【文章內(nèi)容簡介】 b=fir1(N,wn,window)；③b=fir1(N,wn,’ftype’)；④b=fir1(N,wn, ’ftype’,window)。其中N表示濾波器的階數(shù)，wn是截止頻率，取值在0到1之間，它是以采樣頻率的一半為基準頻率的歸一化值，1對應(yīng)采樣頻率的一半，b為濾波器的系數(shù)向量h(n)（按降冪排列），window用于指定窗函數(shù)種類，缺省為海明窗，窗函數(shù)的長度為N+1。參數(shù)‘ftype’用于設(shè)計高通、帶通和帶阻濾波器，缺省為設(shè)計低通濾波器。本設(shè)計中，所需FIR濾波器階數(shù)為17階，那么窗函數(shù)的長度為18，調(diào)用窗函數(shù)和fir1函數(shù)時，應(yīng)注意N的值。FIR濾波器MATLAB設(shè)計程序如下：N1=18。N2=18。N3=18。w1=blackman(N1)。w3=rectwin(N3)。b1=fir1(N11,2/15,w1)。b2=fir1(N21,2/15)。b3=fir1(N31,2/15,w3)。b0=a2dt(b1,16)。disp(b0)。[h1,omega1]=freqz(b1,1,512)。[h2,omega2]=freqz(b2,1,512)。[h3,omega3]=freqz(b3,1,512)。[h0,omega0]=freqz(b0,1,512)。plot(omega1/pi,20*log10(abs(h1)),39。b39。,omega2/pi,20*log10(abs(h2)),39。b:39。,omega3/pi,20*log10(abs(h3)),39。b39。)。grid on。xlabel(39。歸一化頻率39。)。ylabel(39。增益/dB39。)。axis([0 1 120 2])。legend(39。布拉格曼窗39。,39。海明窗39。,39。矩形窗39。)。figure。plot(omega1/pi,20*log10(abs(h1)),39。b39。,omega0/pi,20*log10(abs(h0)),39。b:39。)。grid on。hold on。xlabel(39。歸一化頻率39。)。ylabel(39。增益/dB39。)。axis([0 1 120 2])。legend(39。布拉格曼窗原始39。,39。布拉格曼窗量化后39。)。disp(39。h1(n)=39。)。disp(b1)。for i=1:18 a=dectobin(b1(i),16)。 num=0。 for k=1:16 num=a(k).*2.^(k)+num。 end。 disp(a)。 disp(num)。end上述程序調(diào)用了三種窗函數(shù)設(shè)計FIR濾波器。，使用布拉格曼窗時，副瓣峰值明顯比海明窗和矩形窗的小，很好地抑制了副瓣，符合預(yù)期要求。上述程序還實現(xiàn)了系數(shù)量化和量化前后濾波器幅頻特性比較，其中調(diào)用了自己編寫a2dt和dectobin函數(shù)，用于實現(xiàn)系數(shù)量化，a2dt和dectobin程序不在這列出。由于濾波器的所有系數(shù)都必須以有限長度的二進制碼形式存放到存儲器中，所以實際系統(tǒng)與理想系統(tǒng)之間存在誤差，從而導(dǎo)致濾波器零極點位置發(fā)生偏離，進而影響到濾波器的性能。故濾波器系數(shù)合理的量化，對數(shù)字濾波器的設(shè)計特別關(guān)鍵。 三種窗函數(shù)實現(xiàn)的FIR濾波器幅頻特性。，使用15位二進制系數(shù)量化前后的幅頻特性差異很大，使用16位二進 15位二進制系數(shù)量化前后的幅頻特性制系數(shù)量化前后的幅頻特性差異很小，量化前后幅頻特性曲線幾乎重合，故采用16位二進制系數(shù)量化。 16位二進制系數(shù)量化前后的幅頻特性。，滿足線性相位的要求。 16位二進制系數(shù)量化結(jié)果h(n)原始數(shù)據(jù)16位二進制h(0)、h(17)000000000000000h(1)、h(16)00000000000000h(2)、h(15)00000001100001h(3)、h(14)00001000011011h(4)、h(13)00011010001000h(5)、h(12)00111010001011h(6)、h(11)01100101011110h(7)、h(10)10010000100011h(8)、h(9)10101011101110 IIR濾波器設(shè)計用MATLAB進行IIR濾波器設(shè)計有兩種方法，第一種是直接調(diào)用數(shù)字濾波器函數(shù)設(shè)計，第二種是調(diào)用模擬濾波器函數(shù)設(shè)計模擬濾波器，再調(diào)用沖激響應(yīng)不變法或雙線性變換法映射函數(shù)，轉(zhuǎn)變成數(shù)字濾波器。兩者方法的不同在于第一種只采用雙線性變換法，而第二種沖激不變法和雙線性變換法都適用。本設(shè)計采用的是雙線性變換法，故使用第二種方法。MATLAB中IIR數(shù)字濾波的設(shè)計通常包含兩個步驟，一是根據(jù)技術(shù)指標確定濾波器階次N和截止頻率縮放因子wn，二是確定傳輸函數(shù)的系數(shù)。MATLAB信號處理工具箱中提供了常用的設(shè)計IIR濾波器的函數(shù)，可以方便地調(diào)用這些函數(shù)來完成濾波器的設(shè)計，比如buttord，cheb1ord，cheb2ord，ellipord函數(shù)，他們分別對應(yīng)于數(shù)字巴特沃斯濾波器、數(shù)字切比雪夫I型濾波器、數(shù)字切比雪夫II型濾波器和數(shù)字橢圓濾波器階次N和截止頻率縮放因子wn的確定。，wp和ws分別對應(yīng)通帶截止頻率和阻帶起始頻率，單位為rad， 4種IIR濾波器設(shè)計函數(shù)調(diào)用格式IIR濾波器種類調(diào)用格式巴特沃斯[N,wn]=buttord(wp,ws,Rp,Rs)切比雪夫I型[N,wn]=cheb1ord(wp,ws,Rp,Rs)切比雪夫II型[N,wn]=cheb2ord(wp,ws,Rp,Rs)橢圓[N,wn]=ellipord(wp,ws,Rp,Rs)Rp和Rs分別對應(yīng)通帶最大衰減和阻帶最小衰減，單位為dB。MATLAB信號處理工具箱中的函數(shù)butter，cheby1，cheby2，ellip用于確定巴特沃斯濾波器、切比雪夫I型濾波器、切比雪夫II型濾波器和橢圓濾波器傳輸函數(shù)的系數(shù)。， 4種濾波器傳輸函數(shù)系數(shù)計算函數(shù)濾波器種類調(diào)用格式巴特沃斯[B,A]=butter(N,wn,’ftype’)切比雪夫I型[B,A]=cheby1(N,Rp,wn,’ftype’)切比雪夫II型[B,A]=cheby2(N,Rp,wn,’ftype’)橢圓[B,A]=ellip(N,Rp,Rs,wn,’ftype’)A是數(shù)字濾波器系統(tǒng)函數(shù)的分母多項式系數(shù)，ftype用于指定濾波器類型，缺省為低通。在以上的調(diào)用中，加上參數(shù)‘s’，完成的是相應(yīng)模擬濾波器設(shè)計。本IIR濾波器設(shè)計中，采樣頻率fs=135KHz，其模擬域技術(shù)指標為通帶截止頻率fp=，阻帶起始頻率fs=，通帶最大衰減小于等于1dB，阻帶最小衰減大于等于30dB。其MATLAB設(shè)計設(shè)計程序如下：wp=2*pi*。disp(wp)。ws=2*pi*。disp(ws)。ap=1。as=30。w=linspace(0,*pi,200)。[n,wc]=ellipord(wp,ws,ap,as)。[b,a]=ellip(n,ap,as,wc)。[n1,wc1]=buttord(wp,ws,ap,as)。[b1,a1]=butter(n1,wc1)。[n2,wc2]=cheb1ord(wp,ws,ap,as)。[b2,a2]=cheby1(n2,ap,wc2)。bt=a2dt(b,6)。disp(bt)。at=a2dt(a,6)。disp(at)。h=freqz(b,a,w)。h1=freqz(b1,a1,w)。h2=freqz(b2,a2,w)。h0=freqz(bt,at,w)。disp(39。n=39。)。disp(n)。disp(39。wc=39。)。disp(wc)。disp(39。b=39。)。disp(b)。disp(39。a=39。)。disp(a)。disp(39。n1=39。)。disp(n1)。disp(39。wc1=39。)。disp(wc1)。disp(39。b1=39。)。disp(b1)。disp(39。a1=39。)。disp(a1)。disp(39。n2=39。)。disp(n2)。disp(39。wc2=39。)。disp(wc2)。disp(39。b2=39。)。disp(b2)。disp(39。a2=39。)。disp(a2)。plot(w/pi,abs(h),39。b39。,w/pi,abs(h1),39。b:39。,w/pi,abs(h2),39。b39。)。grid on。axis([0 0 ])。legend(39。橢圓39。,39。巴特沃斯39。,39。切比雪夫39。)。figure。plot(w/pi,abs(h),39。b39。,w/pi,abs(h0),39。b:39。)。legend(39。橢圓型原始39。,39。橢圓型量化后39。)。grid on。figure。zplane(b,a)。grid on。title(39。橢圓型原始零極點分布39。)。legend(39。零點39。,39。極點39。)。figure。zplane(bt,at)。grid on。title(39。橢圓型量化后零極點分布39。)。legend(39。零點39。,39。極點39。)。for i=1:4 z1=dectobin(b(i),6)。 disp(z1)。endy0=[(a(1)1) (a(2)1) (a(3)1) (a(4))]。for i1=1:4 y2=dectobin(y0(i1),6)。 disp(y2)。end上述程序設(shè)計了三種數(shù)字濾波器，分別是橢圓、巴特沃斯和切比雪夫數(shù)字濾波器。，巴特沃斯濾波器階數(shù)N=7，切比雪夫濾波器階數(shù)N=4，而橢圓濾波器階數(shù)最小（N=3），再比較幅頻特性，巴特沃斯濾波器過渡帶特性最差，而橢圓濾波器，過渡帶較陡，幅頻特性較好。綜上兩點，選擇設(shè)計橢圓數(shù)字濾波器。 三種數(shù)字濾波器幅頻特性比較上述程序還實現(xiàn)了橢圓數(shù)字濾波器系數(shù)量化和量化前后濾波器幅頻特性和零極點分布比較，其中調(diào)用了用戶編寫的a2dt和dectobin函數(shù)，用于實現(xiàn)系數(shù)量化，a2dt和dectobin程序不在這列出。 。，使用5 5位二進制系數(shù)量化前后的幅頻特性 6位二進制系數(shù)量化前后的幅頻特性位二進制系數(shù)量化前后幅頻特性相差很大，使用6位二進制系數(shù)量化前后幅頻特性相差很小，兩者曲線幾乎重合。，使用6位二進制系數(shù)量化前后零極點分布相差很小。綜上兩點，故采用6位二進制系數(shù)量化。 6位二進制系數(shù)量化前零極點分布 6位二進制系數(shù)量化后零極點分布。，某些數(shù)據(jù)是負數(shù)，在此只取其大小進行量化。 6位二進制系數(shù)量化結(jié)果分母多項式系數(shù)b(n)六位二進制分子多項式系數(shù)a(n)六位二進制b(0)=0000101a(0)=1000000b(1)=0000101a(1)=1100011b(2)=0000101a(2)=1010001b(3)=0000101a(3)=0011001重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 VHDL程序設(shè)計5 VHDL程序設(shè)計 VHDL語言簡介VHDL（VeryHighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language）意為超高速集成電路硬件描述語言，起初是由美國國防部開發(fā)并使用，后來由IEEE進一步發(fā)展完善并作為IEEE標準[13]。從此，VHDL成為標準的硬件的描述語言，推動了電子技術(shù)的飛速發(fā)展，是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的主要硬件描述語言，在EDA領(lǐng)域扮演著重要的角色。各大EDA公司和EDA領(lǐng)域的技術(shù)人員都將其作為重要的發(fā)展目標。VHDL語言能成為標準的硬件描述語言并得到廣泛的使用，它自身必然具有其他硬件描述語言所不具備的優(yōu)點。VHDL語言具有設(shè)計方法靈活多樣、強大的硬件描述能力、很強的移植能力、設(shè)計描述與器件無關(guān)、易于共享和復(fù)用等優(yōu)點 [14]。VHDL在對硬件電路描述的過程中應(yīng)該遵循一定的流程。采用VHDL語言進行硬件電路設(shè)計的開發(fā)步驟主要包括確定總體設(shè)計方案、確定電路具體功能、劃分模塊并編寫程序、仿真、綜合、優(yōu)化、布局布線、生成下載文件、下載運行等 [15]。在具體步驟施行的時候，可能出現(xiàn)很多問題，比如程序結(jié)構(gòu)不合理、綜合錯誤、仿真結(jié)果不理想、硬件運行結(jié)果不理想、下載不成功等。這些都要求設(shè)計人員有著很強的問題分析解決總結(jié)能力，對VHDL語言有很深的理解，且擁有一定的設(shè)計經(jīng)驗。本設(shè)計中，主要利用VHDL語言設(shè)計有限狀態(tài)機。有限狀態(tài)機（Finite State Machine，簡稱FSM）及其設(shè)計技術(shù)是實用數(shù)字系統(tǒng)中的重要組成部分，也是實現(xiàn)高效率高可靠邏輯控制的重要途徑。用VHDL語言可以設(shè)計不同表達方式和不同實用功能的狀態(tài)機。利用VHDL設(shè)計的邏輯系統(tǒng)中，有許多是可以利用有限狀態(tài)機的設(shè)計方案來描述和實現(xiàn)的。相比于同樣基于VHDL的其他設(shè)計方案，使用有限狀態(tài)機的設(shè)計方法有很多優(yōu)點，比如順序控制靈活且性能優(yōu)越；結(jié)構(gòu)相對簡單，設(shè)計方案相對固定；構(gòu)建性能良好的同步時序邏輯模塊，能很好地解決競爭冒險現(xiàn)象；高可靠邏輯控制等。描述狀態(tài)機常用的方法有狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)移表兩種。本設(shè)計采用狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。 DA電路配置本設(shè)計是基于spartan3e開發(fā)板。