【正文】 的作用，它主要用對(duì)于采樣速率的抽取，同時(shí)具有低通濾波器的特性。 FIR 濾波器 簡(jiǎn)單的對(duì)輸入采樣值進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算。 (4) FIR 濾波器 幅頻特性 的 精度 比 IIR 濾波器 低，但是相位線性 的 ，就是 在不同 的 頻率分量 下 信號(hào)經(jīng)過 FIR 濾波器后他們的 延時(shí) 不變。 IIR 幅頻特性精度很高，相位不是線性的， 因此 可以應(yīng)用于相位信息不敏感的音頻信號(hào)上； IIR 濾波器設(shè)計(jì)時(shí)的階數(shù)不是由設(shè)計(jì)者指定，而是根據(jù)設(shè)計(jì)者輸入的各個(gè)濾波器參數(shù)（截止頻率、通帶濾紋、阻帶衰減等）， 最終 由軟件 計(jì)算出滿足這些參數(shù)的最低濾波器階數(shù)。 當(dāng) 設(shè)計(jì) IIR 數(shù)字濾波器時(shí)，我們根據(jù)指標(biāo)先寫基于 FPGA 的 CIC 濾波器設(shè)計(jì) 8 出模擬濾波器的公式，然后通過一定的變換， 可以 將模擬濾波 器的公式轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器的公式。 圖 23 IIR 濾波器的直接 型網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu) 由圖可以看出， IIR 網(wǎng)絡(luò)存在輸出對(duì)輸入的反饋支路，也就是存在環(huán)路。在濾波過程中，輸出在經(jīng)過延遲后 經(jīng)過反饋 被加到輸入端。 (3)按 照 通過信號(hào)的頻段 可將濾波器 分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器四種。 數(shù)字濾波器 是 由 乘法器、加法器和延時(shí)單元組成的一種算法或裝置。因?yàn)樾盘?hào)是通過數(shù)字進(jìn)行傳輸?shù)?，?shù)字信號(hào) 的抗干擾能力強(qiáng)，所以 可以極大限度的消除干擾。 數(shù)字信號(hào)處理的核心算法是離 散傅立葉變換 (DFT)， 通過 DFT運(yùn)算 使信號(hào)在數(shù)字域和頻域都實(shí)現(xiàn)了離散化，從而可以 通過 計(jì)算機(jī) 來 處理離散信號(hào)。 (2) 保持。 FIR 濾波器理論上要求降低其階數(shù)，階數(shù)增大會(huì)增加其運(yùn)算量。 濾波器的功能就是允許信號(hào) 的 某一部分頻率順利通過，而 除此之 外 的 一部分頻率信號(hào)受到較大的抑制， 其 實(shí)質(zhì)上是一個(gè)選頻電路。經(jīng)過半個(gè) 多 世紀(jì)的發(fā)展， 以及國(guó)人的不斷努力， 我國(guó) 在 濾波器研制、生產(chǎn)和應(yīng)用等方面 都取得了一定的成績(jī)，并逐步縮小同發(fā)達(dá)國(guó)家的差距 ，但由于專門研制機(jī) 構(gòu) 的缺少 ，集成工藝 的落后，基礎(chǔ) 材料工業(yè) 不發(fā)達(dá) ，使得我國(guó) 在許多新型濾波器的研制應(yīng)用與 發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)水平還存在著一定的差距 。 濾波器最早是由 美國(guó)和德國(guó)科學(xué)家 在 1917 年發(fā)明 的，經(jīng)過不斷的改進(jìn)，導(dǎo)致了美國(guó)在 次年多路復(fù)用系統(tǒng) 的出現(xiàn) 。所以，數(shù)字技術(shù)在現(xiàn)在占據(jù)了信號(hào)處理的大多數(shù)份額。 數(shù)字信號(hào)處理的算法 則主要依賴于 計(jì)算機(jī) 或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備。 (5) 然后通過級(jí)聯(lián)的方式設(shè)計(jì)出級(jí)聯(lián)梳狀濾波器，分析其各個(gè)參數(shù)和實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)， 并完成對(duì)其的仿真。 隨著數(shù)字技術(shù)的的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FPGA)得到了迅速的發(fā)展，器件集成度和速度都在不斷增長(zhǎng)。 開始日期 2021 年 3 月 28 日 完成日期 2021 年 7 月 1 日 主管院長(zhǎng) (簽字 ) 年 月 日 西 安 郵 電 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論文 ) 工 作 計(jì) 劃 學(xué)生姓名 奚董超 指導(dǎo)教師 高敏 職稱 講師 學(xué)院 電子工程學(xué)院 系部 微電子系 專業(yè) 集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng) 題目 基于 FPGA 的 CIC 濾波器設(shè)計(jì) 工作進(jìn)程 起 止 時(shí) 間 工 作 內(nèi) 容 了解 CIC 濾波器的基本概念、分類、原理及應(yīng)用 . 熟悉 QUARTUSII 軟件開發(fā)平臺(tái) 建立濾波器模型 研究 模型 參數(shù) ,編寫代碼 對(duì)程序進(jìn)行仿真和修改 撰寫論文 修改論文，準(zhǔn)備答辯 主要參考書目（資料） [1]楊剛 龍海燕 .《現(xiàn)代電子技術(shù) VHDL與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 .電子工業(yè)出版社 [2]侯伯亨 .《 VHDL硬件描述語言與數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)》 . 西安電子科技大學(xué)出版社 [3] 近年的文獻(xiàn)資料 [4]曾繁泰 .《 VHDL程序設(shè)計(jì) 》，清華大學(xué)出版社 主要儀器設(shè)備及材料 可以上網(wǎng)的電腦一臺(tái)； 打印機(jī)一臺(tái)，打印紙若干 。 本人完全清楚本聲明的法律后果，申請(qǐng)學(xué)位論文和資料若有不實(shí)之處，本人愿承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。數(shù)字濾波器在語音和圖像中的處理被經(jīng)常用到。 設(shè)計(jì)時(shí)先設(shè)計(jì)出一級(jí)的 CIC 濾波器，分析其參數(shù)和特性，然后通過需要得出所需的級(jí)數(shù)，通過模塊化的設(shè)計(jì)完成多級(jí)的設(shè)計(jì)，最后經(jīng)過仿真分析濾波器的特性，對(duì)其進(jìn)行修改和改進(jìn)。 4． 指導(dǎo)教師審閱意見 指導(dǎo)教師 (簽字 )： 年 月 日 說明： 本報(bào)告必須由承擔(dān)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )課題任務(wù)的學(xué)生在畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 正式開始的第 1 周周五之前獨(dú)立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。 關(guān)鍵詞： 數(shù)字信號(hào)處理 ； 數(shù)字濾波； CIC 濾波器 基于 FPGA 的 CIC 濾波器設(shè)計(jì) III Abstract With the development of science and technology, digital signal processing technology is widely applied in many kinds of field, digital signal processing technology has been developing rapid in the direction of low voltage, low power, high speed, high resolution. The purpose of digital signal processing is measure the analog signal in the real world .so before digital signal processing we need to put a signal from the analog domain into digital domain by ADC . And digital signal processing output often will transform into analog signals by DAC. Digital signal processing algorithm is mainly dependent on the puter and special processing equipment. Compared with Analog signal processing techniques ,the advantages of digital signal processing technology is flexible, precise and antijamming of strong, equipment of small size, low cost, speed. The task of this article: analysing of the filter, introduced FIR filter and IIR filter ,pare with FIR filter and IIR filter analysis the advantages and disadvantages , introduced CIC filter, selecting the parameters of the CIC filter and analysing its characteristics, and ultimately, building model, optimization and simulation. Key Words： Digital signal processing。噪聲會(huì) 使信號(hào)在傳輸中發(fā)生失真，影響了信號(hào)的真實(shí)性，同時(shí)在接收端也會(huì)帶來不便。 70 年代，在集成電路產(chǎn)業(yè)的帶動(dòng)下，濾波器逐漸 被集成在了芯片之中，集成的濾波器有 RC 有源濾波器、數(shù)字濾波器、開關(guān)電容濾波器 ，并且得到了很好的應(yīng)用。 (2) 數(shù)字濾波器，介紹濾波器在數(shù)字信號(hào)領(lǐng)域的重要性，數(shù)字信號(hào)的原理，濾波器的分類， FIR 濾波器， IIR 濾波器和 CIC 濾波器的特性。 數(shù)字濾波 技術(shù) 在數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域中可以算是一個(gè)里程碑，數(shù)字濾波是用來對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波的硬件或者軟件，所謂數(shù)字濾波器，是指輸入、輸出均為數(shù)字信號(hào)，通過一定運(yùn)算關(guān)系改變輸入信號(hào)所包含頻率成分的器件。 圖 21 中 x(t)是模擬信號(hào)，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換 (A/D)的采樣、保持、量化和編碼變?yōu)樗璧臄?shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)通過系統(tǒng)函數(shù) H(z)得到數(shù)字信號(hào)的輸出 y(n)，y(n)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換 (D/A)得到模擬信號(hào) y(t)。 量化是 指 將連續(xù)幅 值 的抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)換 為 離散時(shí)間、離散幅值 的數(shù)字信號(hào)，量化的主要問題就是 對(duì) 量化誤差 的處理 。大多數(shù) 的 D/A 轉(zhuǎn)換器由電阻陣列和 n 個(gè)電流開關(guān)(或電壓開關(guān) )構(gòu)成。 基于 FPGA 的 CIC 濾波器設(shè)計(jì) 5 (3) 數(shù)字處理設(shè)備輸出的信號(hào) 是 穩(wěn)定可靠 的 。 (2)按 照 采用的 元器件 可以將濾波器 分為無源和 有源濾波器 兩種。 帶通濾波器： 使信號(hào)中 一定頻段的信號(hào)通過，抑制低于或高于該頻段的信號(hào)、干擾和噪聲。 數(shù)字濾波器按照單位取樣 的時(shí)域特性可分為： IIR （ Infinite Impulse Resoponse）濾波器（無限脈沖響應(yīng)濾波器）和 FIR（ Finite Impulse Response）濾波器（有限脈沖響應(yīng)濾波器）。 IIR 濾波器有以下幾個(gè)特點(diǎn)： (1) IIR 數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)可以寫成封閉函數(shù)的形式。 IIR 濾波器的缺點(diǎn)： (1) 脈沖響應(yīng)為無限長(zhǎng) 。 對(duì)差分方程進(jìn)行 Z 變換可得其傳輸函數(shù)： ??? ?? 10 )()( Nn nznhzH （ 24） )(zH 是濾波器的系統(tǒng)函數(shù)， N 為其階數(shù)。 (2) FIR 濾波器 比 IIR 濾波器更 容易最佳化。 結(jié)合 FIR 濾波器和 IIR 濾波器的優(yōu)缺點(diǎn)， CIC 濾波器應(yīng)運(yùn)而生， CIC 濾波器是基于 FIR 濾波器和 IIR 濾波器設(shè)計(jì)的，是兩者的優(yōu)點(diǎn)得以綜合，極大限度的避免兩者的不足。 對(duì)式 (25)作 z 變換， 如下式所示： ][][][ 1 zXzYzzY ?? ? （ 26） 令][ ][zX zYHI ?， 可 以 得 到 積分器的傳輸函數(shù)為： I： 11 1 ??? zHI （ 27） 圖 25 積分器的結(jié)構(gòu)圖 輸入信號(hào)為 x(n)， 經(jīng)過加法器與上一次的 經(jīng)過反饋后的 結(jié)果累加得到新的結(jié)果 y(n)輸出。 CIC 的優(yōu)點(diǎn)： (1) 無乘法器：沒有乘法器在一定程度上減少了運(yùn)算量，從而可以提高電路的速率。它是作為 專用集成電路 （ ASIC）的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。從本質(zhì)上講，布線資源的使用方法 直接影響著 設(shè)計(jì)的結(jié) 果。 Modelsim 是由 Mentor 公司的子公司 Model Tech 開發(fā)的仿真工具，支持VHDL， Verilog以及混合語言設(shè)計(jì)的仿真，既可以應(yīng)用于前仿真， 也可以在 FPGA器件庫(kù)的支持下進(jìn)行時(shí)序仿真。設(shè)計(jì)編譯完成后，我們就可以 對(duì)頂層模塊、結(jié)構(gòu)、實(shí)體加載仿真器。 (2) 模塊設(shè)計(jì) 。 (5) 綜合 。在布局布線中 同時(shí) ，也可以 提取時(shí)序信息形成報(bào)告。 設(shè)計(jì)一個(gè) N 階的，抽取因子為 R，延遲 因子 為 M 的 CIC 濾波器 。 積分器和梳狀濾波器之間有一個(gè)抽取器，并使前級(jí)和后級(jí)的 抽取因子 為 R，這樣只要改變 R 的數(shù)值，就可以使系統(tǒng)工作在變采樣率的系統(tǒng)中，而不需要重新設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，同時(shí)抽取器的引入，使得寄存器的的數(shù)目大幅度減少，使得系統(tǒng)具有良好的經(jīng)濟(jì)性，所以 CIC 濾波器就可被廣泛應(yīng)用于語音和數(shù)字信號(hào)共同傳輸?shù)淖儾蓸泳C合業(yè)務(wù)中。 積分器是一個(gè)將數(shù)據(jù)不斷累加的過程，在 CIC 濾波器中的積分器實(shí)際上是累加器，將上次累加的結(jié)果和這次的輸入不斷相加最后送給抽取器，而抽取器是將積分器的結(jié)果進(jìn)行采樣，根據(jù)不同的系數(shù)，將所得的結(jié)果收集起來，把需要的存入寄存器，送給梳狀濾波器，梳狀濾波器是將相當(dāng)于減法器，將所得的結(jié)果進(jìn)行延時(shí)，由輸入的結(jié)果相減，送給輸出。 ComReg1[1] = ComReg1[0]。對(duì)圖做一定的變換可得濾波的模擬輸出波形?；?FPGA 進(jìn)行濾波器的設(shè)計(jì)技術(shù)目前還處于不成熟的階段。 非常感謝西安郵電學(xué)院多年的的培養(yǎng)，這段學(xué)習(xí)經(jīng)歷將使我終生受益。編制時(shí)，我公司技術(shù)發(fā)展部、質(zhì)檢科以及項(xiàng)目部經(jīng)過精心研究、合理組織、充分利用先進(jìn)工藝，特制定本施工組織設(shè)計(jì)?？倢?2