第7章iir數(shù)字濾波器設(shè)計-資料下載頁
2025-09-19 15:47本頁面
【導(dǎo)讀】第7章IIR數(shù)字濾波器設(shè)計。在QuartusII中使用IIR濾波器IP核。IIR濾波器一般采用遞歸方式來實現(xiàn)。波器當前輸出是輸入序列和以前各輸出值、、…數(shù)，這可以用下列差分方程來表示：。相應(yīng)地，IIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)可以表示為。在上一章已經(jīng)提及到，F(xiàn)IR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)只有。而IIR濾波器除了具有極點以外，一般還存在零。實現(xiàn)IIR濾波器的基本結(jié)構(gòu)共有三中：直接型、級聯(lián)型和并聯(lián)型。下面簡單介紹前兩種IIR濾波器的結(jié)。利用公式(7-2)，可以直接導(dǎo)出直接I型的IIR濾波器結(jié)。構(gòu)，可用下式來表示：。延時單元不能共用，需要個延。由此可以導(dǎo)出直接Ⅱ型的濾波器結(jié)構(gòu)。2階，共存在兩個反饋環(huán)節(jié)。對式(7-2)的分子、分母進行因式分解，由于中的系。數(shù)都為實數(shù)，的極、零點只可能是實數(shù)或者復(fù)共軛對，對于復(fù)共軛對因子，可以復(fù)合成二階因子：。式中系數(shù)都為實數(shù)。在DSPBuilder中，建立一個新模型，按照圖7-3調(diào)用。DSPBuilder模塊進行設(shè)計。參數(shù)“BusType”設(shè)為“signedFractional”。參數(shù)“NodeType”設(shè)為“Inputport”。參數(shù)“[].[numberofbits]”設(shè)為“8”
【正文】 同 FIR Filter Core一樣 ， Altera以及其它 FPGA廠商也提供了 IIR Filter Core。 IIR Filter Core同 FIR Filter Core一樣 ， 與 DSP Builer相結(jié)合 ， 可以在 Simulink環(huán)境中使用 (圖 711)。 IIR濾波器核在 DSP Builder中的使用 ， 與 FIR濾波器核大致是相同的 ， 因此本節(jié)就不再一一詳述了 。 IIR濾波器核除了與 DSP Builder可以銜接開發(fā)之外 ，也可以在 Quartus?II中直接使用 。 由于在前文中沒有詳細提及在 Quartus?II中使用 IP Core， 因而在這里加以介紹 。 第 7章 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計 圖 711 IIR Core模塊 第 7章 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計 配置 Quartus?II以便使用 IIR濾波器核 首先，必須確認 IIR濾波器核 (IIR Compiler)和Quartus?II是否安裝。 打開 Quartus?II集成環(huán)境 ， 新建一個項目 。 選擇菜單“ Assignments”→“Settings … ”， 打開 Quartus?II的設(shè)置對話框 ， 在對話框的左側(cè)選擇 “ User Libraries(用戶庫 )”， 見圖 712。 第 7章 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計 圖 712 設(shè)置用戶庫 第 7章 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計 使用 IIR濾波器核 首先完成 IIR濾波器核的安裝配置 ， 然后按照第 2章給出的相類似的方法 ， 定制使用 IIR濾波器核 。 具體步驟如下： 1. 打開 MegaWizard PlugIn Manager 選擇菜單“ Tools”→“MegaWizard Plug In Manager”，接著打開 MegaCore向?qū)?。在窗口的左?cè)選中“ IIR Compiler”，在右側(cè)選擇實現(xiàn)時的 HDL類型，并輸入生成 IIR濾波器核的名字 (見圖 713)。 第 7章 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計 圖 713 選擇 IIR Core 第 7章 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計 2. 選擇 IIR濾波器結(jié)構(gòu) 在前文中已經(jīng)提到 ， 常用的 IIR濾波器結(jié)構(gòu)共有三種：直接型 (Direct Form)， 級聯(lián)型 (Cascaded)?和并聯(lián)型?(Parallel)。 Altera的 IIR濾波器核對這三種 IIR結(jié)構(gòu)都是支持的 。圖 714是 IIR濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)置對話框 ， 在這里我們選擇了級聯(lián)型進行實現(xiàn) ， 濾波器階數(shù)設(shè)為 8。 圖 71 圖 716分別表示了另外兩種濾波器結(jié)構(gòu)的計算公式和結(jié)構(gòu) 。 第 7章 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計 圖 714 IIR濾波器結(jié)構(gòu) 第 7章 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計 圖 715 直接 Ⅱ 型 IIR結(jié)構(gòu) 第 7章 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計 圖 716 并聯(lián)型 IIR結(jié)構(gòu) 第 7章 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計 3. 導(dǎo)入濾波器系數(shù) 由于 IIR濾波器系數(shù)的計算要比 FIR濾波器復(fù)雜得多 ，對于 Altera的 IIR濾波器核 ， 其系數(shù)計算需要通過其它工具進行 ， 比如可以使用 MATLAB的 FDATool來完成 ，再通過圖 717的對話框?qū)?(通過文件 )。 系數(shù)導(dǎo)入后 ，IIR Compiler可以顯示當前系數(shù)的 IIR濾波器的幅頻響應(yīng) 。 第 7章 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計 圖 717 確定 IIR系數(shù) 第 7章 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計 對于 IIR濾波器而言 ， 還可以通過導(dǎo)入零極點值來確定 IIR濾波器的系數(shù) 。 IIR Compiler也提供了導(dǎo)入零極點來確定 IIR系數(shù)的方式 。 圖 718顯示了導(dǎo)入后 IIR濾波器的零極點圖 。 第 7章 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計 圖 718 IIR濾波器的零極點 第 7章 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計 4. ?IIR濾波器系數(shù)的量化 同 FIR濾波器一樣 ， 在 FPGA上實現(xiàn) ， IIR系數(shù)必須進行量化處理 ， 見圖 719。 我們在這里設(shè)置了輸入信號的位寬為 8位 ， 系數(shù)位寬為 16位 。 采用自動方式讓 IIR Compiler具體決定系數(shù)的歸一化問題 。 第 7章 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計 圖 719 量化 IIR濾波器系數(shù) 第 7章 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計 5. ?IIR濾波器的具體實現(xiàn) 為了提高 IIR濾波器的性能 ， 同時減少 IIR濾波器使用的資源 ， 需要對 IIR濾波器實現(xiàn)時的某些細節(jié)進行調(diào)整 ， 如圖 720所示 。 然后點擊 “ Finish”完成 IIR濾波器核的設(shè)置 。 第 7章 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計 圖 720 IIR濾波器實現(xiàn)的調(diào)整 第 7章 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計 6. 調(diào)用設(shè)計好的 IIR濾波器核 設(shè)計好的 IIR濾波器核可以通過多種方式調(diào)用 。 圖 721顯示了在 Quartus?II的原理圖方式設(shè)計中 ， 對設(shè)計好的 IIR濾波器核作為一個元件 (Symbol)進行調(diào)用 。 當然 ， 采用 VHDL調(diào)用設(shè)計好的 IIR濾波器核也是相當方便的 。 IIR Compiler在設(shè)計時提供了調(diào)用模板文件供設(shè)計者參考 。 另外 ， IIR Compiler也能生成一些仿真測試文件來簡化對核的測試過程 。 第 7章 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計 圖 721 調(diào)用設(shè)計好的 IIR濾波器核
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