基于FPGA的FIR数字滤波器的设计

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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）

基于FPGA的通用FIR滤波器设计

－
４９５６
．．．．．．．．．．．．．． — —
实
验
技
术
与
管
理
第２７卷
第１０期
２１００年１Ｏ月
．
ＣＮ１ — ２３Ｔ１０４／
ＥｘｅｉｎｔｌＴｅｈｎＭｎｇｍｅｔｎ
中图分类号：Ｎ７３Ｔ１文献标志码：Ａ文章编号：０２４５（００１ — ０９０１０— ９６２１）００６ — ４
ＤｅｉｎｏｎｖｒａＩｆｔｒｂｓｄｏＰｓｇｆｕｉｅｓｌＲｉｅａｅｎＦＧＡＦｌ
Ｖ０．７ＮＯ０Ｏｃ．２００１２．１ｔ１
基于ＦＧ的通用ＦＲ滤波器设计ＰＡＩ
聂伟，杨胜姚，王岩嵩
（京化工大学计算机系统与通信实验中心，北京１０２）北００９
摘
要：提出了一种基于ＦＰＧＡ（ｉｌｒｇａｆｄｐｏｒｍｍａｌａｅａｒｙ的通用ＦＲ（ｉｉｅｉｕｓｅｐｎｅ滤波器设ｅｂｅｇｔｒａ）Ｉｆｎｔｍｐｌｅｒｓｏｓ）
ｂｎ —ｔｐ。ａｄｉｈｓｔｅａｖｎａｅｆｈｇｒｑｅｃｅｏｕｉｎａｄｌｓｅｏｒｅｎｅｅ．ＴｈｏｇａｌｂａｄＦＰａｄｓｏｎｔａｈｄａｔｇｓｏｉｈｆｅｕｎｙｒｓｌｔｎｓｒｓｕｃｅｄｄｏｅｒｕｈＭｔａｎ — ＧＡｉｌｔｎ。ｔｅｒｓｌｈｗｈｔｔｉｆｔｒｍｅｔｈｅｉｎｒｑｉｍｅｔ．ｓｍｕａｉｓｈｅｕｔｓｏｔａｈｓｉｅｅｓｔｅｄｓｇｅｕｒｏｓｌｅｎｓＫｅｒｓｎｖｒａＲｆｔｒｉｉｌｉｅ；ＦＰｙｗｏｄ：ｕｉｅｓｌＦＩｉｅ；ｄｇｔｌｒｌａｆｔＧＡ；ｗｉｄｗｔｏｎｏｍｅｈｄ

基于FPGA的FIR滤波器的设计

ＭＡＴＩＡＢ的功能和Ｓｍｕｉｋ块与Ａｌｒｉｌｎｔａ的ＤＳｅＰ
Ｂｉｅｕｌｒ块和Ａｌｒｄｔａ的知识产权（ＰＭｅａｏｅ功能ｅＩ）ｇＣｒ
使用ＤＰ器件实现虽然简单，但由于程序顺序执行，Ｓ
执行速度较慢。随着数字技术的应用日益广泛，以现
基于ＦＧＡ的Ｆ昕
（京科技大学，北京１０８）北００３
摘要：介绍有限脉冲响应（Ｉ数字滤波器理论及常见实现方法的基础上，出了一种基于ＦＧＡ的高效实在ＦＲ）提Ｐ现方案。方案借助ＦＧＡ滤波器芯片和ＱｕｒｕＩ件、ＰＢｉｅ软件对该方案进行了仿真验证。真该ＰａｔｓＩ软ＤＳｕｌｒｄ仿实验结果表明：种ＦＲ滤波器的实现方法运算速度快、时性好，性能优于传统的ＦＲ滤波器设计方法。此Ｉ实其Ｉ
些。
２ＦＲ滤波器的设计方法Ｉ
目前ＦＲ滤波器的实现方法有３，别利用单Ｉ种分
片通用数字滤波器集成电路、ＤＰ器件或可编程逻辑Ｓ
器件实现。片通用数字滤波器集成电路使用方便，单但由于字长和阶数的规格较少，能完全满足实际需要。不
迅速普及和发展，器件集成度和速度都在高速增长ＦＧＡ既具有门阵列的高逻辑密度和高可靠性，又具Ｐ

基于FPGA的FIR滤波器设计

该单元实现的功能是将输人数据移位存储到移位寄存器
中。对ＦＲ滤波器进行分析可知：于每次采样，需要利用Ｉ对都本次采样之前的Ｎ１采样值（处采样值Ｎ１９，样Ｎ一个此一为）这
号ｘｔＡＤ转换后，成数字滤波器Ｈｚ的输入信号ｘ）它经／（）形（）（，ｎ
是一组由模拟信号经过取样和量化的数字量，数字滤波器的
１
输出信号ｙ）（经过ＤＡ转换恢复为去噪的模拟信号ｙ）ｙｎｎ／（或（）ｔ
ｒｌａｉｆａｎｍｏｌｓｏＩＩｒｉａｌ，ｅ（ｈｙｔｍｉｕａｔｎａｄｖｉｉｉｎｏＩｉｅｓｅａｉｔｚｏｎｏｉｄｕｅｆＦＲｔｓＦｎｌｗｍｅｙ３ｔｅｓｓｅｓｍＩｉｎｅｒｃｏｆＦＲｆｔｒｏｏｆａｔｌａｇｉｍ；ｓｒｂｔｌｒｈｌｏｒｈｄｉｔｉｕｅａｇｏｉｍｔｔ
ｍｅｔｏｔｉｅｓｔｏｈｎ）ｎｓｑｏｕａｉｎｈｎｉａｙａ３０１ｎ（ｒｈＵｎｖｒｉｆｉａ；ｉ，ｆｃｔ，ａｘｉｎ００５）ＮｙＣＭｉｔＥｄｏＳＴｕ
摘要：数字滤波器在数字信号处理中占有很重要的地位，该文介绍了ＦＲ滤波器的两种实现算法：Ｉ乘累加算法和
Ｚｈｎａｍｅ，ｈｏＤｏｇ－，ｅｇＹａｊｎＹｕＳｈｎｇｓ’ ｆｅａｄＴｃｎｌｇｎＥｅ— ａｇＸｉｏ－ｉａｎｅＦｎｎ－ｕ，ｕａ（（ｌｎｅｈｏｙｌｃＺｉｃＰｏ０

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。

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。

基于FPGA的FIR数字滤波器设计与仿真

ａｉｎｌｓｐｒｔｏ，ｓｏａｉｎｏｈｐｎ．ＩｌｒｉｗｄｌｓｄｂｃｕｅｏｔｔｃｈｓｉｔｒｉｎａｄｓａｐｃｔｏｓｓａｅａａｉｎｒｔｒｔｒｓａｉｇＦＲｆｔｓｉｅｙｕｅｅａｓｆｉｓｉｔｐａｅｄｓｔｏｎｈｒｕ — ｆｇｅｏｉｅｓｒｏ
ｃａａｔｒｓｉ．ｈａｉｈｏｙｏｉｉｌｆｔｒａｄｔｅｍｅｈｄｏａｉａｉｎａｅｒｓａｃｅ．ｈｅｉｎｏｅｒｑｉｄｄｇｔｌｈｒｃｅｉｃＴｅｂｓｃｔｅｒｆｄｇｔｌｅｎｈｔｏｆｅｌｔｒｅｅｒｈｄＴｅｄｓｇｆｔｅｕｒｉｉｔａｉｒｚｏｈｅａｉｅｓｇｖｎｕｉｇｔｅｓｍｕａｅｓｆｒｆＭＡＴＡＢ．ｎｈｉｌｔｒｓｌｉｉｅ．ｆｔｒｉｉｅｓｎｈｉｌｔｏｔａｅｏｌｗＬａｄｔｅｓｍｕａｅｅｕｔｓｇｖｎＫｅｒｓｆｔｒｄｇｔｌｃｎｒｌｓｓｅ／ｃｌｙｉｓａｌｔｎｒｖｅｄｓｒｕｅｌｏｉｍ；ｎｏｆｎｔｎｙｗｏｄ：ｉｅ；ｉｉ；ｏｔｏｙｔｍｓｆｉｔｎｔｌｉｅｉｗ；ｉｔｂｔｄａｇｒｔｌａａｉａｏｉｈｗｉｄｗｃｉｕｏ
ｙ∑ｃ］２＋ｂ２ｆ＝【ｌ ∑Ｘ］ｎ一［ｎ
ｎ＝０Ｌ＝０Ｊ
（３）
分布式算法是一种以实现乘加运算为目的的运算方法。它与传统算法实现乘加运算的不同在于执行部分积运算的先后顺序。该算法利用一个查找表（Ｕ）现映射，用一个２ＬＴ实即字宽、先编好程序的ＬＴ接收一个 Ⅳ 位输入向量Ｘ＝】预ＵＩ【，ｘ０％［，，［－ｌ映射，查找表的查找后直接输出部分积。１ … ｘＮｌ】】￣的经与传统算法相比，布式算法可极大的减少硬件电路的规模，分

基于 FPGA 的数字滤波器设计与实现

基于 FPGA 的数字滤波器设计与实现引言：数字滤波器是现代信号处理的重要组成部分。

在实际应用中，为了满足不同信号处理的需求，数字滤波器的设计与实现显得尤为重要。

本文将围绕基于 FPGA的数字滤波器的设计与实现展开讨论，介绍其工作原理、设计方法以及优势。

同时，还将介绍一些实际应用场景和案例，以展示基于 FPGA 的数字滤波器在实际应用中的性能和效果。

一、数字滤波器的基本原理数字滤波器是一种将输入信号进行滤波处理，改变其频谱特性的系统。

可以对频率、幅度和相位进行处理，实现信号的滤波、去噪、增强等功能。

数字滤波器可以分为无限脉冲响应滤波器（IIR）和有限脉冲响应滤波器（FIR）两种类型。

IIR滤波器是通过递归方式实现的滤波器，其输出信号与过去的输入信号和输出信号相关。

FIR滤波器则是通过纯前馈结构实现的，其输出信号仅与过去的输入信号相关。

两种类型的滤波器在性能、复杂度和实现方式上存在一定差异，根据具体的应用需求选择适合的滤波器类型。

二、基于 FPGA 的数字滤波器的设计与实现FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，通过可编程逻辑单元（PLU）、可编程连线（Interconnect）和可编程I/O（Input/Output）实现。

其可编程性使得 FPGA 成为数字滤波器设计与实现的理想平台。

1. FPGA的优势FPGA具有以下几个优势，使得其成为数字滤波器设计与实现的首选平台：灵活性：FPGA可以根据设计需求进行自定义配置，可以通过修改硬件逻辑来满足不同应用场景的需求。

可重构性：FPGA可以重复使用，方便进行修改和优化，减少芯片设计过程中的成本和风险。

高性能：FPGA具有并行处理的能力，可以实现多通道、高速率的实时数据处理，满足对于实时性要求较高的应用场景。

低功耗：FPGA可以进行功耗优化，通过减少冗余逻辑和智能布局布线来降低功耗。

2. 数字滤波器的实现方法基于 FPGA 的数字滤波器的实现方法主要有两种：直接法和间接法。

基于FPGA的FIR数字滤波器设计概要

基于FPGA的FIR数字滤波器设计摘要:文章介绍了CSD编码和流水线技术,将它们运用到VHDL语言编程中,设计了一个16阶8位输入17位输出的线性相位结构FIR数字滤波器,仿真结果符合要求。

最后比较了两种方法的使用在硬件资源和系统处理速度上的优缺点。

有限冲激响应(FIR数字滤波器和无限冲激响应(IIR数字滤波器广泛应用于数字信号处理系统中。

IIR数字滤波器方便简单,但它相位的非线性,要求采用全通网络进行相位校正,且稳定性难以保障。

FIR滤波器具有很好的线性相位特性,使得它越来越受到广泛的重视。

This article introduces CSD coding and production line technique, will they use to VHDL language programming, design of a 16th order 8-bit input 17 output of linear phase FIR digital filters, structural simulation results accord with the requirement. Last two methods were compared, the use of the system hardware resources and processing speed on the advantages and disadvantages. Finite impulse response (FIR digital filters and infinite impulse response (IIR digital filters widely used in digital signal processing system. IIR digital filter convenience simple, but it phase of the nonlinear requirements adopts full ventilation network phase calibration, and stability difficulty safeguards. FIR filters have very good linear phase characteristic, making it more and more extensive attention.关键词:FIR数字滤波器;线性相位;CSD编码;流水线技术1.引言数字滤波在图像处理、语音识别和模式识别等数字信号处理中占有重要地位。

基于fpga的滤波器设计与实现

基于fpga的滤波器设计与实现基于FPGA的滤波器设计与实现一、引言滤波器是信号处理中常用的一种工具，它可以通过剔除或增强信号中的特定频率分量来改变信号的特性。

而基于FPGA的滤波器是一种利用可编程逻辑器件FPGA来实现滤波功能的方法。

本文将介绍基于FPGA的滤波器的设计与实现过程。

二、滤波器的基本原理滤波器主要通过改变信号的频谱特征来实现滤波效果。

它可以分为两类：低通滤波器和高通滤波器。

低通滤波器通过剔除高频分量，保留低频分量；高通滤波器则相反，剔除低频分量，保留高频分量。

滤波器的设计需要根据具体的需求选择合适的滤波器类型和参数。

三、基于FPGA的滤波器设计与实现基于FPGA的滤波器设计与实现可以分为以下几个步骤：1. 确定滤波器类型和参数：根据实际需求，选择合适的滤波器类型和参数。

例如，如果需要设计一个低通滤波器，需要确定截止频率和滤波器阶数等参数。

2. 数字滤波器设计：将滤波器的模拟设计转化为数字滤波器的设计。

常见的数字滤波器设计方法有FIR滤波器设计和IIR滤波器设计。

FIR滤波器是一种无反馈的滤波器，具有线性相位特性；IIR滤波器则具有反馈结构，可以实现更高阶的滤波器。

3. 将数字滤波器转化为FPGA可实现的结构：将数字滤波器转化为FPGA可实现的结构，可以采用直接形式实现、级联形式实现或者管线化实现等方法。

其中，直接形式实现是最简单直观的方法，但其硬件资源占用较多；级联形式实现可以减少硬件资源的占用，但增加了延迟；管线化实现则可以兼顾硬件资源和延迟。

4. 使用HDL语言进行FPGA设计：使用HDL语言，如VHDL或Verilog，进行FPGA设计。

根据设计的结构和功能，编写相应的HDL代码。

在编写代码时，需要注意代码的可重用性和可维护性，以便后续的设计和调试。

5. 硬件验证和性能优化：完成HDL代码后，进行FPGA的硬件验证和性能优化。

通过仿真和验证，确保设计的正确性和稳定性。

同时，可以根据实际需求对硬件进行优化，如减小资源占用、降低功耗等。

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FPGA的分布式FIR数字滤波器设计

ｈｖｏｄｌｅｒｈｓｈｒｃｅｉｉｎｅｌａｉｎｏｅｉｉｔａｅｇｏｉａａｅｃａａｔｒｔａｄｒａｉｔｆｆｘｂｌｙ，ｕｕｌｔｉａｅｈｐｎｏａｓｆｔｒｏｉｉｌｄｗｎｎｐｓｃｚｏｌｉｓａｙｉｓｓｒｓａｉｇｌｗｐｓｌｆｄｇｔｏｌｉｅａ
ｉｍＦＲｐｓｉｉｆｔｓｃｒｕｔｏｘｍｐｅｔｉｅｎｉｈｏｇｆｈＵｒｈｏＩｌｗａｓｄｇｔｌｒｉｃｉｆｒｅａｌ，ｉｌｍｅｔｎｔｒｕｈｏｅＬＴ，ａｄｒｎｈｈｆｒｇｓｒＦ — ｔｆｏｌａｉｅｓｍｐｏｔｄｅｄｔｅｓｉｅｉｔ．ｉａｔｅｎｎｈｉｔｂｔｄａｇｒｔｍｉｌｔｄｎｈｅｕｔｈｗｔａｅｏｔｌｔｕｔｒａｌｆｃｉｅｙａｐｉｄｉｉｌｓａｙｔｅｄｓｕｅｌｏｈｉｓｉｒｉｓｍｕａｅ，ａｄｔｅｒｓｌｓｏｈｔｈｐｉｓｔｍａｓｒｃｕｅｃｌｅｆｔｌｐｌｎｗｒｅｓｅｖｅｅｓａｉｎｄｇｔｉｎｒｃｓｉｇｍｏｕｅｔｔｉｉｓａｐｏｅｓｎｄｌ，ｗｉｈｈｓｕｅｉｌｒｇａｏｌａｇｌｈｃａｓｄｏＦｅｄＰｏｒｍｍａｌｔｒａａｄｒｅｏｒｅｆｃｉｅｙｆｂｅＧａｅＡｒｙｈｒｗａｅｒｓｕｃｓｅｆｔｌｅｖ

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 。

基于FPGA的高速FIR滤波器设计

Ｙ＜＝∑ ［ｎ＝］Ｏ＋［］１＋＝，＞ｎ［］ｈＯ［］１］］ＥｘｘＥ
积．，４பைடு நூலகம்即Ｊ
Ⅳ一ｌ
ＦＲ滤波器可以用多种方法来实现。一种是采用通用Ｉ
ＤＰ芯片，Ｓ但这种方法不能进行并行计算，响速度；影第二种是采用专用信号处理芯片，不足是成本高，其通用性差；三第
种是采用可编程逻辑器件ＦＧ只用简单地改变滤波器的系ＰＡ，
ｂｓｄｏｉｒｕｅｉｍｅｉ（Ａ）ｗｈｃｂｅｔａｃｌｅｔｅｉｅｒｄｃｙｓｉｎｎｃｕｌｉｆａｔｌａｅｎＤｓｉｔｄＡｒｈｔＤ，ｉｉａｌｏｃｌａｎｒｏｕｔｈｔｇａｄａｃｍｕｔｇｏｒａｔｂｔｃｈｓｕｔｈｎｐｂｆｉａｎｐｉ
０引言
数字滤波器是数字信号处理中最重要的内容之一。数字
只是此时系数ｈｎ是已知的常数。本文重点讨论基于分布（）
式结构的ＦＲ滤波器。Ｉ１１分布式ＦＲ算法原理．Ｉ
滤波器与模拟滤波器相比，具有精度高、稳定性好（只有０，１
ｐｏｕｔｎｔｒｇｉｏ－ｐｔｂｅｎｔｉａｅｒｎＦｒｄｃｓａｄｓｏｉｌｋｕａｌ．ＩｈｓｐｐＰＧＡ－ａｅｓｓｅｉｒｓｎｅ．Ｔｅｓｍｕａｉｎａｄｅｐｒｎａｎｎｏａｂｓｙｔｍｐｅｅｔｄ．ｈｉｌｔｎｘｅｉｓｏｍｅｔｌｒｓｌｅｉｈｔｔｉｔｔｇｏｓｓｏｄｔｌｓｒｎｅｓｒｓｕｃｓｇｅｕｔｖｒｙｔａｈｓｓｒｅｙｐｓｅｓｇｏｉｃｏｕｅａｄｌｓｅｏｒｅｕａｅ．ｓｆａｍｅＫｙｗｏｄｅｒｓ：ＦＲｆｔｒｉｒｕｅｒｈｔＩｉｅ：ｄｓｉｔｄａｉｍｅｉｌｔｂｔｃ：ＦＰＧＡ

基于FPGA的FIR滤波器系统的设计

次类推直至ａｔｔｕ（）＝ａｄｔｉｄａａｔ１＜ｄａｎ时才将ａ — ｏ７ａｄｔｔｕ（７：）输到ＦＲ滤波器当中进行滤波。ａａｔ１０传ｏＩ由于ＡＤ输出为１／８位，滤波器输入端为１而６
针对ＦＲ滤波器电路系统，计了一个与之Ｉ设专门配套的串口通信软件，软件能读取串口数该据，把串口数据保存在以ＤＴ为后缀名的文件并Ａ
个滤波系数，这些滤波系数来生成ＦＲ低通滤用Ｉ
波器。
２ＦＲ滤波器系统硬件设计Ｉ
Ｆｒｆｒ，％１．ｆｎ，ｏｆ）ｐｉ（ｄ ’ ６０＼ ’ｃｅ；ｎｉ
ＦＲ滤波器硬件电路主要由ＡＤ转换器、ＰＩ／Ｆ—
Ｆｌｅｒ）ｃｓ（ｄ；ｏｉ
图２Ｆａｏ导出系数窗口ｄｔｌｏ
在图２的菜单中点击Ｅｐｒ这样就可以对ｘｏｔ，系数进行量化。在窗口中输入 “ ｏｆｃｅｆ＝ｒｕｄｏｎ
１２ＦＲ滤波器系数的产生。Ｉ
ＦＡｏｌＦｌｒＤｓｎ＆Ａａｓｒｏ）是ＤＴｏ（ｉｅｅｉｔｇｎｌｉｒ１ｙｓ０
正弦信号进行ＡＤ转换，／然后送至ＦＧＰＡ内部进
一
步处理。本设计中采用了ＡＤ公司的高性能
ＡＤ转换芯片Ａ７９，Ｄ６１每秒可采样２／Ｄ６１Ａ７９５万次具有１ｂｔ８ｉ的线性度，８位的串行数据输出，ｌ采用２７．Ｖ或５Ｖ单电源供电。与ＡＩ司推出Ｄ公ｌｉ６ｂｔ和１ｉ单端到差分ＡＣ驱动器８ｂｔ的ＤＡＡ９１１配合使用，Ｄ４４ — Ｄ４４－ＡＡ９１１与Ａ７９Ｄ６１的外围电路连接如图４５所示，Ｄ４４ — 、ＡＡ９１１是一款低功耗、噪声差分驱动器。它采用易于使用的低

基于FPGA的FIR数字滤波器设计的开题报告

1.2 FIR与IIR滤波器相比具有的优势
具有严格的线性相位又具有任意的幅度 FIR滤波器的单位采样响应是有限长的，因而滤波器性能稳定 FIR滤波器由于单位冲击响应是有限长的，因而可用快速傅里叶变换（FFT）算法来实现过滤信号，可大大提高运算效率

1.3 使用FPGA器件进行研究的优点
基于FPGA的FIR数字滤波器设计
摘要

目前，在数字信号处理和电子应用技术领域，滤波器作为一个不可少的组成部分，处在一个十分重要的地位，已经广泛应用于通信、语音、图像、自动控制、军事、航空、航天、医疗和家用电器等众多领域，并日益显示出其巨大的应用价值。在经典滤波器采用的电路中，若要同时满足多个技术指标或达到较高的精度，往往设计复杂、结构庞大、元件数量多，并且还可能达不到要求。随着利用计算机技术解决滤波器设计的不断深入，派生出了一个新的分支，即数字滤波器，同模拟滤波器相比，它具有精度高、灵活性好、便于大规模集成等突出优点。近二十年来，FPGA技术的飞速发展为数字滤波器的设计和实现开辟了一条广阔的道路。
5.1 相关概念说明

数字滤波器（Digital filter) 是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种装置。其功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。可认为是一个离散时间系统按预定的算法，将输入离散时间信号转换为所要求的输出离散时间信号的特定功能装置
效能上市时间成本可靠性长期维护

-突破顺序执行 -用户的变更时间短 -跟随系统需求变化 -不需要使用作业系统 - 可重设性质
2.1 国内外研究现状概括

自从XilinX公司1985年推出第一片FPGA以来，由于集成度高、方便易用、开发和上市周期短，使得FPGA器件在数字设计和电子生产中得到迅速普及和应用，发展潜力十分巨大。现在FPGA已经发展到可以利用硬件乘加器、片内储存器、逻辑单元、流水处理技术等特有的硬件结构，高速完成FFT 、FIR 、复数乘加、卷积、三角函数以及矩阵运算等数字信号处理。这样可以完成信号处理的主要技术，如中频采样、参数估计、自适应滤波、脉冲压缩、自适应波束形成和旁瓣对消等。

基于FPGA技术的FIR数字滤波器的设计

（）（）（）＝ｘｎ
通常一个长度为Ｍ的有限冲激响应滤波器由Ｍ个系数描述，并静且需要Ｍ个乘法器和（Ｍ—１个双输入加法器来实现。）图ｌ中显示了一个典型的直接Ｉ阶ＦＲ型４Ｉ滤波器，其输出序列ｙ执束瓣一～（）足下列等式：ｎ满
应用研究
基于ＦＧＰＡ技术的ＦＲ数字滤波器的设计Ｉ
李俊 ’刘淮霞，朱丹，贺曼２
（．１安徽理工大学电气与信息工程学院安徽淮南２２０；２西安交通大学电气工程学院陕西西安７０４）３０１．１０９
摘要：数字化技术在各个领域得到广泛运用的今天，字滤波器是数字系统中信号处理关键的一环。字滤波器和模拟滤波器相比具有在数数更高的精度、噪比，及不可比拟的可靠性。于在性能、信以由成本、活性和功耗等方面的优势，于ＦＧＡ的信号处理器已广泛应用于各种信灵基Ｐ
：；
ｙｎ（）＝ｈＯｘｎ＋ｈ１ｘｎ一１ｈ２ｘｎ一２＋ｈＳｘｎ一３（）（）（）（）＋（）（）（）（）
图２Ｄｕｌｅ设计流程ＳＰＢｉｒｄ
在这个ＦＲ滤波器中，Ｉ总共存在３个延时节，个乘法单元，４一个４入的加法器。输
１Ｉ、ＦＲ数字滤波器设计原理
有限长脉冲响应（Ｉ滤波器的系统函数只有零点，ＦＲ）除原点外，有极点，而ＦＲ滤波器总是稳定的【没因Ｉ长度为Ｍ的因果有限冲激响应滤波器由传输函数Ｈ（）ｚ描述：