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數字濾波器設計畢業論文(已修改)

2026-06-26 23:31 本頁面

　

【正文】目錄摘要........................................................................................................................21 引言...................................................................................................................22　IIR數字濾波器的基本結構與穩定性問題..........................3　IIR數字濾波器的基本結構....................................3　系數取整后的穩定性分析.....................................33 IIR數字濾波器設計方法比較.....................................3 概述........................................................4 四種設計方法比較............................................6 比較結果分析...............................................8 IIR數字濾波器應用...........................................8　IIR數字濾波器的的硬件平臺實現..............................114　IIR數字濾波器的設計與仿真....................................11　IIR數字濾波器的設計........................................11　傳輸函數系數的量化處理與Ver ilog代碼.......................11　QuartusII仿真與FPGA測試....................................14 聯合仿真及結果分析..........................................155 結語..........................................................176 總結..........................................................17 基于FPGA的IIR數字濾波器的設計與仿真摘要提出一種在FPGA中實現高速IIR數字濾波器的方法,在理論上分析了IIR數字濾波器系數取整后的穩定性問題。利用FDATool設計濾波器,在Matlab中編程仿真。使用實驗仿真的方法確定IIR濾波器系數量化字長,保證了IIR濾波器性能和硬件資源的優化,使IIR濾波器能適用高速場合,研究了FPGA中運算部件的運算特點,采用Verilog硬件描述語言實現迭代運算及有符號數乘法。最后編程實現IIR數字濾波器,通過QuartusII仿真并在FPGA上實現。通過試驗驗證,該方法設計的IIR數字濾波器收斂,能適用于對實時性要求高的系統中。1 引言數字濾波器是現代數字信號處理系統的重要組成部分之一,具有模擬濾波器所無法替代的新特性,因此在通信、語音與圖像處理、自動控制等領域有著廣泛的應用,它對于降低噪聲、提高信噪比及信號的頻譜純度等方面有著重要的意義。數字濾波器根據單位脈沖響應的不同,可分為F IR (有限長脈沖響應)濾波器和IIR (無限長脈沖響應)濾波器, F IR優點在于具有良好的相位特性, IIR優點在于具有良好的幅頻特性,可以根據不同的系統性能要求選擇不同的濾波器。IIR濾波器以較少的階數即可完成F IR濾波器需較多階數的幅頻特性。在對線性相位不做特別要求的情況下, IIR濾波器在相同門級規模和同頻率速度下可得到更好的帶外衰減特性,因此IIR濾波器更廣泛地應用于一些特殊場合。目前濾波器的主要實現方法:單片通用數字濾波器集成電路,該方法簡單方便,但由于其字長和階數不能調節,且規格較少,難以滿足實際需要。采用DSP器件,DSP集成了許多專用函數,設計數字濾波器相對簡單方便,其應用也最為廣泛,DSP器件性能也不斷提高,但在某些要求實時性、高速處理場合則受到很大限制。 FPGA (現場可編程門陣列)以其優越的實時性和設計的靈活性成了控制系統中重要的一部分,并且直接采用Verilog 或VHDL 編程,簡化了設計步驟,在FPGA上實現濾波器,使濾波器能適用高速場合。數字濾波器是今后信號處理系統的濾波器主流器件,將在更多的數字信號處理應用領域得到廣泛應用。本文研究基于FPGA設計穩定的IIR數字濾波器的相關理論、設計方法及仿真。數字濾波器(DIGITAL Filter)是指輸入、輸出都是離散時間信號，通過一定運算關系改變輸入信號所含頻率成分的相對比例或者濾除某些頻率成分的器件。數字濾波器在數字信號處理中起著非常重要的作用，在信號的過濾、檢測與參數的估計等方面，是使用最為廣泛的一種線性系統。實現數字濾波器的方法有兩種，一是采用計算機軟件進行，就是把所要完成的工作通過程序讓計算機來實現；二是設計專用的數字處理硬件。這個地方主要用到的就是第一種方法。即是用Mafiab提供的信號處理工具箱來實現數字濾波器。Matlab信號處理工具箱提供了豐富的設計方法，可以使得繁瑣的程序設計簡化成函數的調用，只要以正確的指標參數調用函數，就可以正

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