FIR数字滤波器的设计与实现

《DSP技术与应用》

课程设计报告

课 题 名 称： 基于DSP Builder的FIR数字滤波器的设计与实现

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基于DSP Builder的FIR数字滤波器的设计与实现

基于DSP Builder的FIR数字滤波器的设计与实现

摘要：数字滤波器是数字信号处理中的核心环节，而FIR数字滤波器因其具有

严格的线性相位，系统总是稳定等特点而广泛应用于数字信号处理的各个领域，因此是一个重要的研究课题。随着微电子技术的发展，数字信号处理得到了飞速发展。数字滤波器是谱分析、雷达信号处理、通信信号处理应用中的基本处理算法，在数字音频、图像处理、数据传输、生物医学等领域得到了广泛应用。

本文内容包括FIR数字滤波器的网络结构、线形相位条件和特点以及设计方法、基于MATLAB/Simulink的DSP设计技术、详细的设计流程向导、ModelSim仿真等。本文通过一个设计实例，提出了一种采用DSP Builder实现有限冲激响应滤波器的设计方案，并以一个20阶低通数字滤波器的实现为例，设计并完成软件仿真与验证。

通过仿真与验证，本系统所设计的数字滤波器能够成功运行，且所设计滤波器稳定性好，精确度高，不易受环境影响。在利用FPGA进行数字滤波器的开发时，采用基于Matlab环境的DSP Builder作为设计工具可以更方便的建立模型，完成整个设计。

关键词：MATLAB；数字滤波器；DSP Builder；FIR

基于DSP Builder的FIR数字滤波器的设计与实现

The FIR digital filter design and implementation of

DSP based on Builder

Abstract: the digital filter is a key link in digital signal processing, and FIR

digital filter because of its strict linear phasecharacteristics of the system is always stable, so it is widely used in various fields of digital signal processing, so it is an important research topic. With the development of microelectronics

technology, digital signal processing has been the rapid development. Digital

filter is the spectrum analysis, radar signal processing, communication and signal processing applications in the basic algorithm, has been widely applied in digital audio, image processing, data transmission and biomedical fields.

The content of this paper includes FIR digital filter with linear phase condition and network structure, characteristics and design method and DSP

design technology, MATLAB/Simulink detailed design process wizard, ModelSim simulationbased on. In this paper, through a design example, presents a realization of finite impulse response filter design schemeby using

DSP Builder, and to achieve a 20 order low-pass digital filter as an example, the design and complete the software simulation and verification.

Through simulation and verification, the system of the digital filter designed to run successfully, and the designed filter has good stability, high accuracy, less

susceptible to environmental impact. The development of digital filter in the use ofFPGA, using Matlab environment based on DSP Builder as a design tool can be more convenient to create models,complete the whole design.

Key words: MATLAB; Digital filter; DSP Builder; FIR.

基于DSP Builder的FIR数字滤波器的设计与实现

目录

一、绪论 ............................................ 1

（一）数字滤波器的研究背景 .............................................................................................................. 1 （二）数字滤波器的概念以及分类 ...................................................................................................... 2 （三）FIR和IIR滤波器的比较 ........................................................................................................... 2

二、FIR数字滤波器的原理 ............................. 3 三、DSP BUILDER设计流程 ............................. 4 四、基于DSP BUILDER的FIR数字滤波器的设计与实现 ..... 6

（一）利用DSP BUILDER库建立DDS模型 ............................................................................................. 6 （二）加入激励，完成系统仿真 .......................................................................................................... 6 （三）由SIMULINK模型转成VHDL .......................................................................................................... 7 （四）综合 .............................................................................................................................................. 7 （五）利用MODELSIM完成功能仿真 ....................................................................................................... 7 （六）编译适配 ...................................................................................................................................... 8

五、基于MATLAB的滤波器设计工具 ..................... 8

（一）滤波器指标 .................................................................................................................................. 8 （二）打开MATLAB的FDATOOL ............................................................................................................. 8 （三）滤波器分析 .................................................................................................................................. 9 （四）导出滤波器系数 ........................................................................................................................ 12

六、课程设计心得 ................................... 14 七、参考文献 ....................................... 15 八、附录 ........................................... 16

基于DSP Builder的FIR数字滤波器的设计与实现

一、绪论

（一）数字滤波器的研究背景

作为嵌入式系统的基础元件之一，FPGA的面貌正日新月异：逻辑单元不断增加、单位成本和功耗不断降低,而根本的设计灵活性和快速转换能力却始终未变。在变与不变的共同推动下,FPGA的价值发生了变化,它已从纯粹的建模工具发展成为适合中小批量生产的应用器件,而其应用也从早期的嵌入式通信系统扩展到了低成本的消费电子。

FPGA之所以越来越多地在嵌入式系统中得到应用,主要得益于它在低成本和低功耗两方面均取得了很好的进步,从而能够满足OEM日益紧迫的上市周期、不断缩减的成本结构和低功耗要求。“内外两个因素正驱动着这种以价值为基础的FPGA市场的高速发展。”Act公司中国区经理夏明威如是说，“内因是FPGA单位成本的急速下降。凭借半导体工艺技术的不断进步和制造效率的提高,FPGA已在很多对成本高度敏感的市场上与ASIC平分秋色。”

市场分析师对可编程逻辑器件市场的预测也验证了这一趋势。首先据市场调研公司Gartner Dataquest预测，2003到2008年，整体可编程逻辑市场的复合年均增长率达38%；其次,他们预测这一增长是由汽车和消费电子应用驱动的。他们还认为,FPGA在消费电子中的应用将于2008年超过10亿美元,即接近其2002年营收水平的10倍。增长的推动力主要来自全球数字和高解晰度广播电视传输标准、游戏和多媒体娱乐系统、LCD和等离子显示技术、以及家用DVR和DVD-W技术应用的不断上升；在汽车领域，FPGA将越来越多用于驾驶室内娱乐系统和GPS导航系统、信息、通信和安全系统。以FPGA为核心的PLD产品是近几年集成电路中发展得最快的产品。随着FPGA性能的高速发展和设计人员自身能力的提高,FPGA将进一步扩大可编程芯片的领地,将复杂专用芯片挤向高端和超复杂应用。目前FPGA的发展趋势主要体现在以下几个方面：

1、 向更高密度、更大容量的千万门系统级方向迈进； 2、 向低成本、低电压、微功耗、微封装和绿色化发展； 3、 IP资源复用理念将得到普遍认同并成为主要设计方式；

4、 MCU、DSP、MPU等嵌入式处理器IP将成为FPGA应用的核心； 5、 随着处理器以IP的形式嵌入到FPGA中，ASIC和FPGA之间的界限将越来越模糊，未来的某些电路版上可能只有这两部分电路：

6、 模拟部分(包括电源和一块FPGA芯片，最多还有一些大容量的存储

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