FIR滤波器的设计_毕业论文.docx

【摘要】本文主要是对FlR的基本原理进行概述。对干脆型，级联型，第一类线性相位等结构图进行了分析。采纳了窗函数法，小波分析法，频率采样法，切比雪夫法来设计FIR数字滤波器。分析了FlRDF的特点之后,依据小波靠近方法利用多个小波函数来靠近志向漉波器的频率特性，很简沾设计多通带的带通/波器和多通带移相器.果纳MAT1.AB软件对HR数字波波器进行了仿真。利用FPGA来实现FlR数字滤波器，对FlR数字滤波器的内部模块结构进行了仿真。通过硬件描述语言给出了利用FPGA器件进行数字系统设计的设计潦程以及模块仿或。采纳了TMS320C54芯片来实现，应用FIRS指令来进行编程。【关键词】：FIR、MAT1.AB.TMS320C54、FPGAbstractThispaperisFIR,thebasicprinciplesoutlined.Directtype.Cascade,thefirstclassoflinearphasestructurechartanalysis.Usingthewindowmethod,waveletanalysis,thefrequencyofsampling,ChcbyshcvmethodtodesignFIRdigitalfiller.FIRDFanalysisoftheCharaCtCriSlies.Accordingtowaveletapproximationmethodusingwaveletfunctionovertoapproximatetheidealfrequencyofthefiltercharacteristics,verj,easytodesignamulti-band-passfiltersandmulti-bandphaseshifter.MAT1.ABsoftwareFIRdigitalfillerforthesimulation.FPGAtoachieveFIRdigitalfilter,theHRdigitalGlermOdUIein(heinternalstructureofthesimulation.ThroughhardwaredescriptionlanguageistheuseofFPGAdevicesforDigitalSystemDesignProcess.TMS32OC54chipusedtoachieveapplicationFIRsinstructionsforprogramming.KeywordFPGA、FIR、MAT1.AB.TMS320C54【摘要】IABSTRACTI前言I第1章滤波器的基本概念21.1 泄波器的原理和分类2滤波器的实现步骤2采样定理21.2 滤波器的技术指标31.3 数字波波器的系统特性3离散系统的实现3状态和张弛系统4因果性和可实现系统5稳定性5时不变性5线性和狂加性61.4 滤波器的分类61.5 数字潴波器设计的基本步骤6第2章FIR数字浊波器的基本网络结构82.1 FIR网络结构82.1.1 82.1.2 级联性与线性相位结构82.1.3 频率采样结构92.2 频率采样结构有两个突出优点10第3章卜IR数字滤波罂的设计H3.1 FIR滤波器设计Il3.1.1 FIR数字波波器的简介Il3.1.2 FIR数字滤波器的传统设计方法113.1.3 线性相位HR数字滤波器的条件和特点H3.1.4 FIR数字波波器设计原理分析123.2 采纳窗函数方法设计线性相位FIR浊波器的方法133.3 小波分析法153.3.1 的结构特征163.3.2 小波分析163.3.3 波波器设计的小波方法173.4 利用频率采样法设计HR滤波器183.4.1 用频率采样法设计滤波沿的线性相位条件183.4.2 靠近误差及改进措施183.5 切比雪夫靠近法设计FlR滤波器193.5.1 切比雪夫法最佳样拈近准则193.5.2 利用最佳一样兼近准则设计线性相位谑波器20第4章MAT1.AB仿真224.1 MAT1.AB的背景224.2 MAT1.AB在FIR中的应用224.3 FIR滤波器的MAT1.AB仿真实例23第5章.数字漉波器的实现275.1 数字波波的实现方法275.2 FIR数字滤波器的C54实现28TMS32OC54O2简介285.2.2TMS320C5402编程28FIR港波淞在TMS320C5402中的实现295.3 硬件描述语言HD1.)3153.1 HD1.设计方法3153.2 2VHD1.语言315.4 采纳FPGA的实现32探讨思路及方法335.4.2FPGA的设计流程355.5 HR滤波器的模块划分36输入模块37乘累加模块37锁存模块37限制模块385.6 总结与展望38【致谢】39参考文献40附录1：电路仿真41附录2：执行程序43附录3：英文原文46中文翻译56模拟泄波器与数字泄波器的设计对工程，应用数学及计算机科学都是特别甫要的。对设计人员来说，漉波器是限制，信号处理和通信领域的重要组成部分。在数字信号处理中，数字灌波是其基本处理方法之一，占有极其重要的地位。数字信号发展过程中的另一个全大进展是数字滤波器按单位脉冲响应h(n)的长度分类可分有限脉冲响应TlR)滤波器和无限脉冲晌应(IlR)泄波器。两者各有优缺点：IIR泄波器能以较低的阶次获得相同的幅度漉波性能，但般为非线性相位：FIR滤波器单位脉冲响应是仃限长的，系统必定稳定，且可以做成严格的线性相位，故在图像处理、数据传输等须要信道具有线性相位特性的场合应用广泛。FIR漉波器的设计方法有窗函数法、频率抽样法等，两种方法分别从时域和领域为动身点来进行设计。早在20世纪9()年头中期，MT1.B就已成为国际公认的信号处理的标准软件和开发平台。MAT1.AB是英文MATriX1.ABoratory(矩阵试验室)的缩写。该软件包括：数值分析、矩阵冲算、数字信号处理、建模和系统限制等应用程序。MAT1.AB语言简洁、紧凑、运用便利，有丰富的运算符号和库函数,还具有结构化的限制语句和面对对象编程的特点，陨着其版本的功能越来越强，从而被广泛用于仿真技术、自动限制和数字信号处理等领域。随着微电子技术及计算机协助设计(CAD)、协助工程(CAE)的发展，特殊是近二十年来，可编程ASICFPGA,CP1.D,EP1.D和硬件描述语言ABE1.、VHD1.的产生和发展，把电子系统设计与实现推向了一个全新的概念-电子系统设计自动化(ESDA).它可以采纳自顶向下的设计方法，从系统行为级的数学模型描述与仿真论证系统的可行性及确定最佳方案：它可以采纳自顶向卜.的递阶结构加强结构化，既易于设计调试，又便于对问物的杳找和解决。它可以采纳原理图、硬件描述语言或状态机等多种方法输入，并可调用软件系统供应的丰蛊的库文件，生成数字电路并映射到可编程逻辑器件中，进行逻辑功能仿真及实现后的时延仿真，设计者只需依据仿真结果修改电路直到满足设计要求，从而可以编程ASlC的片上设计与调试替代了板级设计与调试。全部这些都可以在计并机平台上通过支持系统设计实现的EDA软件在试验室里进行，极大地提高了产品的开发效率。这不仅使困难数字系统实现了系统设计自动化,系统生成单片化、系统设计与实现用户化，而Jl还把设计者从繁琐的工作中解脱出来，集中精力从事创建性的工作。可编程逻辑器件是一种可以构成各种用途逻辑的通用芯片，它是实现专用集成电路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)的半定制器件，它的出现和发展使电子系统设计师借助于CAD手段在试脸室里就可以设计自己的ASIC器件。特殊是FPGA<FieldProgrammableGateArray)的产生与发展，使其成为维微处理器、存储器之后的为电子数字系统设计而确定的乂种新的工业标准(即可以按标准产品书目在销售市场上购到)。数字系统正朝向以微处理器、存储器、FPGA三种标准积木块构成的集成方向发展。数字信号处理潘(DigiIalSignalProCeSM>r)是一种适合对数字信号进行而速实时处理的专用处理器,其主要用来实时快速地实现各种数字信号处理算法。在当今的数字化时代背景卜，DSP已成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件。第1章滤波器的基本概念1.1 滤波器的原理和分类滤波器的实现步骤戏波器是用依据给定的要求对信号频谱进行修改或整形。通常,大多数的滤波器的功能是分别须要的信号与不须要的信号或噪声。信号或噪声一般依据其在频带内的频率成分或信号的能量进行描述，滤波器的技术指标i般是指频域内的幅频响应，增益或衰减。泄波器是指用来对输入信号进行滤波的硬件或软件。假如泄波器的辘入、输出都是离散信号,则该波波器的冲击响应也必定是离散的，这样的滤波器定义为数字滤波器。个数字滤波器可以用一个系统函数表示如卜.："(z)=T=崇(U)-tr*X(Z)A=I数字滤波器的功能，就是把输入序列X(n)通过肯定的运兑变换成输出序列Y(n)°一旦知道了对泄波器的要求，就可以确定港波器的技术指标，设计是从技术指标起先的，泄波器实现的过程包括四个一般步骤：(1)函数把近(2)电路实现(3)缺陷探讨(4)产品实现函数靠近是产生满足志向技术指标的转移函数。电路实现滤波器的转移函数转换为方框图(也叫数字浊波器网络)或转换为乙组对输入数字序列进行依次计算的方程。缺陷探讨探讨各种非志向因素的影响，如存储采样值和稀疏的有限字长，或在不违反滤波器技术指标的条件下所允许的最大化星步长。产品实现运用硬件(DSP处理器,专用硬件,常用V1.Sl芯片)或者在一般计算机,专用计莫机或阵列处理器上运行的软件构建泄波器的原型，须要作出以下判定：（八）期间的类型：(b)制造方法、数据字长、系数字长等等.采样定理臼然界发生的信号一般都是连续的，假如我们选用数字系统(如计兑机)来处理信号，就须要把连续信号转化为数字信号，可能还要把结果在转化为连续信号数字系统应当能去除不须要的信号及干扰信号。在处理信号之前，必需选择采样周期和量化电平数，采样周期选择错误会产生严峻误差并丢失信息。一个重:要的定理叫做采样定理，它给出了选择采样周期T准则。为r对采样定理的重要性有一个感性的相识，我们先考虑一频率的正弦信号。对频率为，的连续正弦信号XlJ(J)=sin(2"/+,)采样时，采样定理要求采样频率心庖大于Z,的两倍：=T以使f0)2fa首先假设连续信号有一个或多个正弦信号组成，其最高频率是,假如采样频率0至少是最高频率£的两倍，则正弦信号可由其等间隔的样值唯表示。当采样序列通过一个对高于.Zm”的正弦信号有抑制作用的系统时，原始连续信号就可以由采样序列重建。最小采样频率是人=2人2采样频率的一半叫做奈喂斯特频率，也叫做折段频率.奈奎斯特频率=2=I2T假如正弦信号的频率£人乂大于奈奎斯特频率2,经采样成为离散时间信号时就有小于奈奎斯特的信号混入，混入频率的出现就似乎有两个信号存在，一个频率是，另一个是人一£,新词成为混登频率。混段效应可通过一个称为连续低通抗混叠波波器的系统消退，该系统常用在连续信号离散化之前。在实际应用中，通常选择采样笏率为信号频率ZI最大值的4倍。1.2 滤波器的技术指标波波器的技术指标可用以下几种方式来表示：