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《基于Verilog实现一维数字信号处理算法(FIR滤波器).doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、广东工业大学研究生课程考试试卷封面学院：题号分数12345678合计平时成绩总评成绩开课单位：专业：姓名：学号：考试科目:学生类别：考试时间:第周星期(年月日)开课学期：年秋季任课教师：说明：1.以上左栏学生填写,右栏老师填写;2.学位课考试的答题均写在答题纸上,考查课若无课堂考试可不用答题纸，但仍应填写此页封面;3.平时成绩根据任课教师所写的课程教学大纲规定评定；4.任课教师评完分后从网上录入成绩，再打印成绩单一式两份连同试卷、答题纸交教务员保管（保管四年）。1.设计内容本设计是一个基于FPGA的一维数字信号处理算法的
2、FIR的设计，设计使用Verilog语言编写FIR滤波器的模块，通过编译和综合，并通过MATLAB和modelsim仿真对比验证设计结果。2.设计原理有限冲击响应(FIR)滤波器和无限冲击响应(IIR)滤波器广泛应用于数字信号处理系统中。IIR数字滤波器方便简单,但它相位的线性,要采用全通网络进行相位校正。图象处理以及数据传输,都要求信道具有线性相位特性,而有限冲击响应(FIR)滤波器既具有严格的线性相位,又具有任意的幅度。与此同时FIR滤波器还具有以下优点：(1)FIR滤波器的单位抽样响应是有限长的,在有限z平面上不存
3、在极点，其运算结构中不存在反馈支路，即没有环路，因而滤波器性能稳定。(2)只要经过一定的延时,任何非因果有限长序列都能变成因果的有限长序列,因而能用因果系统来实现。(3)FIR滤波器由于单位冲击响应是有限长的,因而可用快速傅里叶变换(FFT)算法来实现过滤信号,可大大提高运算效率,因此越来越受到广泛的重视。如果的长度为N，则它的系统函数和差分方程一般具有如下形式：根据差分方程直接画出FIR滤波器的结构，称为直接型结构。如图所示：图2.1FIR滤波器直接结构FIR滤波器的特点：(1)系统的单位冲击响应h(n)在有限个n值处
4、不为零。(2)系统函数H(z)在
5、z
6、>0处收敛,极点全部在z=0处(稳定系统)。(3)结构上主要是非递归结构,没有输出到输入的反馈,但有些结构中(例如频率抽样结构)也包含有反馈的递归部分。对线性时不变系统保持线性相位的条件是：单位脉冲响应为偶对称或奇对称。即：为设计线性滤波器，应保证h(n)为对称的。1）若N为偶数，其线性相位FIR滤波器的对称结构流图：图2.2若N为偶数线性相位FIR滤波器的对称结构流图图中：“+1”对应偶对称情况，“-1”对应奇对称情况。当n为奇数时，最后一个支路断开。2）若N为奇数，其线性相位FI
7、R滤波器的对称结构流图：图2.3N为奇数线性相位FIR滤波器的对称结构流图在本设计中，我们采用线性FIR低通滤波器，所采用的阶数N=8，所以是偶对称的，估采取图2.2的结构，其中“±1“取“＋1”。3.设计思路由上面的FIR滤波器的对称结构流图，可知要在FPGA上实现FIR滤波器，首先要确定滤波器的抽头系数h（n）。其系数的确定，我们可以通过两种办法来实现：第一种就是通过MATLAB编写FIR滤波器程序，然后直接导出抽头系数“h（n）”；另外一种办法就是使用MATLAB自带的FDATOOL简便地设计一个FIR滤波器，然后
8、导出系数。考虑到要更直观地描述FIR滤波器的设计，我采用了第一种方法，用编写MATLAB代码的方式设计一个FIR低通滤波器。设计好滤波器后，接着就是准备一维数字信号（语音信号），通过滤波器的滤波，看能把语音信号中的高频的信号滤除，只剩下低频的信号，从而验证滤波器的性能。然后再把语音信号保存起来，以供后面验证用Verilog设计的FIR滤波器模块使用。这里面涉及到怎样读取音频文件的问题，这就需要了解音频文件的格式（.wav），每个音频文件都有文件头，这个文件头就包含了音频文件的很多像类似采样率这样的信息。文件头后就是具体的
9、语音信号。做好准备工作后，就可以在QUARTUSII里面编写Verilog代码了。由于是硬件描述语言，所以设计的思路很简单，就是通过把输入序列移位，然后首位对称相加再乘以抽头系数，然后把相乘结果再相加最后给输出。其中涉及的难点是FPGA对有符号小数的乘法处理部分。在QUARTUSII编写好模块之后，就要用到modelsim来对设计进行仿真。对于仿真信号的输入，我们可以添加一个altera的romIP核来存放之前用MATLAB读取的语音信号，然后通过时钟的驱动一个一个输入到FIR滤波器模块，最后在modelsim中显示滤波
10、器的输出结果，同时把滤波器的输出结果保存起来，以备最后用来跟用MATLAB设计的滤波器的结果作对比。验证的最后一步，就是要把modelsim输出的仿真结果用MATLAB进行绘图，和之前MATLAB的仿真输出结果进行比较，从而验证滤波器的设计是否成功。4.设计过程1）用MATLAB仿真FIR滤波器用MATLAB仿真设计
