1、電子與信息工程系2012屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告題目 基于FPGA的FIR濾波器的設(shè)計(jì)班級(jí)電子12-2姓名指導(dǎo)教師一、綜述隨著信息時(shí)代和數(shù)字世界的到來(lái)，數(shù)字信號(hào)處理已成為一門(mén)極其重要的學(xué) 科和技術(shù)領(lǐng)域。作為數(shù)字信號(hào)處理的一項(xiàng)重要內(nèi)容，數(shù)字濾波器是語(yǔ)音與圖像 處理、模式識(shí)別、雷達(dá)信號(hào)處理、頻譜分析等應(yīng)用中的一種基本的處理部件， 它能滿足濾波器對(duì)幅度和相位特性的嚴(yán)格要求，避免模擬濾波器所無(wú)法克服的 電壓漂移、溫度漂移和噪聲等問(wèn)題。有限沖激響應(yīng)（FIR）濾波器能在設(shè)計(jì)任意幅 頻特性的同時(shí)保證嚴(yán)格的線性相位特性。目前 FIR濾波器的實(shí)現(xiàn)方法有三種： 利用單片通用數(shù)字濾波器集成電路、DS喘件和可編

2、程邏輯器件實(shí)現(xiàn)。本文選 用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)FIR濾波器?，F(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPG端件的出現(xiàn)是超大規(guī)模集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔 助設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。FPG端件集成度高、體積小,具有通過(guò)用戶編程實(shí)現(xiàn) 專門(mén)應(yīng)用功能。它允許電路設(shè)計(jì)者利用基于計(jì)算機(jī)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)輸入、仿真、測(cè)試和校驗(yàn)，直到達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。目前使用最多的可編程開(kāi)發(fā)環(huán)境Quartus II 軟件支持幾乎所有的EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）工具，并且可以通過(guò)命 令行或Tcl腳本文件與第三方EDAX具之間進(jìn)行無(wú)縫連接。但在很多工程設(shè)計(jì) 應(yīng)用中，由FPGAS件完成的主程序中只完成大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算，程序調(diào)試時(shí)以二 進(jìn)制形式輸出的信號(hào)可視性差，給設(shè)計(jì)

3、人員進(jìn)行仿真、調(diào)試帶來(lái)了很多不便。 對(duì)于很多工程設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)MATLA是一種熟悉的具有強(qiáng)大的運(yùn)算功能和波形 仿真、分析功能的軟件，如果能將 FPGAW MATLABg口，就可以快速、準(zhǔn)確、 直觀地對(duì)FPGA1序進(jìn)行校驗(yàn)和仿真，尤其在數(shù)字信號(hào)處理等工程應(yīng)用領(lǐng)域具有 實(shí)際意義。本文正是借助于MATLAB/Simulink工具設(shè)計(jì)分析FIR數(shù)字濾波器， 并實(shí)現(xiàn)對(duì)FIR數(shù)字濾波器系統(tǒng)的模擬仿真。近年來(lái)，F(xiàn)PGAP場(chǎng)開(kāi)發(fā)十分迅速，各大FPGB商不斷采用新技術(shù)來(lái)提高 F PGAS件的容量，增強(qiáng)軟件的性能。如今，F(xiàn)PGAS件廣泛應(yīng)用于通信、自動(dòng)控 制、信息處理等諸多領(lǐng)域，越來(lái)越多的電子設(shè)計(jì)人員在使用FPGA

4、熟練掌握FPGAg計(jì)技術(shù)已經(jīng)是對(duì)電子設(shè)計(jì)工程師的基本要求。自從xilinx 公司1985年推出第一片F(xiàn)PGAZ來(lái)，由于集成度高、方便易用、 開(kāi)發(fā)和上市周期短，使得FPG端件在數(shù)字設(shè)計(jì)和電子生產(chǎn)中得到迅速普及和應(yīng) 用，發(fā)展?jié)摿κ志薮蟆，F(xiàn)在FPG婦經(jīng)發(fā)展到可以利用硬件乘加器、片內(nèi)存儲(chǔ) 器、邏輯單元、流水處理技術(shù)等特有的硬件結(jié)構(gòu)，高速完成FFK FTR復(fù)數(shù)乘加、卷積、三角函數(shù)以及矩陣運(yùn)算等數(shù)字信號(hào)處理。這樣可以完成信號(hào)處理的 主要技術(shù)，如中頻采樣、參數(shù)估計(jì)、自適應(yīng)濾波、脈沖壓縮、自適應(yīng)波束形成 和旁瓣對(duì)消等。在經(jīng)典濾波器采用的電路中，若要同時(shí)滿足多個(gè)技術(shù)指標(biāo)或達(dá)到較高的精 度，往往涉及復(fù)雜、結(jié)構(gòu)龐

5、大、元件數(shù)量多，并且還可能達(dá)不到要求。隨著利 用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決濾波器設(shè)計(jì)的不斷深入，派生出了一個(gè)新的分支，即數(shù)字濾 波器，同模擬濾波器相比，它具有精度高、靈活性好、便于大規(guī)模集成等突出 優(yōu)點(diǎn)。近二十年來(lái)，F(xiàn)PG徽術(shù)的飛速發(fā)展為數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)開(kāi)辟了一 條廣闊的道路。二、課題的實(shí)用價(jià)值或理論意義2.1 研究的意義(1) .在信號(hào)處理領(lǐng)域中，對(duì)信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性、快速性的要求越來(lái)越高；(2) .模擬濾波器無(wú)法克服電壓漂移、溫度漂移和噪聲等問(wèn)題；(3) .數(shù)字濾波器具有穩(wěn)定性高、精度高、設(shè)計(jì)靈活、實(shí)現(xiàn)方便等突出優(yōu)點(diǎn)；(4) .FPGA在高速并行處理和數(shù)據(jù)傳輸中有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，F(xiàn)PGAE在前端信號(hào)

6、處理中越來(lái)越多地代替 ASIC和DSP2.2 FIR與IIR濾波器相比具有的優(yōu)勢(shì)(1) .具有嚴(yán)格的線性相位又具有任意的幅度(2) .FIR濾波器的單位采樣響應(yīng)是有限長(zhǎng)的，因而濾波器性能穩(wěn)定；(3) .FIR濾波器由于單位沖擊響應(yīng)是有限長(zhǎng)的，因而可用快速傅里葉變換(F FT)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)濾信號(hào)，可大大提高運(yùn)算效率。2.3 使用FPGAS件進(jìn)行研究的優(yōu)點(diǎn)效能上，能夠突破順序執(zhí)行；在上市時(shí)間上，用戶的變更時(shí)間短；在成本 上，能夠跟隨系統(tǒng)需求變化；可靠性方面，不需要使用作業(yè)系統(tǒng)；在長(zhǎng)期維護(hù)上，具有可重設(shè)性質(zhì)。隨著FPG戰(zhàn)造工藝的不斷發(fā)展，F(xiàn)PG的經(jīng)從傳統(tǒng)的數(shù)字邏輯的設(shè)計(jì)，發(fā) 展到用于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理

7、和嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這就使得數(shù)字信號(hào)處理技術(shù) 向著多元化實(shí)現(xiàn)的方向發(fā)展。數(shù)字技術(shù)革命導(dǎo)致了大量新的產(chǎn)品和解決方案的誕生，與之相隨的是數(shù)字 信號(hào)處理(DSP領(lǐng)域的數(shù)字濾波器研究的發(fā)展。從 20世紀(jì)70年代開(kāi)始，工程 師們就開(kāi)始用分立元件構(gòu)造專用數(shù)字濾波器。和大規(guī)模集成電路( LSI)的發(fā) 展，使數(shù)字濾波器成為數(shù)字信號(hào)處理的核心技術(shù)。迄今為止，該技術(shù)發(fā)展程度 如下：(1)速度快、精度高。(2)可編程，自適應(yīng)。(3)頻率范圍寬。(4)面積小，可協(xié)同工作。(5)成本低。(6)可靠性高，可重復(fù)使用。三、課題研究方案3.1研究思路通過(guò)目前數(shù)字濾波器的幾種實(shí)現(xiàn)方法的簡(jiǎn)單分析，我認(rèn)為基于FPGA勺數(shù)字濾波器具

8、有許多優(yōu)點(diǎn)，考慮到信息技術(shù)的發(fā)展對(duì)于數(shù)字濾波器的要求越來(lái)越高， 而目前濾波器的性能還不完善，于是選擇了基于FPGA勺數(shù)字濾波器作為主要研 究?jī)?nèi)容。通常濾波器在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)用到了卷積運(yùn)算，在設(shè)計(jì)中的解決這些乘法 運(yùn)算的思路是將它們轉(zhuǎn)換成加減法，這是目前解決乘法運(yùn)算的主流思想。設(shè)計(jì)初期在MATLA印對(duì)濾波器原理進(jìn)行證明，分析FIR數(shù)字濾波器由于系 數(shù)取整和采樣值取整所引起的誤差，在設(shè)計(jì)后期對(duì)電路實(shí)行前仿真和后仿真， 也對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。四、所閱讀的文獻(xiàn)、資料1劉凌.數(shù)字信號(hào)處理的FPG取現(xiàn).北京：清華大學(xué)出版社，20062趙雅興.FPGA®理、設(shè)計(jì)與應(yīng)用M.天津：天津大學(xué)出版社，19993鄭君里，應(yīng)啟玲，楊為里.信號(hào)與系統(tǒng)M.北京：高等教育出版社，2011五、論文工作安排1 .第一階段：開(kāi)題3月下旬2 .第二階段：設(shè)計(jì)階