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摘 要

数字信号处理是一种将信号以数字形式进行处理的一种理论和技术，在日常通信、图像处理、遥感、声纳、生物医学、地震、消费电子、国防军事、医疗等方面有着日益广泛的应用。它的目的是将真实世界中的信号进行分析和滤波处理，从中筛选出有用的信号。数字滤波器是数字信号处理的一种，具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点，它不仅能完成模拟处理的大部分功能，满足滤波器对幅度和相位特性的严格要求，而且还能避免模拟滤波器无法克服的电压飘移，温度漂移和噪声等问题，模拟处理由于成本，可靠性等原因而无法具体实现的功能。

在现代电子系统中，FIR（Finite Impulse Response， FIR）数字滤波器以其良好的线性特性被广泛使用，属于数字信号处理的基本模块之一。本设计通过对FIR滤波器的实现结构比较，选取合适的FIR滤波器设计方案，用 MATLAB进行滤波器的系数计算并基于VHDL语言设计实现滤波器功能，通过Quartus II 对其仿真。

关键词：滤波器；VHDL；设计；仿真

FIR Digital Filter Design Based on VHDL

Abstract

Digital signal processing (DSP) is a signal in digital form for processing of a kind of theory and technology, in daily communication, biomedicine, image processing, remote sensing, sonar, earthquake, consumer electronics, defense, military, medical, etc have increasingly extensive application.

It will be in the real world is the purpose of signal analysis and filter processing, the sifting of useful signal. Digital filter is a kind of digital signal processing, high precision, high reliability, programmable change features or reuse, facilitate integration advantages, it can not only simulate complete handling most of the functions, meet the filter on the amplitude and phase characteristic of strict requirements, but also can avoid the analog filter cannot overcome voltage drift, temperature drift and noise problems, such as analog processing because of the cost, reliability and so on reasons, not the function of concrete realization.

In the modern electronic systems, FIR (Finite Impulse moisturiser Response, FIR) digital filter is widely used for its good linear features, belongs to one of the basic modules of digital signal processing. This design through comparison on the realization of the FIR filter structure, selection of appropriate design of FIR filter, MATLAB to carry on the filter coefficients are calculated and based on the VHDL language design function of filter by Quartus II to its simulation.

Keywords:Filter;VHDL;Design;Simulation

目 录

基于VHDL的FIR数字滤波器设计 I

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1课题背景及意义 1

1.2 课题主要研究内容 1

1.3工作平台介绍 2

1.3.1 MATLAB 2

1.3.2 Quartus II 2

1.4 FIR滤波器概念 2

1.5滤波器的方式及特点 3

1.5.1数字集成电路FIR滤波器 3

1.5.2 DSP芯片FIR滤波器 3

1.5.3可编程FIR滤波器 4

1.5.4 FIR滤波器的工作原理 5

第二章 方案分析及计算 6

2.1写出FIR滤波器的相关参数 6

2.2各模块的设计 8

2.2.1寄存器 8

2.2.2 第一级加法器 9

2.2.3乘法器 9

2.2.4第二级加，减法器 10

2.2.5第三级加，减法器 10

2.2.6输出级 11

2.3 FIR滤波器的原理图 12

2.4输出数据分析 12

第三章 结束语 15

致 谢 16

参考文献 17

附 录 18

1.寄存器源文件 18

2.第一级加法器源文件 18

3.乘法器源文件 19

4 第二级减法器 20

5.第二级加法器 21

6.第三级加法器 21

7.第三级减法器 22

8.输出级 23

引 言

1.1课题背景及意义

随着数字信息技术的发展，数字滤波器已在许多领域得到广泛应用。在数字滤波器设计中，以往都是通过硬件电路来实现其功能，当今计算机技术不断发展，应用软件能够实现数字滤波器的功能和时序仿真，因而直观再现滤波器性能。由于具有精度高，灵活性强等优点，已广泛应用在数字图像处理，数字通信，数字音响等领域。在信号处理领域中，对于信号处理的实时性，快速性的要求越来越高，因此在许多信息处理过程中，如对信号的过滤，检测，预测等，都要广泛的用到滤波器。

数字滤波器的功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。数字滤波器是一个离散系统，该系统能对输入的离散信号进行处理，从而获取所需的有用信息。本次设计通过VHDL和MATLABL软件仿真实现压电直线微电机控制系统中FIR低通数字滤波器，使本设计更加优化。

本设计基于VHDL语言实现压电直线微电机控制系统FIR低通数字滤波器的设计，首先将模拟信号转化成数字信号，再讲数字信号通过一定技术指标的FIR低通滤波器滤波。 本次设计姜维今后设计以EDA为核心部件的嵌入式系统集成提供技术准备，这不仅具有重要的理论意义，同时还具有重要的实际意义。

1.2 课题主要研究内容

本设计通过对FIR滤波器的实现结构比较，从多种滤波器中，从功耗、实际操作等不同方面，比较不同滤波器的利弊，选取合适的FIR滤波器设计方案，用 MATLAB进行滤波器的系数计算并基于VHDL语言设计实现滤波器功能，设计各个功能的器件，如加法器、乘法器等，将设计好的器件组合到一起，通过Quartus II 对其仿真，研究波形，判断出是否设计成功。低通数字滤波器实现方案的论证和比较。选择有限脉冲响应系统中合适的窗函数。利用Matlab仿真确定相关设计参数。用VHDL硬件语言完成低通滤波器的电路设计。对FIR滤波器进行层次化，模块化的逻辑设计。对设计的滤波器的各个功能模块进行仿真验证。

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