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1、湖南文理学院课程设计报告课程名称： 专业课程设计系部：电气与信息工程学院专业班级：通信工程08102班学生姓名：赵瑞娇学生学号：200816020246指导教师：叶华完成时间： 2011年6月22日报告成绩：评阅意见：评阅教师日期24目录一．引言3二、设计目的：3三．FIR滤波器基本原理及结构：31.FIR滤波器简介32.FPGA简介43数字滤波器的类型和设计指标54.FIR滤波器基本原理5四．数字滤波器的设计与分析61.窗函数设计的基本思想和常用窗函数6２十六阶FIR低通数字滤波器硬件电路设计8五．FIR滤波器设计的仿真实现111.用
2、程序设计法对FIR滤波器的仿真122.用窗函数设计法对FIR滤波器的仿真133.滤波器的FPGA实现及仿真：17六．心得体会24七．参考文献2424基于Matlab和FPGA的FIR数字滤波器的设计一．引言数字滤波器是数字信号处理的一个重要的技术分支。利用它可以在形形色色的信号中提取所需要的信号，抑制不需要的干扰或噪声。数字滤波器根据其单位冲激响应函数的时域特性分为两种：无限长冲激响应(IIR)滤波器和有限长冲激响应(nR)滤波器。IIR滤波器保留了模拟滤波器较好的幅度特性，设计简单有效。但这些特性是以牺牲相位特性为代价而获得的，然而现
3、在许多数据传输、图像处理系统都越来越多的要求系统具有线性相位特性“1。在这方面，FIR滤波器具有独特的优点，它可以保持严格的线性相位特性，因此越来越受到广泛的重视。FIR滤波器的设计方法有许多中，如窗函数设计法、频率取样法和最优化设计法等等。而而随着MATLAB软件尤其是MATLAB的信号处理工具箱和Simulink仿真工具的不断完善，不仅数字滤波器的计算机辅助设计有了可能，而且还可以使设计法达到最优化。二．设计目的1.掌握FIR数字滤波器的步骤。2.掌握MATLAB和FPGA(FieldProgrammableGateArray)的综
4、合应用。3.设计并实现基于MATLAB和FPGA的FIR数字滤波器。三．FIR滤波器基本原理及结构1.FIR滤波器简介根据冲激响应的时域特性,数字滤波器可分为无限长冲激响应滤波器(IIR)和有限长冲激响应滤波器(FIR)。相比于IIR滤波器，FIR的突出优点是:(1).具有精确的线性相位(2).总是稳定的(3).硬件容易实现24(4).滤波器的过渡过程具有有限区间但其在满足同样阻带衰减的情况下需要的阶数较高。滤波器的阶数越高,占用的运算时间越多,因此在满足指标要求的情况下应尽量减少滤波器的阶数。FIR滤波器的基本结构可以理解为一个分节的
5、延时线,把每一节的输出加权累加,可得到滤波器的输出。FIR滤波器的冲激响应h(n)是有限长的,数学上M阶FIR滤波器可以表示为:其系统函数为:由于FIR滤波器的单位冲激响应h（n）是一个有限长序列，系统函数H(Z)是Z-1的（N-1）次多项式，它在Z平面有（N-1）个零点，同时在原点有（N-1）阶重极点。因此，H(Z)永远稳定。2. FPGA简介自20世纪70年代初期可编程只读存贮器(PROM)问世以来,PLD有了长足的发展。早期的可编程逻辑器件只有编程只读存贮器((PROM)、紫外线可擦除只读存贮器(EPROM)和电可擦除只读存贮器(
6、EEPROM)三种。由于受结构的限制,它们只能完成简单的数字逻辑。70年代中期出现了可编程逻辑阵列PLA,70年代末期出现了可编程阵列逻辑PAL,80年代中期又推出了通用阵列逻辑GAL,这些PLD器件的一个共同特点是可以实现速度特性较好的逻辑功能,但其过于简单的结构也使它们只能实现规模较小的电路。为了弥补这一缺陷,近几年又推出了与PAL结构类似的标准门阵列可编程逻辑器件———FPGA(FieldProgrammableGateArray)。它具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围广等特点。这种器件兼容了PLD和通用门阵列的优点
7、,可实现较大规模的电路,编程也很灵活。与门阵列等其它ASIC相比,24它又具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在线检验等优点。因而被广泛应用于产品的原型设计和产品生产(一般在5000件以下)之中。几乎在所有应用门阵列、PLD和中小规模通用数字集成电路的场合均可应用FPGA器件。这里利用FPGA来实现FIR数字滤波器,事实证明,达到了预期效果。3.数字滤波器的类型和设计指标数字滤波是由乘法器、加法器和单位延时器组成的一种运算过程，它对输入的离散信号进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的．数字滤
8、波器根据时域特性可分为无限脉冲响应IIR滤波器和有限脉冲响应FIR滤波器，两者各有优缺点：IIR滤波器能以较低的阶次获得相同的幅度滤波性能，但一般为非线性相位；FIR滤波器单位脉冲响应是有限长的，系统必定稳
