基于FPGA的IIR数字滤波器的设计与实现

西南交通大学

硕士学位论文

基于FPGA的IIR数字滤波器的设计与实现

姓名：曾菊容

申请学位级别：硕士

专业：微电子学与固体电子学

指导教师：杨小雪

20080601

摘要

在现代电子系统中，诸如通讯、视频和图像处理等系统中都要求对信号处理要有实时性和灵活性，而现有的ＤＳＰ处理器难以同时达到这两方面的要求。随着可编程逻辑器件和ＥＤＡ技术的发展，ＦＰＧＡ在性能、成本、灵活性和功耗等方面的优势都突显出来，基于ＦＰＧＡ的信号处理器已广泛应用于各种信号处理领域。

本文完成了基于ＦＰＧＡ的ｆＩＲ数字滤波器的设计与实现。文章首先从资源和速度方面讨论ＤＳＰ基本算法中的加法器、乘法器、乘累加器，并且讨论了如何运用分布式算法来提高ＤＳＰ算法中的核心ＭＡＣ速度。然后结合ＩＩＲ数字滤波器的基本结构，针对分布式算法中查找表规模过大的缺点，采用级联或并联结构，利用多块查找表使得硬件规模极大地减小，提出了并行和串行相结合的设计方案，并且实现了级联方式的ｌＯ阶ＩＩＲ低通滤波器，又在ＯｕａｒｔｕｓＩＩ７．１软件平台上，采用Ｃｙｃｌｏｎｅ系列器件中的ＥＰｌＣ６０２４０Ｃ８，对设计的滤波器进行了仿真验证，然后对Ｍａｔｌａｂ理论值和仿真值进行了比较分析，验证了设计的ＩＩＲ滤波器的正确性。最后，还制作了硬件电路，以不同频率的方波作为输入信号，测试滤波效果。

实验系统测试结果表明，本文所设计的滤波器硬件规模较小，是对ＤＡ设计方法的一种发展改进，改进后系统最高时钟频率达到了８０ＭＨｚ以上，体现了设计的实时性。同时，只要将查找表进行相应的改动，就能分别实现低通、高通、带通ＩＩＲ滤波器，体现了设计的灵活性。

关键词：数字信号处理器；现场可编程逻辑器件；现场可编程门阵列；ＩＩＲ滤波器；乘累加器；分布式算法；查找表

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＳＰ；ＰＬＤ；ＦＰＧＡ；ＩＩＲｆｉｌｔｅｒ，ＭＡＣ；ＤＡ；咿

西南交通大学囱南父遽大宇

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