【正文】 he then had half a minute39。 [6]丁玉美，高西全。在論文中我充分地運用了大學期間所學到的知識。 37 圖 生成的 TCL文件 Quartus II 編譯 ： 單擊 SignalCompiler 中的步驟 3圖標，調用 Quartus II完成編譯適配過程，生成編譯文件： 文件和文件 ，可以直接用于 FPGA 的編程配置 。 33 圖 4階級聯(lián)型 IIR濾波器 在上述模塊參數設置中， A11等增益模塊應設置為 IIR濾波器的系數，這需要給定或者按照設計要求進行計算?？梢宰C明上圖的結構仍滿足二階 IIR 濾波器輸出方程。 圖 選擇 synplify綜合 綜合后的 TCL 文件如圖 所示。前一級的輸出窗口 x4 接后一級的x輸入端口，并附上 16 個常數端口，作為 FIR濾波器系數的輸入。在采用 VHDL 或 VerilogHDL 等硬件描述語言設計數字濾波器時。它還具有靜態(tài)可重復編程和動態(tài)在系統(tǒng)重構的特性，使得硬件的功能可以像軟件一樣通過編程來修改。還有一種比較有效的方法是切比雪夫等波紋逼近法，需通過計算機輔助設計完成。該平臺支持一個工作組環(huán)境下的設計要求，其中包括支持基于 Inter 的協(xié)作設計。而對線性相位特性的濾波器，一般用 FIR 數字濾波器設計實現(xiàn)。 從結構上看， IIR 濾波器必須采用遞歸結構，極點位置必須在單位圓內，否則系統(tǒng)將不穩(wěn)定。如果要處理的是模擬信號，可通過 A/DC 和 D/AC，在信 號形式上進行匹配轉換，同樣可以使用數字濾波器對模擬信號進行濾波。在實現(xiàn)方法上先用MATLAB/Simulink 工具箱建立濾波器模型，并用 SignalCompiler 把 Simulink的模型文件 (后綴是 .mdl)轉化為硬件描述語言 VHDL 文件，最后利用 QuartusII完成濾波器的仿真、配置、編譯和下載。視頻壓縮和音頻壓縮技術所取得的成就和標準化工作，促成了電視領域產業(yè)的蓬勃發(fā)展，而數字濾波器及其相關技術是視頻壓縮和音頻壓縮技術的重要基礎。在近代電信設備和各類控制系統(tǒng)中，數字濾波器應用極為廣泛，這里只列舉部分應用最成功的領域。本文采用 FPGA 器件來實現(xiàn)濾波器的設計，在實現(xiàn)方法上先用 MATLAB/Simulink 工具箱建立濾波器模型，然后用 SignalCompiler 把 Simulink 的模型文件 (后綴是 .mdl)轉化為硬件描述語言 VHDL 文件，最后利用 QuartusII 完成濾波器的仿真、配置、編譯和下載。例如，對數字信號進行濾波以限制他的頻帶或濾除噪音和干擾，或將他們與其它信號進行分離；對信號進行頻譜分 析或功率譜分析以了解信號的頻譜組成，進而對信號進行識別；對信號進行某種變換，使之更適合于傳輸，存儲和應用；對信號進行編碼以達到數據壓縮的目的，等等。近年來，這 5 方面都取得了不少研究成果，并且，在市場上已經出現(xiàn)了一些相關的軟件和硬件產品，例如，盲人閱讀機、啞人語音合成器、口授打印機、語音應答機，各種會說話的儀器和玩具，以及通信和視頻產品大量使用的音頻壓縮編碼技術。例 如，在軍事上被大量應用于導航、制導、電子對抗、戰(zhàn)場偵察；在電力系統(tǒng)中被應用于能源分布規(guī)劃和自動檢測；在環(huán)境保護中被應用于對空氣污染和噪聲干擾的自動監(jiān)測；在經濟領域中被應用于股票市場預測和經濟效益分析，等等。數字濾波器（ DF）由加法器、乘法器、存儲延遲單元、時鐘脈沖濾波器及邏輯單元等數字電路構成。 數字濾波器從現(xiàn)實的網絡結構或者從單位脈沖響應分類，可以分成無限脈沖響應 (IIR)濾波器和有限脈沖響應（ FIR）濾波器。而 FIR 濾波器則要靈活的多，尤其它能易于適應某些特殊的應用，如構成微分器或積分器，或用于巴特沃斯、切 比雪夫等逼近不可能達到預定指標的情況，例如，由于某些原因要求三角形振幅響應或一些更復雜的幅頻響應，因而有更大的適應性和更廣闊的天地。 MATLAB 將高性能的數值計算和可視化集成在一起，并提供了大量的內置函數，從而被廣泛地應用于科學計算、控制系統(tǒng)、信息處理等領域的分析 、仿真和設計工作，而且利用 MATLAB 產品的開放式結構，可以非常容易地對 MATLAB 的功能進行擴充，從而在不斷深化對問題認識的同時，不斷完善 MATLAB 產品以提高產品自身的競爭能力。 12 3． 數字濾波器的總體設計方案 FIR 和 IIR 設計方法 概述 IIR數字濾波器的設計方法有脈沖響應不變法和雙線性變換法等； FIR 數字濾波器的設計方法有窗函數法、頻率采樣法、切比雪夫逼近法等。因而，盡管擁有多個硬件乘加器，使用了環(huán)形疊代的方法進行乘法操作，且許多 DSP 處理 器還擁有使用多乘法器的并行指令，用于加速算術運算，然而由于其順序的工作方式、較低的數據處理速率，以及缺乏實時工作的性能，使其至今仍只適合于低端的數字信號處理。但 長期以來， FPGA 一直被用于系統(tǒng)邏輯或時序控制上，很少有信號處理方面的應用，其原因主要是因為在 FPGA 中缺乏實現(xiàn)乘法運算的有效結構。 雙擊模型中的“ SignalCompiler”模塊，會出現(xiàn)如圖 所示的對話框，點擊“ Analyze” (分析 )按 鈕后， SignalCompiler 就會對模型進行分析，檢查模型有無錯誤，并在 Matlab 主窗口彈出對話框給出相關信息。 22 圖 濾波器設計界面 （ 2）濾波器分析 計算完 FIR 濾波器系數后， 往往需要對設計好的 FIR 濾波器進行相關的性能分析，以便了解該濾波器是否滿足設計要求，分析如下：如圖 是 FIR 濾波器的幅頻響應；如圖 是 FIR 濾波器的相頻響應；如圖 是幅頻響應與相頻響應的比較；如圖 是 FIR 濾波器的沖激響應；如圖 是 FIR 濾波器的階躍響應；如圖 是 FIR 濾波器的零極點；如圖 是 FIR 濾波器系數；如圖 是 FIR 濾波器的量化。 28 IIR濾波器具有多種形式，主要有：直接型 (也稱直接 I型 )、標準型 (也稱直接 II型 )、變換型、級聯(lián)型和并聯(lián)型。啟動仿真。 設置完增益值后更新一下模型， IIR濾波器模型的系數就全部設置完成了。 資料查找完畢后，我開始著手論文的寫作?，F(xiàn)代 DSP 技術，西安電子科技大學出版社， 2020。 [11]Vinay 。 their bodies are fitter — but their brains are no more resilient than in the past. Some nations, notably Sweden, have already banned boxing on medical grounds. So far the British government has been reluctant to follow the Swedish lead and since 1981 five private members39。 [10]嚴三國。 數字信號處理教程 (第三版），清華大學出版社， 2020。 在搜集資料的過程中，我在學校圖書館和網上查找各類相關資料，將這些寶貴的資料全部記 錄 下來，盡量使我的資料完整、精確、數量多，這有利于論文的撰寫。 先把 SOS矩陣和 G導出到 MATLAB的工作區(qū)（ Workspace），設置上面級聯(lián)型 IIR濾波器中的各個增益模塊的“ Gain Value（增益值）”。通過“ Scope”模塊來觀察該直接Ⅱ型 IIR濾波器的沖激響應。 由 于 FIR濾波器所有的系數 均為 0， 不存在極點 ， 不會造成系數的不穩(wěn)定 。 打開 MATLAB 的 FDATool, FDATool 界面如圖 所示。 圖 建立新模型 圖 4 4階 FIR濾波器節(jié) 18 在 Simulink 中的仿真并生成 VHDL 代碼 完成模型設計之后，可以先在 Simulink 中對模型進行仿真，可以通過Simulink 中的 示波器 模塊查看各個步驟的中間結果。使用 DSP 器件實現(xiàn)雖然簡單，但由于程序順序執(zhí)行，執(zhí)行速度必然不快。 2） 專用的 DSP 器件 在過去很長一段時間， DSP 處理器 (如 TI 的 TMS320 系列 )是 DSP 應用系統(tǒng)核心器件的惟一選擇。隔開。設計模型可直接向 VHDL 硬件描述語言轉換，并自動調用 QuartusⅡ 等 EDA 設計軟件，完成綜合、網表生成以及器件適配乃至FPGA 的配置下載，使得系統(tǒng)描述與硬件實現(xiàn)有機地融合，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代 電子技術自動化開發(fā)的特點與優(yōu)勢。一般，F(xiàn)IR濾波器的設計只有計算機程序可循，因此對計算工具要求較高。理想濾波器是不可能實現(xiàn)的，因為他們的單位脈沖響應均是非因果且是無限長的，我們只能按照某些準則設計濾波器，使之盡可能逼近它，這些理想濾波器可作為逼近的 標準用。采樣濾波器（ SF）由電阻、電容、電荷轉移器件、運放等組成，屬于離散時間系統(tǒng)，其幅度是連續(xù)的。數字濾波器還可用于作曲、錄音和播放，或對舊錄音帶的音質進行恢復等。第五，語音編碼。因此，數字信號實際上是用數字序列表示的信號，語音信號經采樣和量化后，得到的數字信號是一個一維離散時間序列；而圖像信號經采樣和量化后，得到的數字信號是一個二維離散空間序列。 關鍵詞： 數字濾波器 通信 集成電路 DSP FPGA Abstract Digital filter is a digital signal processing system is one of the important ponent, analog filters cannot be replaced by the new characteristic, therefore in the munication, speech and image processing, automatic control and other fields have a wide range of applications, it can reduce noise, improve the signal to noise ratio and signal spectrum purity has important significance. Digital filter according to unit impulse response of different, can be divided into FIR ( finite impulse response filter ) and IIR ( infinite i mpulse response ) filter, FIR have the advantages of good phase characteristics, IIR have the advantages of good amplitudefrequency characteristics, according to different system performance requirements of different filter. The filter main realizing methods has three kinds, respectively is: the monolithic integrated circuit, digital filter with DSP device and FPGA ( field programmable gate array ) device. This paper uses FPGA to realize filter design, the realization method on the first MATLAB / Simulink toolbox to establish filter model, then use SignalCompiler the Simulink model file ( the suffix is . MDL ) into the VHDL hardware description language file, finally using QuartusII plete filter simulation, configure, pile and download. Finally, examples of the FIR digital filter and IIR digital filter implementation process. Keywords: digital filter munication integrated circuit DSP FPGA 目 錄 1． 緒論 ..................................................... 1 研究背景 ..................................................... 1 研究現(xiàn)狀 ..................................................... 1 本課題研究內容方法 ............................................ 3 2． 相關知識簡介 .............................................. 5