【正文】 ................................................................. 3 數(shù)字濾波的原理 ................................................................................................. 3 濾波器的分類 ..................................................................................................... 5 2． 4 數(shù)字濾波器的分析 ............................................................................................ 6 IIR濾波器 .............................................................................................. 7 FIR濾波器 .............................................................................................. 8 CIC濾波器 .............................................................................................. 9 3 FPGA的應用 ............................................................................................................ 13 FPGA介紹 ......................................................................................................... 13 QuartusII和 Modelsim的介紹 ......................................................................... 13 FPGA的設計流程 .............................................................................................. 14 4 CIC濾波器的 FPGA實現(xiàn) ............................................................................................ 17 CIC濾波器參 數(shù) ................................................................................................ 17 在 Matlab下 CIC濾波器功能仿真 ..................................................................... 20 CIC濾波器功能模塊的實現(xiàn) .............................................................................. 21 CIC濾波器的仿真分析 ..................................................................................... 22 結論 ............................................................................................................................... 24 致謝 ............................................................................................................................... 25 參考文獻 ........................................................................................................................ 26 基于 FPGA 的 CIC 濾波器設計 II 摘 要 隨著科學技術的不斷發(fā)展 ，數(shù)字信號處理的應用領域變得越來越廣泛， 數(shù)字信號處理不斷的朝著低電壓，低功耗、高速率、高分辨率的方向發(fā)展。 digital filter。 凡是 具有 信號處理 能力 的裝置都可以稱為濾波器。 80 年代， 在 各類新型濾波器的 性能取得了很大的提高 ， 濾波器的 應用范圍逐漸擴大。 (3) FPGA 的應用，主要介紹 FPGA 的背景，優(yōu)點和設計的流程，同時簡單介紹了 QuartusII 和 Modelsim 兩款軟件。數(shù)字濾波器和模擬濾波器相比，因為 所處理的 信號形式和實現(xiàn)濾波器的方法不同， 所以 數(shù)字濾波器 具有比模擬濾波器 無法比擬的 精度高、穩(wěn)定、體積小、質量靈活、不要求阻抗匹配等優(yōu)點。 模數(shù)轉換 的過程分為 采樣、保持、量化和編碼。假設噪聲信號在量化電平中是均勻分布的， 那么 量化噪聲 的 均方值與量化間隔和模數(shù)轉換器的輸入阻抗 有關。按 照 數(shù)字 信號的 輸入值切換開關，產(chǎn)生 與輸入成 比例的電流 (或電壓 )。因為 在 數(shù)字信號 處理中，數(shù)字信號只含有 “ 1”和“ 0”兩個電平， 信號的電平幅度大小只要滿足電路的識別能力即可， 這就 使得數(shù)字系統(tǒng)具有很大的噪聲容限。 無源濾波器 ： 僅由 無源元件 組成的濾波器，它是利用電容和電感元件的 電抗 隨頻率的變化而變化的 原理 構成的。 帶阻濾波器：抑制 信號中 一定頻段內的信號，允許該頻段 以外的信號通過。 FIR 濾波器屬于非遞歸型濾波器，其 沖激響應 是有限 長度的， IIR 是遞歸型濾波器，其沖擊響應是無限 長度的。 (2) IIR 數(shù)字濾 波器采用遞歸型結構，即結構上有反饋環(huán)路。 造成當輸入數(shù)位 信 號為有限長的時候，輸出數(shù)位信 號會變成無限長。 )(zH 是 1?z 的 多項式，它在 z 平面上有 N1 個零點，原點ｚ＝ 0 是 (N1)階重極點，因此 )(zH 是穩(wěn)定的。 (3) 相位 是 線性 的。 CIC 濾波器 級聯(lián)積分梳狀 (CIC)濾波器是一種被廣泛應用于軟件無線電中 ，可以 實現(xiàn)抽取或者插值的高效濾波器。 梳狀器是對稱的 FIR 濾波器，其狀態(tài)方程表示為： ][][][ Mnxnxny ??? （ 28） ][ny 是當前狀態(tài)的輸出， ][nx 是當前狀態(tài)的輸入， ][ Mnx ? 是 ][ Mn? 時刻時的輸入。 (2) 無系數(shù)存儲器。 FPGA 的特點如下： 可編程性。 QuartusII 和 Modelsim 的介紹 Quartus II 是 Altera 公司推出的 CPLD/FPGA 開發(fā)工具，提供了完全集成且與電路結構無關的開發(fā) 環(huán)境，具有數(shù)字邏輯設計的全部特性 。 Moelsim 仿真的基本流程： (1) 創(chuàng)建一個工作庫。當設計裝載完成后，仿真時間設置到 0 位置，我們可以輸入一個運行命令開始仿真。 在制定系統(tǒng)規(guī)范后根據(jù)系統(tǒng)功能，采用自頂向下的方法，逐步細化，將系統(tǒng)劃分為可實現(xiàn)的設計模塊。綜合就是 對給定的電路實現(xiàn)功能和實現(xiàn)此電路的約束條件，如速度、功耗、成本及電路類型等，通過計算機進行優(yōu)化處理，獲得滿足電路要基于 FPGA 的 CIC 濾波器設計 16 求的 方案。 (7) 時序驗證 。 CIC 的沖擊響應為 ： 其他 1001)( ??????? Rnnh （ 41） 系統(tǒng)的傳輸函數(shù)為 ： ???????? ?? ???? zzRMzHzHzHNNCNIN1)()()( 11 （ 42） 傳輸函數(shù) )(zHN 具有遞歸的 IIR 濾波器的形式，但實際上，由于 RM 不等于 1， 當 N=1 時， 可以將 )(zHN 簡化為： ??? ?? 101 )( RMn nzzH （ 43） )(zHN 是 CIC 濾波器的系統(tǒng)傳遞函數(shù)， )(zHNI 為積分器的系統(tǒng)傳遞函數(shù)，)(zHNC 是梳狀濾波器的系統(tǒng)傳遞函數(shù) 。 為了保證 CIC 濾波器能夠正確的工作在變采樣率的系統(tǒng)中， 輸入數(shù)據(jù)位寬w1 ，中間存儲器的位數(shù)為 w2 ，輸出的數(shù)據(jù)位數(shù)為 w3 和中間寄存器位數(shù) w2 相同， 需要滿足下式所表示的關系： )(lo g 212 RMNww ?? （ 410） 式中， N 為 CIC 濾波器的階數(shù)， R 為采樣比率， M 為梳狀微分器的階數(shù)，通常為 1 或 2。 在設計中， 本文設計的是 3 階的延遲 因子 為 抽取因子 R=32 的濾波器 在積分器中 X 是輸入的數(shù)據(jù)， X 是由輸入信號經(jīng)過數(shù)據(jù)位的擴展得到的，位數(shù)由公式 (410)可得為 26，在設計中，為了便于設計，在寄存器的 選取時，都選用26 位的寄存器，在下列程序中 IntReg 是積分器的寄存器，其也是 26 位的。 ComReg1[2] = ComReg1[1]。 圖 47 階躍信號在 Modelsim 下濾波的 模擬波形 輸出 從圖中可以看出，對階躍信號通過 Modelsim 的仿真后，與 Matlab 的仿真基本相同。在本設計的過程中，雖然其在實際的運用達到了較好的結果，但由于時間和條件的限制，難免存在缺點與不足之處，所以在以后還應對其進一步優(yōu)化。感謝曾經(jīng)教育和幫助過我的所有老師 。 一、 工程概況： 西夏建材城生活區(qū) 2 30住宅樓位于銀川市新市區(qū) ，橡膠廠對面。 以絕對標高 m 為準，總長 27樓 ； 30樓 m。下文為附加文檔，如不需要，下載后可以編輯刪除，謝謝！ 施工組織設計 本施工組織設計是本著“一流的質量、一流的工期、科學管理”來進行編制的。我要衷心地感謝我的導師 高 老師對我的悉心指導和熱情幫助。 從全文的論述中可以看出，基于 FPGA 來進行電子電路設計已成一種趨勢，在以后的發(fā)展中，會有越來越多的開發(fā)人員從事此項工作。 CIC濾波器的仿真分析 圖 46 階躍信號在 Modelsim 下濾波的模擬波形輸出 基于 FPGA 的 CIC 濾波器設計 23 在對 濾波器進行仿真后得到 CIC 濾波器的輸出，其輸出結果不斷遞加，最后得到一個穩(wěn)定的結果后保持不變。 ComReg1[0] = ComReg0[0] ComReg0[2]。 CIC 濾波器功能模塊的實現(xiàn) CIC 濾波器包括積分器、抽取器、梳狀濾波器三個模塊。 為了達到工 程上對濾波器的要求，選用三級的濾波器， 三級 CIC 的衰減為 ： 基于 FPGA 的 CIC 濾波器設計 19 dBNNaa ?????? （ 48） 圖 42 R=32， M=2， N=3 的 CIC 濾波器頻率響應 三級的濾波器有較好的衰減，同時在設計中又節(jié)省了硬件的消耗，提高了速率。 基于 FPGA 的 CIC 濾波器設計 17 4 CIC 濾波器 的 FPGA 實現(xiàn) CIC 濾波器參數(shù) 從 第二章中我們可以得到，單級濾波器的衰減為 ，而在實際的工程 應用 中，這樣的衰減遠遠達不到設計的要求，所以，為了提高 CIC 濾波器其增益，可以通過級聯(lián)的方式來滿足工程上的需要。因 為 最新的設計實現(xiàn)工具是時序驅動的，即在器件的布局期間對整個信號通道執(zhí)行時序分析，因此可以使用約束條件 來 操作布線軟件 ， 完成 對設計規(guī)定的性能要求?，F(xiàn)在 仿真的工具很多，其中 Candence 公司的 NCverilog， Synopsys 公司的 VCS和 Mentor 公司的 Modelsim 在業(yè)界使用最為廣泛。它 詳細 描述 了項目完成的功能，確定設計的總體方案，平衡各個方面的因素，對整個項目具有一個初步的規(guī)劃。 (3) 運行仿真。 (4) 增強了用戶界面，可以同時運行多個文件，如在編譯、仿真另外一個工程時，還可以在多個正在編譯的文件之間傳遞信息。 在實際中 ， 設計者 根本 不需要直接選擇布線資源，布局布線器 會 自動地根據(jù)輸入邏輯網(wǎng)表的拓撲結構和約束條件選擇布線資源來連通各個模塊單元。FPGA 是 基于 在 PAL、 GAL、 CPLD 等可編程器件 進一步發(fā)展的產(chǎn)物。 當 0?w 時 ，濾波器的幅值為 ： 1)( 0 ?jeH