用传统的乘累加结构来设计ＦＲ数字滤波器，Ｉ那么就需要进行Ｌ１次加法和Ｌ次乘法，硬件的规模较大，－速度也较慢，不适用于高速的处理和运算。因此，本设计采用了速度和规模都较理想的分布式算法。下面就对分布式算法作个概述。个线性时不变网络的输出可以用下式表示：
２００８年第１Ｏ期（总第１０期）１
大众科技
ＤＡＺＨｏＮＧｌＫＥＪ
Ｎｏ１．０。２００８
（ｕｌｔｅｙＮ．１）Ｃｍｕａｉｌｏ１ｖ０
ＦＩＲ数字滤波器的ＦＧＰＡ设计与实现
项正山，胡蓉花
（桂林长海发展有限责任公司，广西桂林５１０）４０１
【摘要】提出了一种基于现场可编程门阵列器件ＦＧＰＡ并利用窗函数法实现一个１６阶线性ＦＲ数字滤波器的设计方法。Ｉ．

一种在FPGA上实现的FIR滤波器的资源优化算法

一种在FPGA上实现的FIR滤波器的资源优化算法曲仕茹;彭纪昌【摘要】在数字滤波器中,FIR滤波器是一种结构简单且总是稳定的滤波器,同时也只有FIR滤波器拥有线性相位的特性.传统的直接型滤波器运算速度过慢,而改进型的DA结构的滤波器需要过高的芯片面积消耗大量的逻辑资源很难达到运算速度以及逻辑资源节约的整体优化.本文提出了一种基于RAG算法的FIR滤波器,与传统的基于DA算法的滤波器结构的滤波器相比,RAG算法简化了FIR滤波器乘法模块的结构,减少了逻辑资源的消耗和硬件实现面积,提高了计算速度.本文设计的16阶FIR滤波器用VerilogHDL进行描述,并综合到Altera公司的CycloneⅡ系列FPGA中.仿真实验表明基于RAG算法的FIR滤波器达到了逻辑资源的节约和运算速度的提高的整体优化效果.%In the digital filter,the FIR filter is not only a structure simple and stable filter,but also the only filter can achieve linear phase.The traditional direct-type filters' operational speed is too slow,while the improved DA structure filter needs excessive chip area,consumes logic resource and is difficult to achieve the overall optimization of the operation speed as well as logic resource conservation.An improved FIR filter based on RAG algorithm is presented in this pared with traditional DA algorithm structure filter,the RAG algorithm simplifies the multiplication module structure of FIR filter,reduces the consuming of logic resource and hardware achieving area,and increases the operational speed.This designed 16-taps FIR filter is synthesized in Altera Company's Cyclone Ⅱ FPGA written in Verilog HDL language.Simulation results showthat designed FIR filter based on RAG algorithm optimizes operational speed and saves logic resource.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2013(021)014【总页数】4页(P147-150)【关键词】FIR滤波器;RAG算法;DA算法;数字信号处理【作者】曲仕茹;彭纪昌【作者单位】西北工业大学自动化学院,陕西西安710072;西北工业大学自动化学院,陕西西安710072【正文语种】中文【中图分类】TN713随着数字化通信技术的快速发展，高质量的信号处理对滤波器的性能和资源占有量提出了更高的要求。

FPGA实现FIR抽取滤波器的设计

FPGA实现FIR抽取滤波器的设计之蔡仲巾千创作FIR(fini te impulse response)滤波器是数字信号处理系统中最基本的元件，它可以在包管任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位冲激响应是有限的，没有输入到输出的反馈，系统稳定。

因此，FIR滤波器在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。

在工程实践中，往往要求对信号处理要有实时性和灵活性，而已有的一些软件和硬件实现方式则难以同时达到这两方面的要求。

随着可编程逻辑器件的发展，使用FPGA来实现FIR滤波器，既具有实时性，又兼顾了一定的灵活性，越来越多的电子工程师采取FPGA器件来实现FIR滤波器。

1 FIR滤波器工作原理在进入FIR滤波器前，首先要将信号通过A／D器件进行模数转换，使之成为8bit的数字信号，一般可用速度较高的逐次逼进式A／D转换器，不管采取乘累加方法还是分布式算法设计FIR 滤波器，滤波器输出的数据都是一串序列，要使它能直观地反应出来，还需经过数模转换，因此由FPGA构成的FIR滤波器的输出须外接D／A模块。

FPGA有着规整的内部逻辑阵列和丰富的连线资源，特别适合于数字信号处理任务，相对于串行运算为主导的通用DSP芯片来说，其并行性和可扩展性更好，利用FPGA乘累加的快速算法，可以设计出高速的FIR数字滤波器。

2 16阶滤波器结构在滤波过程中实现抽取，对于抽取率为N的抽取滤波器而言，当进来N个数据时滤波器完成1次滤波运算，输出1次滤波结果。

抽取滤波器的结果和先滤波后抽取的结果是一致的，只是对于同样的数据，进行滤波运算的次数大大减少。

在数字系统中采取拙取滤波器的最大优点是增加了每次滤波的可处理时间，从而达到实现高速输入数据的目的。

采样数据与滤波器系数在控制电路的作用下，分别对应相乘并与前一个乘积累加，经过多次(有多少阶就要多少次)反复的乘累加最后输出滤波结果，将相同系数归类，16阶滤波器公式：乘法器的数量减少一半，但加法器的数量增多了，但相对乘法运算来说，加法运算所占用的资源少的多，运算的速度也快得多。

FIR数字滤波器的FPGA实现研究

ＡｂｔａｔＩｒｅｏｒｓａｃｉｅｅｔｉｌｍｅｔｔｎｆＩｄｇｔｌｆｔｒｗｉＰｓｒｃ：ｏｄｒｅｅｒｈｄｆｒｎｍｐｅｎａｉｓｏＦＲｉｉｌｔＦＧＡｎｔｅｒｒｓｕｃｏｓｍｉｇａｌｎｔｆｏａｉｅｈｏｈｉｅｏｒｅｃｎｕｎｓｗｅｌａｈｐｅｅｆｒｎｅｔｅｉｒｖｄｓｒｌｔｃｕｅｐｒｌｌｓｒｃｕｅａｄＤＡｓｒｃｕｅｏＩｄｇｔｌｌｒｗｅｅｒｓｅ・ｓｔｅｓｅｄｐｒｏｍａｃ，ｍｐｏｅｅａｒｔｒ，ａａｌｔｔｒｎｔｔｒｆＦＲｉｉｔｒｅｐｅｈｉｓｕｅｕｕａｆｅｉｔｅｙｉｌｍｅｔｄｗｉｒｏｉｌｍｐｅｎｅｔＶｅｉｇＨＤＬｏｈｌｘＩＥ１．ｄｖｌｐｎｌｔｒａｄｔｅｉｌｔｄｏｈｄｌｉｓｍ— ｖｈｌｎｔｅＸｉｎＳ１ｅｅｏｍｅｔａｆｍ，ｎｈｎｓｍｕａｅｎｔｅＭｏｅｓｉ０ｐｏｍｉｕａｉｎｐａｆｒ．ｕｎｕｈｔｔｅｉｌｍｅｔｔｎｏｍｐｏｅｅａｔｃｕｅｃｎｕｓｒｓｕｃｅｓｕｈｌｒｓｅｄｌｔｌｔｉＩｔｒｓｏｔａｍｐｅｎａｉｆｉｒｖｄｓｒｌｓｏｏＢｔｔｈｏｉｕｒｔｒｏｓｍｅｅｏｒｅｌａｔｔｔｅｆｔｐｅｂｉｅ
（．ｃｏｌｆＩｓｒｍｎＳｉｃ１Ｓｈｏｎｔｅｔｃｎｅ＆ＥｇｎｅｉｇＳｕｈａｔｎｖｒｉ，ａｊｎ１０６Ｃｉ；ｏｕｅｎｉｅｒ，ｏｔｅｓＵｉｓｙＮｎｇ２０９，ｈｎｎｅｔｉａ

基于FPGA的FIR数字滤波器的设计和实现

基于FPGA的FIR数字滤波器的设计和实现摘要：本文基于FPGA平台实现了一种FIR数字滤波器，通过对滤波器的设计与实现过程的详细介绍，展示了FPGA在数字滤波器中的应用优势。

首先介绍了数字滤波器的原理及其在信号处理中的重要性，并对FPGA及其特点进行了概述。

接着，详细介绍了FIR滤波器的原理以及其在FPGA上的实现步骤，分析了滤波器设计中需要考虑到的各种因素。

最后，通过实验验证了FPGA上实现的FIR滤波器的性能，并对优化策略进行了讨论。

关键词：FPGA，FIR滤波器，数字信号处理，性能优化1. 引言数字滤波器是现代信号处理的重要组成部分，通过选择性地传递或抑制输入信号的特定频率组成部分，对信号进行处理和改善。

FIR滤波器是数字滤波器中最常用的一种类型，具有线性相位特性、稳定性较强以及易于实现等优势。

而FPGA作为一种可编程逻辑器件，具有灵活性高、可重构性强等特点，成为实现数字滤波器的理想平台。

2. FIR滤波器的原理FIR滤波器是一种线性时不变系统，其输出仅和当前输入值以及过去若干个输入值有关。

该滤波器的输出可以通过输入信号的线性加权和来计算，其中，每个输入值的加权系数通过FIR 滤波器的系数来确定。

FIR滤波器的系数决定了它对不同频率分量的响应，从而实现了信号的滤波目的。

3. FIR滤波器在FPGA上的实现步骤（1）选择合适的FPGA平台和开发工具，如Xilinx FPGA平台和Vivado开发工具。

（2）根据所要设计的滤波器的需求，确定其采样频率、截止频率和滤波器类型等参数，并进行系统级设计。

（3）根据所选参数，设计FIR滤波器的传递函数，并确定滤波器的阶数和系数。

（4）通过数学运算或者通过滤波器设计软件生成滤波器的差分方程。

（5）根据生成的差分方程，使用HDL（HardwareDescription Language）进行滤波器的编写。

（6）进行FPGA的综合、布局与布线、下载与验证，完成滤波器的硬件实现。

基于FPGA的FIR滤波器的设计(毕业设计) 可用

目录摘要 (2)英文摘要 (3)1 引言 (3)1.1国内外研究现状 (4)1.2本论文的研究内容及主要工作 (6)2 FIR数字滤波器设计 (6)2.1数字滤波器基础 (6)2.1.1 数字滤波器简介 (6)2.1.2 FIR数字滤波器的结构 (7)2.2 FIR数字滤波器设计方法 (8)2.2.1 窗函数法 (8)2.2.2 频率采样法 (9)2.2.3 等波纹最佳逼近法 (11)2.2.4 三种设计方法的比较......................... 错误!未定义书签。

3 FPGA 设计优点以及分布式算法 (12)3.1 使用FPGA器件进行开发的优点 (13)3.2分布式算法 (14)3.2.1 分布式算法基础 (14)3.2.2 有符号的DA系统 (15)4 基于FPGA的FIR滤波器设计 (15)4.1基于M ATLAB的FIR数字低通滤波器抽头系数的提取 (16)4.1.1 滤波器的设计指标 (16)4.1.2 滤波器的具体设计方法 (16)4.1.3 参数提取与量化 (17)4.2FIR滤波器的FPGA实现 (19)4.2.1 模块划分 (19)4.2.2 FIR滤波器各模块的实现 (20)4.2.3 FIR滤波器的顶层设计 (30)4.3FIR滤波器的系统仿真验证 (32)4.4系统硬件 (36)4.4.1 系统框图 (36)4.4.2 部分芯片简介 (36)4.4.3 AD、DA电路原理图 (39)4.5测试波形及现场照片 (39)4.6数据误差分析 (40)结论 (41)参考文献 (41)附件 (42)基于FPGA的FIR滤波器的设计摘要：本文设计了一个基于FPGA的16阶FIR低通滤波器，使用分布式算法作为滤波器的硬件实现算法，并对其进行了详细的讨论。

针对分布式算法中LUT规模过大的缺点，采用多块查找表的方式减小硬件规模。

在设计中采用了自顶向下的层次化、模块化的设计思想，将整个滤波器划分为多个模块，利用VHDL语言的描述方法进行了各个功能模块的设计，最终完成了FIR数字滤波器的系统设计。

一种基于MATLAB及FPGA的FIR低通滤波器的设计与实现

ＤＰ芯片的协处理器进行工作。低通滤波器的设计方面国内Ｓ外提出了不少理论方案，是具体实现过程很少有提及。本但
种可以重复改变组态的电路，别适合产品发展时需要不断特
数字滤波器有两种类型：有限冲击响应（ｉｉｍｕｓＦｎｔＩｐｌｅｅ
Ｒｓｏｓ，Ｉ数字滤波器和无限冲击响应（ｆｉｍｐｌｅｐｎｅＦＲ）ＩｉｔＩｕｓｎｎｅｅ
Ｒｓｏｓ，Ｒ）字滤波器。两种类型滤波器相比而言，于ｅｐｎｅＩ数Ｉ对
计与实现
阿依夏木・力提甫ｔ赵惠昌一，，王丹琦
（．疆师范大学物理与电子工程学院，疆鸟鲁木齐８０５；．京理工大学电光学院，苏南京２０９）１新新３０４２南江１０４
摘要：充分利用有限冲击响应数字滤波器（ｉｉｕｓｅｐｎｅｄｇａｆｅＦＲ）ＦｎｔＩｌＲｓｏｓｉｉｌｉｒ，Ｉ系数的对称特性．助于ＭＡ．ｅｍｐｅｔｈ借Ｔ
作者简介：阿依夏木・力提甫（９Ｏ）女，疆乌鲁木齐人，士研究生，师。研究方向：１８一，新硕讲目标探测与控制。１０．３ —
— —
阿依夏木・力提甫，等一种基于ＭＡＬＢ及ＦＧ的ＦＲ低通滤波器的设计与实现ＴＡＰＡＩ

一种基于FPGA的分布式FIR数字滤波器设计

ｈｖｏｄｌｅｒｈｓｈｒｃｅｉｉｎｅｌａｉｎｏｅｉｉｔａｅｇｏｉａａｅｃａａｔｒｔａｄｒａｉｔｆｆｘｂｌｙ，ｕｕｌｔｉａｅｈｐｎｏａｓｆｔｒｏｉｉｌｄｗｎｎｐｓｃｚｏｌｉｓａｙｉｓｓｒｓａｉｇｌｗｐｓｌｆｄｇｔｏｌｉｅａ
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基于FPGA的FIR数字滤波器设计

基于FPGA的数字滤波器设计院系：信息科学与工程学院专业班：通信工程1102班姓名：李羚学号：20111181082指导教师：周忠强王军舰2015年5月基于FPGA的FIR数字滤波器设计摘要随着公元的第二十一个世纪的到来，今天我们进入了一个科技日新月异的时代。

在现代电子数字系统中，滤波器都以一个不可缺少的身份出现。

其中，FIR数字滤波器又以其良好的线性特性被广泛和有针对性的大量使用。

众所周知，灵活性和实时性是工程实践中对数字信号处理的基本要求。

在以往使用的各种滤波器技术中，不难发现有许许多多的问题。

但是，随着现代计算机技术在滤波问题上的飞跃，派生出一个全新的分支——数字滤波器。

利用可编程逻辑器件和EDA技术，使用FPGA来实现FIR 滤波器，可以同时兼顾实时性和灵活性。

基于FPGA的FIR数字滤波器的研究势在必行。

本论文讨论基于FPGA的FIR数字滤波器设计，针对该毕业设计要做的基本工作有如下几点：（一）掌握有限冲击响应FIR（Finite Impulse Response，FIR）的基本结构，研究现有的实现方法。

对各种方案和步骤进行比较和论证分析，然后针对目前FIR数字滤波器需要的特点，速度快和硬件规模小，作为指导思想进行设计计算。

（二）基于硬件FPGA的特点，利用Matlab软件以及窗函数法设计滤波器。

对整个FPGA 元件，计划采用模块化、层次化设计思想，从而对各个部分功能进行更为详细的理解和分工设计。

最终FIR数字滤波器的设计语言选择VHDL硬件编程语言。

（三）设计中的软件仿真使用Altera公司的综合性PLD开发软件Quartus II，并且利用Matlab工具进行对比仿真，在仿真的过程中，对比证明，本论文设计的滤波器的技术指标已经全部达标。

关键词：数字滤波器Matlab 可编程逻辑元件模块化算法Based On FPGA Design Of FIR Digital FiltersMajor：Electronic And Information Engineering Department（Information Engineering）Student: YangChengjie Supervisor:FengLiuAbstractAs we have entered the twenty first century，our technology is changing continuously with the times. In the modern electronic digital systems，filters are indispensable. Among them，the FIR digital filters are widely used with the excellent linear characteristic. As is well-known to us all，flexibility and real-time quality are the basic requirements in digital signal processing of engineering practice. Since we have used a variety of filter technology in the past，it is not difficult for us to find many problems in it. Moreover，with the development of modern computer technology in filter，a new branch - digital filter has derived. We make use of the programmable logic devices and EDA technology，together with the FPGA to design the FIR filter，which is real-time and flexible. In a nutshell，it is imperative to do the research in the FIR digital filters based on the technology of FPGA. This thesis is focused on the design of the FIR digital filters based on the technology of FPGA. Several points are worth mentioning here:(1)To understand and master the basic structure of the limited shock Response FIR (Finite Impulse Response，FIR)，research existing realization method，to use various solutions to compare and analyze the steps and demonstrations; then，to do the self design and correction concerning the characteristics of the present FIR digital filters，that is，fast in speed and small scale in hardware.(2) To design FIR filter based on the characteristics of FPGA hardware. In the design process，ready to use of Matlab software and window function method design filter. As far as the whole FPGA components are concerned，we plan to carry on the modularized and hierarchic design，in order to have a more detailed understanding of the function of eachpart and make a division of design. Eventually，FIR digital filters will adopt the VHDL hardware programming language.(3) To adopt the comprehensive PLD development software Quartus II of the Altera company in the design of the software simulation. And we will use of the Matlab tools for the simulation 。

全并行FIR滤波器的FPGA实现与优化

全并行FIR滤波器的FPGA实现与优化王英喆;王振宇;严伟;时广轶【摘要】FIR digital filter has many implementations, and the needs of real-time modern digital communication require high data throughput and processing speed. The paper introduces the FPGA implementation of high-speed and fully parallel FIR, then takes 8-input and 15-tap FIR filter for example, getting fully parallel FIR structure based on the direct FIR .The fully parallel FIR structure is designed with Verilog hardware description language, and the result of simulation and test is consistent with MATLAB. On that basis, we raise two measures for improvement, then synthesis, placement and routing, and compare the occupied resource. The result is that the distributed FIR is the best choice of hardware implementation.%FIR数字滤波器的实现方法很多,而现代数字通信对实时性的需求决定其需要很高的数据吞吐率和处理速度.文章探求高速全并行FIR的FPGA实现方法,并以8输入15阶FIR滤波器为示例,在直接型FIR的基础上改进得到全并行FIR结构,采用Verilog硬件描述语言完成设计,仿真结果与MATLAB软件测试结果一致. 在此基础上,提出两种改进措施,并进行综合、布局布线,对比所占资源,结果分布式FIR为硬件实现的最佳选择.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2015(023)022【总页数】4页(P94-97)【关键词】FIR滤波器;FPGA;并行结构;流水线;分布式【作者】王英喆;王振宇;严伟;时广轶【作者单位】北京大学软件与微电子学院, 北京 100871;北京大学软件与微电子学院, 北京 100871;北京大学软件与微电子学院, 北京 100871;北京大学软件与微电子学院, 北京 100871【正文语种】中文【中图分类】TN402数字信号处理及相关芯片的迅速发展与数字滤波是息息相关的，长久以来，数字滤波都是研究的热点。