【正文】 的增加，濾波器過(guò)渡帶越來(lái)越窄，也即矩形系數(shù)越來(lái)越小。第一，數(shù)字濾波器可以做到很多模擬濾波器難以達(dá)到的精度，模擬濾波器所使用的器件精度一般不是很高，參數(shù)存在一定的離散性，由于受到了器件精度的影響，所以模擬濾波器一般不能十分精確的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)指標(biāo)，但數(shù)字濾波器中 的參數(shù)卻很容易達(dá)到較高的精度，使得實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的指標(biāo)自然就比模擬濾波器簡(jiǎn)單 [3]。 雷達(dá) 雷達(dá)信號(hào)占據(jù)了一個(gè)很寬的 頻帶 ,數(shù)據(jù)傳輸速率也很高 ,所以壓縮數(shù)據(jù)、減少數(shù)據(jù)傳輸速率是雷達(dá)信號(hào)數(shù)字處理的問(wèn)題。近年來(lái) ,這五個(gè)方面都取得了很多的研究成果 ,在市場(chǎng) ,已經(jīng)有一些相關(guān)的軟件和硬件產(chǎn)品 ,例如 ,閱讀機(jī)為盲人 ,啞巴語(yǔ)音合成器、聽(tīng)寫(xiě)、打印機(jī)、電話答錄機(jī)、各種各樣的談話、儀表、玩具以及通信和視頻音頻壓縮編碼技術(shù)是廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品。第二 ,語(yǔ)音合成。在所有的電子系統(tǒng)中，使用最多技術(shù)最復(fù)雜的要算數(shù)字濾波器了。實(shí)際生活當(dāng)中會(huì)遇到多種多樣的信號(hào)，例如廣播信號(hào)、電視信號(hào)、雷達(dá)信號(hào)、通信信號(hào)、導(dǎo)航信號(hào)、射電天文信號(hào)、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)、控制信號(hào)、氣象信號(hào)、地震勘探信號(hào)、機(jī)械振動(dòng)信號(hào)、遙感遙測(cè)信號(hào)等等 [1]。DSPBuilder 本質(zhì)上就是 Matlab 的一個(gè) Simulink 工具箱 ，它能夠讓 FPGA 設(shè)計(jì)的 DSP 系統(tǒng)以 Simulink 的圖形化界面進(jìn)行建模和系統(tǒng)級(jí)的仿真。 DSPBuilder。例如 ,數(shù)字信號(hào)濾波器來(lái)限制他的樂(lè)隊(duì)或過(guò)濾掉噪音和干擾 ,或?qū)⑺鼈兊男盘?hào)分開(kāi)從信號(hào)譜分析和功率譜分析來(lái)理解信號(hào)頻譜 ,然后進(jìn)行信號(hào)識(shí)別以及信號(hào) 的變換 ,使其更適合于傳輸、存儲(chǔ)和應(yīng)用程序 ,等等。 語(yǔ)音處理 語(yǔ)音處理是最早的數(shù)字濾波器的應(yīng)用領(lǐng)域 ,也是最早推動(dòng)數(shù)字信號(hào)處理理論領(lǐng)域發(fā)展 2 的領(lǐng)域。這是噪音或干擾中提取語(yǔ)音信號(hào)的封面。 電視 取代模擬電視是數(shù)字電視發(fā) 展的必然趨勢(shì)。因此，數(shù)字濾波的概念和模擬濾波相同，只是信號(hào)的形式和實(shí)現(xiàn)濾波方法不同。目前數(shù)字濾波器不僅能實(shí)現(xiàn)一維信號(hào)處理，而且能夠?qū)崿F(xiàn)二維甚至更 高維的信號(hào)的處理，在圖像的傳輸、靜態(tài)圖像壓縮、動(dòng)態(tài)圖像壓縮等方面有著巨大的應(yīng)用價(jià)值 [1] 。 FIR 濾波器在圖像處理、通信 、模式識(shí)別 等 諸多 領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。 ASIC 器件可靠性高，實(shí)時(shí)性好，但過(guò)長(zhǎng)的開(kāi)發(fā)周期使其不適合于科研和小批量生產(chǎn)。由 線性相位 FIR 數(shù)字濾波器系數(shù)對(duì)稱(chēng)的特點(diǎn) 可 知直接型結(jié)構(gòu)是其最佳選擇 ,式（ 31） 的差分方程表達(dá)式為： ??? ??10 )()()(Nm mnxmhny （ 34） 直接型結(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的濾波器結(jié)構(gòu)就是式 14， N 為濾波器的階數(shù)， )(mh 為濾波器的系數(shù)（性能確定的 FIR 數(shù)字濾波器所對(duì)應(yīng)的一組系數(shù)也是確定的，因此 )(mh 為常數(shù)） , )( mnx ? 為第 )( mn? 個(gè)單位時(shí)間的采樣輸入， )(ny 是第 n 個(gè)單位時(shí)間上的 6 采樣輸入 )(nx 所對(duì)應(yīng)的輸出。一個(gè) 20階的低通FIR濾波器其系統(tǒng)函數(shù)可 以表示為： 1111 )19()18()1()0()( ???? ????? zhzhzhzhzH ?? （ 310） 20 階的 FIR 濾波器系統(tǒng)函數(shù)如果用原理框圖表示，則如下圖 : 窗函數(shù) 旁瓣峰值 /dB 主瓣寬度 過(guò)渡帶寬度 )/2/( N??? 阻帶最小衰減/dB 矩形窗 13 4? /N 21 三角形窗 25 8? /N 25 漢寧窗 31 8? /N 44 海明窗 41 8? /N 53 布萊克曼窗 57 12? /N 74 凱澤窗 57 5 80 8 圖 2 系統(tǒng)原理框圖 波器原理 Yaobao Yaobao 寄存器 1 寄存器 20 寄存器 2 )19()19()1()1()0()0( dhdhdhy ??????? 寄存器 19 乘 h(17) 乘 h(0) 乘 h(18) 乘 h（ 19) ... ... 求和電路 X(0) X(1) X(18) X(19) 9 第四章濾波器設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)流程 Matlab 中的 FDATool 計(jì)算濾波系數(shù)并做基本的分析， MATLAB 的名稱(chēng)源自 Matrix Laboratory，是一種 用來(lái)進(jìn)行 科學(xué)計(jì)算 的 軟件，專(zhuān)門(mén)以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。 FDATool 工具設(shè)計(jì)濾波器 啟動(dòng) Matlab 的 (Filter Design amp。相 比對(duì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。因此將濾波系數(shù)乘以 28并取整。這是因?yàn)檩斎氲男盘?hào)經(jīng)過(guò)多次乘法和加法運(yùn)算其數(shù)值變得很大，如果截取位數(shù)較低則會(huì)出現(xiàn)明顯的失真，一般來(lái)說(shuō) out1 的位數(shù)應(yīng)該是輸入信號(hào)位數(shù)的 2 倍略多一點(diǎn)。 但此時(shí)的模型卻并不是立刻能用的模型，還需根據(jù)系統(tǒng)提供的輸入的信號(hào)號(hào)以及所需要的輸出的型號(hào)來(lái)做必要的處理。 生成 VHDL 文件 （ 1） 雙擊 SignalCompiler， 對(duì)以上的設(shè)計(jì)模型進(jìn)行分析 判斷模型是否有錯(cuò)誤的地方。 圖 17 AD/DA 模塊實(shí)物 本例使用的高速 AD 芯片是由 AD 公司推出的 8 位，最大采樣率 32MSPS 的AD9280 芯片。 在 Quartus Ⅱ中完成頂層文件，編譯成功后下載到 FPGA 中正確連接好電路此系統(tǒng)徹完成。 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是：基于 DSP Builder 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。沒(méi)有一本相關(guān)的書(shū)籍或文獻(xiàn)上有軟件安裝的指導(dǎo)，摸索出上述經(jīng)驗(yàn)確實(shí)花了不少精力。解決了這些難題后我感覺(jué)我對(duì) FIR 濾波器的理解前進(jìn)了一大步。 由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫(xiě)論文難免 有不足之處，懇請(qǐng)各位老師和學(xué)友批評(píng) 以及 指正！ 馮博 2021 年 5 月于合肥學(xué)院 。希望這次的經(jīng)歷能讓我在今后的學(xué)習(xí)生活中激勵(lì)我繼續(xù)進(jìn)步。我們都知道 AD/DA 的位數(shù)越高越好速度越快越好，但位數(shù)越高速度越快的 AD/DA 價(jià)格就越貴。最后在 QuartusⅡ中完成 AD/DA 驅(qū)動(dòng)模塊，完成頂層文件編譯下載到 FPGA 中完成 FIR 濾波器的設(shè)計(jì)。其他兩股不變分別位 AD和 DA提供時(shí)鐘信號(hào)。在信號(hào)進(jìn)入 AD 芯片 20 之前，我們用一片 AD8056 芯片構(gòu)建了衰減電路，接口的輸入范圍是 5V~+5V(10Vpp)。 按照上述的流程，點(diǎn)擊 圖標(biāo)，等待一會(huì)就完成了 Simulink文件（ *.mdl）到 VHDL 文件的轉(zhuǎn)換。由于輸出是 8 位的 DA 基于和 AD 相同的原因除去最高位的符號(hào)位后截取前 8 位輸出，由于系統(tǒng)多次對(duì)信號(hào)的位數(shù)進(jìn)行截取造成信號(hào)能量上的損失，反應(yīng)在實(shí)域上就是幅值得下降所以在最后還要乘以個(gè)常數(shù)對(duì)幅值進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)然 out1 的位數(shù)越多效果肯定越好，但本例中濾波系統(tǒng)最終 是由 8 位的 DA 作為輸出的，因此 out1 的位數(shù)越多將來(lái)最終的信號(hào)截取前 8 位輸出時(shí)信號(hào)就會(huì)有越多的損失，從而產(chǎn)生濾波系統(tǒng)輸出信號(hào)的失真。在 Matlab中建立一個(gè)新的 MDL模型文件，在其主窗口中的命令窗口中輸入 Simulink打開(kāi) Simulink的界面，從中選取需要的器件。 濾波系數(shù)的量化及取整 所設(shè)計(jì)的濾波器各項(xiàng)性能都符合要求，所以點(diǎn)擊 導(dǎo)入濾波器，求出濾波系數(shù)。 Analysis Tool”進(jìn)入濾波器設(shè)計(jì)界面 10 圖 4 FDATool界面 選擇 設(shè)計(jì)濾波器，進(jìn)入其頁(yè)面。 (26)中的 )(nhd 。濾波器的階數(shù)越高其濾波效果越好但同時(shí)其電路越復(fù)雜。FPGA 以其優(yōu)越的實(shí)時(shí)性和設(shè)計(jì)的靈活性成了控制系 統(tǒng)中重要的一部分，在 FPGA 上實(shí)現(xiàn)濾波器，使濾波器能適用高速場(chǎng)合 [5]。由于不存在穩(wěn)定性問(wèn)題，所以設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單。 FIR、 IIR 是常用的數(shù)字濾波器。 數(shù)字濾波器與模擬濾波器相比有著很多優(yōu)點(diǎn)。音頻壓縮技術(shù)和視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)化工作的成就 ,促成了電視產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展 ,數(shù)字濾波器 及其相關(guān)的技術(shù)是視頻壓縮和音頻壓縮技術(shù)的重要基礎(chǔ)。主要用于語(yǔ)音 和數(shù)據(jù)壓縮 ,并已經(jīng)建立了一系列的語(yǔ)音編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ,用于通信和音頻處理。即波形特征、統(tǒng)計(jì)特征的語(yǔ)音信號(hào)和模型的參數(shù)等進(jìn)行分析和計(jì)算 。無(wú)論是信號(hào)的獲取、傳輸，還是信號(hào)的處理和交換都離不開(kāi)濾波技術(shù)，它對(duì)信號(hào)安全可靠和有效靈活地傳輸是至關(guān)重要的。 數(shù)字化、智能化、和網(wǎng)絡(luò)化是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的大勢(shì)所趨，而數(shù)字化卻是智能化以及網(wǎng)絡(luò)化的重要基礎(chǔ)。 Hefei Univ