【正文】 g unit design, storage unit design, block floatingpoint unit design, the address generation unit design, the function switch unit design and timing control unit design work . On the basis of the selected library as the FPGA device, use the modelsim simulation software, and analyze the results. Key Words:FFT。 本文應(yīng)用 Verilog 語(yǔ)言完成 32 點(diǎn)基 2 復(fù)數(shù)的 FFT 處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括蝶形運(yùn)算單元設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)單元設(shè)計(jì)、塊浮點(diǎn)單元設(shè)計(jì)、地址產(chǎn)生單元設(shè)計(jì)、功能切換單元設(shè)計(jì)以及時(shí)序控制單元的設(shè)計(jì)工作。速度上 ASIC更占優(yōu)勢(shì)，但是隨著點(diǎn)數(shù)的增加，芯片面積將迅速擴(kuò)大，也就意味著成本的提高。理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 基于 ModelSim 的 FFT 算法的設(shè)計(jì)學(xué)士學(xué)位論文 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II 摘 要 快速傅立葉變換 (FFT)作為時(shí)域和頻域轉(zhuǎn)換的基本運(yùn)算，是數(shù)字譜分析的必要前提。傳統(tǒng)的 FFT 使用軟件或 DSP 實(shí)現(xiàn)，高速處理時(shí)實(shí)時(shí)性較難滿足，因此專(zhuān)用集成電路(ASIC)和可編程邏輯器件 (以現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列 FPGA 為代表 )應(yīng)運(yùn)而生。而FPGA 內(nèi)部含有硬件乘法器，大量的存儲(chǔ)單元和可編程 I/O，十分適合于 FFT 處理器的實(shí)現(xiàn)，而且相對(duì) ASIC，成本低廉，可以反復(fù)編程，便于 調(diào)試，也更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。以選取的 FPGA 器件庫(kù)為基礎(chǔ)，使用 modelsim 軟件進(jìn)行仿真，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。Verilog。modelsim simulation理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 III 目 錄 1 緒論 ................................................................... 1 課題的背景及意義 ...................................................................................................... 1 FFT 的國(guó)內(nèi)外發(fā)展研究現(xiàn)狀 ....................................................................................... 2 通用數(shù)字信號(hào)處理芯片 .................................................................................... 2 專(zhuān)用集成電路芯片 ASIC .................................................................................. 3 可編程邏輯器件 ................................................................................................ 3 篇章結(jié)構(gòu) ...................................................................................................................... 5 2 離散福利葉變換的快速算法的基本理論 ..................................... 6 基 2FFT 算法 ............................................................................................................... 6 定點(diǎn)數(shù)的相關(guān)概念 .................................................................................................... 15 定點(diǎn)數(shù)的定義 ................................................................................................. 15 定點(diǎn)數(shù)加減法的溢出及檢測(cè)方法 ................................................................. 15 定點(diǎn)數(shù)的定標(biāo) ............................................................................................................ 16 有限字長(zhǎng)效應(yīng) ............................................................................................................ 16 塊浮點(diǎn)數(shù) .................................................................................................................... 17 3 FFT 的算法設(shè)計(jì) ......................................................... 18 FFT 處理器的實(shí)現(xiàn)框圖 ............................................................................................. 18 蝶形運(yùn)算單元的設(shè)計(jì) ................................................................................................ 18 流水線結(jié)構(gòu) ................................................................................................................ 25 存儲(chǔ)單元的設(shè)計(jì) ........................................................................................................ 26 FFT 數(shù)據(jù)存取規(guī)律分析 .................................................................................. 26 雙口 RAM 及其地址發(fā)生器的設(shè)計(jì) .............................................................. 27 ROM 及其地址發(fā)生器的設(shè)計(jì) ....................................................................... 30 浮點(diǎn)單元的 設(shè)計(jì) ........................................................................................................ 33 時(shí)序控制單元的設(shè)計(jì) ................................................................................................ 38 4 基于 verilog 語(yǔ)言的 FFT 的設(shè)計(jì)與仿真 ..................................... 40 ModelSim 介紹 ........................................................................................................... 40 ModelSim 仿真 ........................................................................................................... 40 建立工程 .......................................................................................................... 41 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 IV 加載文件 .......................................................................................................... 41 開(kāi)始仿真 .......................................................................................................... 42 結(jié)果分析 .................................................................................................................... 44 結(jié) 論 ................................................................... 46 致 謝 ................................................................... 47 參考文獻(xiàn) ................................................................ 48 附錄 A 英文原文 ........................................................ 50 附錄 B 漢語(yǔ)翻譯 ........................................................ 55 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 1 緒論 課題的背景及意義 隨著數(shù)字技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理（ Digital Signal Processing， DSP）技術(shù)已深入到各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，其應(yīng)用又是多種多樣，但數(shù)字信號(hào)處理基本上從兩個(gè)方面來(lái)解決信號(hào)的處理問(wèn)題：一個(gè)是時(shí)域方法，即數(shù)字濾波；另一個(gè)是頻域方法，即頻譜分析。其中，離散傅立葉變換（ Discretetime Fourier Transform， DFT）和卷積是信號(hào)處理中兩個(gè)最基本也是最常用的運(yùn)算，它們涉及到信號(hào)與系統(tǒng)的分析與綜合這一廣泛的信號(hào)處理領(lǐng)域。所以， DFT 在各種數(shù)字信號(hào)處理中起著核心作用，而 DFT 的快速算法快速傅立葉變換 (Fast Fourier Transform， FFT)就成為了數(shù)字信號(hào)處理的最基本技術(shù)之一，對(duì)FFT 算法及其實(shí)現(xiàn)方式的研究是很有意義的。在不同應(yīng)用場(chǎng)合，需要不同性能要求的 FFT 處理器。因此，如何更快速、更靈活地實(shí)現(xiàn) FFT 變得越來(lái)越重要。與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波器可以滿足濾波器幅度和相位特性的嚴(yán)格要求，可以克服模擬濾波器所無(wú)法克服的電壓漂移、溫度漂移和噪聲等問(wèn)題。同時(shí)由于其實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)主要是非遞歸的，因此 FIR 濾波器可以穩(wěn)定工作。 隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，在消費(fèi)電子領(lǐng)域要求處理速度更快、功耗更低、集成度更高和產(chǎn) 品開(kāi)發(fā)周期更短，因此許多數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法被不斷提出，其中基于 FPGA 的數(shù)字信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)技術(shù)就是其中的重要技術(shù)之一。 FPGA 技術(shù)的關(guān)鍵就是利用強(qiáng)有力的設(shè)計(jì)工具來(lái)縮短開(kāi)發(fā)周期，提供元器件的優(yōu)質(zhì)利用性，降低設(shè)計(jì)成本，并能夠并行處理數(shù)據(jù)，容易實(shí)現(xiàn)流水線結(jié)構(gòu)，且升級(jí)簡(jiǎn)便，提高設(shè)計(jì)的靈活性，這些都非常適合實(shí)現(xiàn) FFT 算法和 FIR 數(shù)字濾波器。鑒于此種趨勢(shì)，作者將基于 FPGA的 FFT 和 FIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)作為了研究課題。 通用數(shù)字信號(hào)處理芯片 通用數(shù)字信號(hào)處理芯片即 DSP 處理器， 按照 DSP 的用途，可分為通用型 DSP芯片和專(zhuān)用型 DSP 芯片 。 專(zhuān)用 DSP 芯片是為特定的 DSP 運(yùn)算而設(shè)計(jì)的，更適合特殊的運(yùn)算，如數(shù)字濾波、卷積和 FFT，如 Motorola 公司的 DSP56200， Zoran 公司的 ZR34881， Inmos公司的 IMSA100 等就屬于專(zhuān)用型 DSP 芯片 。這種實(shí)現(xiàn)方法具有軟件設(shè)計(jì)多用性的優(yōu)點(diǎn)，能夠適用于各種需要 FFT運(yùn)算和 FIR 數(shù)字濾波器進(jìn)行信號(hào)處理的應(yīng)用場(chǎng)合，靈活方便。在進(jìn)行大點(diǎn)數(shù) FFT 計(jì)算和 FIR 數(shù)字