基于FPGA的FIR滤波器设计开题报告
基于FPGA的FIR数字滤波器设计
1、F PGA技术简介现场可编程门阵列FPGA是80年代末开始使用的大规模可编程数字IC器件，它充分利用EDA技术进行器件的开发与应用。
用户借助于计算机不仅能自行设计自己的专用集成电路芯片，还可在计算机上进行功能仿真和时序仿真，及时发现问题，调整电路，改进设计方案。
这样，设计者不必动手搭接电路、调试验证，只需短时间内在计算机上操作即可设计出与实际系统相差无几的理想电路。
而且，FPGA器件采用标准化结构，体积小、集成度高、功耗低、速度快，可无限次反复编程，因此成为科研产品开发及其小型化的首选器件，其应用极为广泛。
3.1 FPGA工作原理FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输入输出模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。
现场可编程门阵列（FPGA）是可编程器件，与传统逻辑电路和门阵列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，FPGA具有不同的结构。
FPGA利用小型查找表（16×1RAM）来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。
FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程。
3.2 FIR滤波器特点1）采用FPGA设计ASIC电路(专用集成电路)，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。
2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。
3）FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。
基于FPGA的FIR滤波器课程设计报告
基于FPGA的FIR滤波器的设计报告目录1 概述 (3)2 课程设计要求 (4)3 设计内容 (5)3.1课程设计内容 (5)3.1.1 设计题目 (5)3.1.2 设计要求 (5)3.2 设计方案的确定 (6)3.2.1滤波器的设计方法 (6)3.2.2 滤波器设计实现方法 (7)3.2.3方案确定 (8)3.3 设计方案的实现 (8)3.3.1利用FDATool工具设计FIR数字滤波器 (8)3.3.2 FIR数字滤波器的FPGA实现 (12)3.4 仿真测试与分析 (15)4 心得体会 (17)5 参考文献 (17)1 概述我们学生通过这次的课设深入理解和消化了基本理论、进一步提高综合应用能力并且锻炼独立解决问题的能力，我们将《数字信号处理》、《集成电路原理与应用》和《《FPGA系统设计与应用》几门课程融合在一起综合应用设计一个实用的数字FIR滤波器。
本报告中首先讲解了这次设计的具体内容，以及所要求的数字FIR滤波器的技术指标。
然后，数字滤波器的一些设计方法，并具体确定我这次设计所用的设计方案。
滤波器在matlab中的设计方法应用。
通过matlab得到所需滤波器的具体参数h（n），然后用这些所设计的参数，通过Quartus ii工具编程具体实现滤波器功能。
这次滤波器实现过程中，用到以下小模块：延时器，加法器，乘法器，减法器。
报告中有具体的VHDL源码程序。
仿真测试结果。
2 课程设计要求及注意事项1．设计过程以小组为单位，各组设一个组长，负责组织和协调本小组的讨论、任务分工等；2．设计过程必须在本组内独立完成，不得跨组参考或抄袭，避免方案出现雷同；3．设计书一律采用专用报告纸，用统一封面装订；4．课程设计原则上在3周内做完；5．最后一周周五进行优秀设计方案评选，在各组推选代表进行方案介绍的基础上，推选出2-3个优秀设计方案。
6．学有余力的学生在完成必做设计内容的基础上，可对内容进一步展开设计，以提高综合应用能力，锻炼独立解决问题的能力。
基于FPGA的FIR滤波器设计
FIR滤波器设计1项目背景1.1FIR和IIR滤波器FIR（Finite Impulse Response）Filter：有限冲激响应滤波器，又称为非递归线性滤波器。
FIR滤波器，顾名思义，其脉冲响应由有限个采样值构成。
长度（抽头数）为N、阶数为N−1的FIR系统的转移函数、差分方程和单位冲激响应分别如下列三式所示。
图510IIR（Infinite Impulse Response）Filter：无限冲激响应滤波器，又称为递归线性滤波器。
FIR相对与IIR来说，具有如下的优点：可以具备线性相位特性线性相位的概念：如果滤波器的N个实值系数为对称或者反对称结构，该滤波器具有线性相位。
W(n)=±W(N−1−n)W(n)=±W(N−1−n)线性相位的特性：通过线性相位滤波器的信号的所有频率部分具有相同的延迟量。
易于设计但FIR也有自身的缺点：同样指标的滤波器，FIR需要更多的参数，即实现时消耗更多的计算单元，产生更大的延迟。
1.2FIR滤波器的原理信号通过一个FIR滤波器其实就是信号与FIR滤波器的系数进行卷积（即乘累加）的过程。
我们以一个简单信号模型为例，了解一下FIR波形器的原理。
现在有三组信号，分别是：信号1：低频信号，即在时域上变化慢的信号，其输入先后为11112222。
信号2：直流信号，其输入先后为1111111。
信号3：高频信号，即在时域上变化快的信号，其输入先后为12121212。
简单的滤波器模型低通滤波器：11信号1与低通滤波器进行卷积运算，其结果再除以2，得到如下数据：111 1.5222。
可以看到，低频信号经过低通滤波器后，各个点仍然保持了其形状，而且在1变成2时，还变平缓了。
信号2与低通滤波器进行卷积运算，其结果再除以2，得到如下数据：1111111。
可以看到，直流信号与输入的信号完成相同。
信号3与低通滤波器进行卷积运算，其结果再除以2，得到如下数据：1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.51.5。
基于FPGA的FIR滤波器设计开题报告
[1] 刘凌.数字信号处理的FPGA实现.北京：清华大学出版社，2006
[2]赵雅兴.FPGA原理、设计与应用[M].天津：天津大学出版社，1999
[3]郑君里，应启珩，杨为里.信号与系统[M].北京：高等教育出版社，2011
五、论文工作安排
1.第一阶段：开题 3月下旬
2.第二阶段：设计阶段（实验工作阶段）4月初至6月初（两个月）
在经典滤波器采用的电路中，若要同时满足多个技术指标或达到较高的精度，往往涉及复杂、结构庞大、元件数量多，并且还可能达不到要求。随着利用计算机技术解决滤波器设计的不断深入，派生出了一个新的分支，即数字滤波器，同模拟滤波器相比，它具有精度高、灵活性好、便于大规模集成等突出优点。近二十年来，FPGA技术的飞速发展为数字滤波器的设计和实现开辟了一条广阔的道路。
近年来，FPGA市场开发十分迅速，各大FPGA厂商不断采用新技术来提高FPGA器件的容量，增强软件的性能。如今，FPGA器件广泛应用于通信、自动控制、信息处理等诸多领域，越来越多的电子设计人员在使用FPGA，熟练掌握FPGA设计技术已经是对电子设计工程师的基本要求。
自从xilinx公司1985年推出第一片FPGA以来，由于集成度高、方便易用、开发和上市周期短，使得FPGA器件在数字设计和电子生产中得到迅速普及和应用，发展潜力十分巨大。现在FPGA已经发展到可以利用硬件乘加器、片内存储器、逻辑单元、流水处理技术等特有的硬件结构，高速完成FFT、FTR、复数乘加、卷积、三角函数以及矩阵运算等数字信号处理。这样可以完成信号处理的主要技术，如中频采样、参数估计、自适应滤波、脉冲压缩、自适应波束形成和旁瓣对消等。
效能上，能够突破顺序执行；在上市时间上，用户的变更时间短；在成本上，能够跟随系统需求变化；可靠性方面，不需要使用作业系统；在长期维护上，具有可重设性质。
基于FPGA乘法器的FIR滤波器系统设计
基于FPGA乘法器的FIR滤波器系统设计FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，可以根据设计者的需求和要求进行编程，实现各种数字电路功能。
FIR （Finite Impulse Response）滤波器是一种常用的数字滤波器，其特点是能够对输入信号的有限长度的响应进行滤波处理。
本文将介绍基于FPGA乘法器的FIR滤波器系统设计。
首先，介绍FIR滤波器的原理。
FIR滤波器是一种线性时不变系统，其输出信号由输入信号的加权和组成。
FIR滤波器的输入经过一串系数的加权运算后，得到滤波器的输出。
FIR滤波器的传输函数为：H(z) = b0 + b1*z^(-1) + b2*z^(-2) + ... + bn*z^(-n)其中，bi是滤波器的系数，n是滤波器的阶数，z为单位延迟。
FIR 滤波器的输出信号可以表示为：y(n) = b0*x(n) + b1*x(n-1) + b2*x(n-2) + ... + bn*x(n-n)其中，x是输入信号，y是输出信号。
FIR滤波器的阶数决定了滤波器的性能，阶数越高，滤波器的频率响应越陡峭。
接下来，介绍基于FPGA乘法器的FIR滤波器系统设计。
FPGA乘法器是FPGA中的一种硬件资源，通常用于实现乘法运算。
FPGA乘法器的乘法操作可以并行地执行，可以大大提高FIR滤波器的运算速度。
在设计基于FPGA乘法器的FIR滤波器系统时，首先需要确定FIR滤波器的阶数和系数。
根据滤波器的需求，可以选择不同的阶数和系数。
然后，根据FIR滤波器的传输函数，可以将其转化为差分方程形式。
差分方程形式如下：y(n) = b0*x(n) + b1*x(n-1) + b2*x(n-2) + ... + bn*x(n-n)然后，将差分方程形式转化为数据流形式。
数据流形式中的每一步计算只涉及到少量的数据，可以并行地执行。
数据流形式如下：y(n) = b0*x(n) + b1*x(n-1) + b2*x(n-2) + ... + bn*x(0)接下来，需要将数据流形式转化为硬件电路。
基于FPGA的高速FIR数字滤波器设计的开题报告
基于FPGA的高速FIR数字滤波器设计的开题报告一、选题意义数字信号处理是一种关键技术，广泛应用于通信、雷达、音视频处理等领域。
而数字滤波器是数字信号处理的重要组成部分之一，用于移除信号中的噪声、加强特定频率成分等。
FIR数字滤波器是一种广泛应用的数字滤波器，它具有运算速度快、实现简单等特点。
FPGA作为一种可编程逻辑器件，具有可重构性、高速度、低功耗、高可靠性等优点，在数字信号处理领域得到了广泛应用。
本课题旨在利用FPGA高性能特点，设计开发一种基于FPGA的高速FIR数字滤波器，满足在特定应用场景下对信号的快速处理需求，具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、主要内容1. 对FIR数字滤波器的算法原理进行分析和设计，包括常见的窗函数设计、有限脉冲响应设计等，选择比较优的算法。
2. FPGA数字滤波器的硬件设计，包括数据的输入输出接口、滤波算法实现和时序控制器设计。
3. FPGA数字滤波器的仿真设计，包括基于MATLAB的算法仿真和基于ModelSim的硬件仿真等。
4. FPGA数字滤波器的实现与验证，包括采用相应工具对FPGA数字滤波器进行编译下载，将实验结果与仿真结果进行比较与分析。
5. 对设计的FPGA数字滤波器进行性能测试，包括运算速度、滤波效果等方面的测试，将其结果与已有的数字滤波器进行对比分析。
三、技术路线1. 确定常见的FIR数字滤波器设计算法，并选择较优的算法设计数字滤波器。
2. 设计FPGA数字滤波器的硬件结构，包括输入输出模块、滤波模块和时序控制模块等；并根据所选算法设计硬件逻辑。
3. 采用MATLAB进行设计算法的理论分析，从理论上验证算法的优越性。
4. 采用ModelSim进行硬件电路仿真，进行设计参数调整和错误修正，保证硬件逻辑的正确性和同步性。
5. 采用Quartus II进行编译下载，将设计的FPGA数字滤波器实现于FPGA芯片中，测试其性能。
四、研究难点1. 在设计算法时，需要充分了解各种滤波器设计算法的优缺点，并选择适合特定场景的算法。
FPGA课程设计报告--基于FPGA的FIR滤波器的设计
目录一设计目的 (2)二设计要求 (2)2.1、基本要求 (2)2.2、提高部分 (3)三设计原理 (3)3.1、线性FIR滤波器原理 (3)3.2 设计分析 (5)3.3 实验结果分析验证提示 (6)3.4 DDS原理简介 (6)四设计思路 (7)4.1基于matlab工具的滤波器系数计算 (8)五设计内容 (10)5.1、寄存器模块 (10)5.2加法器模块 (11)5.3 减法器模块 (14)5.4 乘法器模块 (16)六结果分析 (21)七参考文献 (23)八心得体会 (24)基于FPGA的FIR滤波器的设计一设计目的为了帮助学生深入理解和消化基本理论、进一步提高综合应用能力并且锻炼独立解决问题的能力，我们将《数字信号处理》、《集成电路原理与应用》和《FPGA系统设计与应用》几门课程融合在一起开设的FPGA综合实验课程设计。
主要从以下两方面考虑：1、设计内容突出FPGA及信号处理的理论和技术的综合应用。
如在数字滤波实验中，要求学生能够熟悉数字滤波器的基本原理，并能运用VHDL语言实现数字滤波。
并采用MATLAB软件实现的结果与运用VHDL实现的仿真结果进行，来验证其正确性。
最后通过实验装置进行硬件实现，并对结果进行综合分析。
2、如何将《数字信号处理》、《集成电路原理与应用》和《《FPGA 系统设计与应用》三门课程有机的结合起来，设计一实际的系统。
由学生在所学知识的基础上，查阅相关资料，自主设计，通过实验装置进行实现，并对结果进行综合分析，寻找最佳设计方案。
希望学生通过完成一个利用FPGA实现信号处理相关的课题的理论设计、程序设计和实验调试任务，提高他们分析解决实际问题的能力。
本设计要求运用课程所学知识，进行算法实现、 Matlab 仿真，VHDL程序设计，FPGA开发平台上调试，加深对FPGA在信号处理知识领域的理解与运用，培养对FPGA系统的开发技能。
二设计要求2.1、基本要求利用所学知识，采用VHDL语言完成FIR滤波器的设计仿真。
FIR数字滤波器的设计开题报告
FIR数字滤波器的设计开题报告
湖南科技大学2014届毕业设计（论文）开题报告
注：
1、开题报告是本科生毕业设计（论文）的一个重要组成部分。
学生应根据毕业设计（论文）任务书的要求和文献调研结果，在开始撰写论文之前写出开题报告。
2、参考文献按下列格式（A为期刊，B为专著）
A：[序号]、作者（外文姓前名后，名缩写，不加缩写点，3人以上作者只写前3人，后用“等”代替。
）题名、期刊名（外文可缩写，不加缩写点）年份、卷号（期号）：起止页码。
B：[序号]、作者、书名、版次、（初版不写）、出版地、出版单位、出版时间、页码。
3、表中各项可加附页。
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[1] 刘凌.数字信号处理的FPGA实现.北京：清华大学出版社，2006
[2]赵雅兴.FPGA原理、设计与应用[M].天津：天津大学出版社，1999
[3]郑君里，应启珩，杨为里.信号与系统[M].北京：高等教育出版社，2011
五、论文工作安排
1.第一阶段：开题 3月下旬
2.第二阶段：设计阶段（实验工作阶段）4月初至6月初（两个月）
近年来，FPGA市场开发十分迅速，各大FPGA厂商不断采用新技术来提高FPGA器件的容量，增强软件的性能。如今，FPGA器件广泛应用于通信、自动控制、信息处理等诸多领域，越来越多的电子设计人员在使用FPGA，熟练掌握FPGA设计技术已经是对电子设计工程师的基本要求。
自从xilinx公司1985年推出第一片FPGA以来，由于集成度高、方便易用、开发和上市周期短，使得FPGA器件在数字设计和电子生产中得到迅速普及和应用，发展潜力十分巨大。现在FPGA已经发展到可以利用硬件乘加器、片内存储器、逻辑单元、流水处理技术等特有的硬件结构，高速完成FFT、FTR、复数乘加、卷积、三角函数以及矩阵运算等数字信号处理。这样可以完成信号处理的主要技术，如中频采样、参数估计、自适应滤波、脉冲压缩、自适应波束形成和旁瓣对消等。
(2)可编程，自适应。
(3)频率范围宽。
(4)面积小，可协同工作。
(5)成本低。
(6)可靠性高，可重复使用。
三、课题研究方案
3.1研究思路
通过目前数字滤波器的几种实现方法的简单分析，我认为基于FPGA的数字滤波器具有许多优点，考虑到信息技术的发展对于数字滤波器的要求越来越，而目前滤波器的性能还不完善，于是选择了基于FPGA的数字滤波器作为主要研究内容。
数字技术革命导致了大量新的产品和解决方案的诞生，与之相随的是数字信号处理（DSP）领域的数字滤波器研究的发展。从20世纪70年代幵始，工程师们就开始用分立元件构造专用数字滤波器。和大规模集成电路（LSI）的发
展，使数字滤波器成为数字信号处理的核心技术。迄今为止，该技术发展程度如下：
(1)速度快、精度高。
总体方案设计；
前期检查；
产品结构的设计、仿真与优化；
中期检查；
3.第三阶段：撰写毕业设计论文与准备答辩 6月中旬
指导小组
成 员
姓名
职称
姓名
职称
指导教师意见
指导教师签字年月日
指导小组意见：
年月日
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通常滤波器在进行数据处理时用到了卷积运算，在设计中的解决这些乘法运算的思路是将它们转换成加减法，这是目前解决乘法运算的主流思想。
设计初期在MATLAB下对滤波器原理进行证明，分析FIR数字滤波器由于系数取整和采样值取整所引起的误差，在设计后期对电路实行前仿真和后仿真，也对仿真结果进行分析。
3.2设计流程
效能上，能够突破顺序执行；在上市时间上，用户的变更时间短；在成本上，能够跟随系统需求变化；可靠性方面，不需要使用作业系统；在长期维护上，具有可重设性质。
随着FPGA制造工艺的不断发展，FPGA已经从传统的数字逻辑的设计，发展到用于进行数字信号处理和嵌入式系统的设计。这就使得数字信号处理技术向着多元化实现的方向发展。
2.2 FIR与IIR滤波器相比具有的优势
(1).具有严格的线性相位又具有任意的幅度
(2).FIR滤波器的单位采样响应是有限长的，因而滤波器性能稳定；
(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。
2.3 使用FPGA器件进行研究的优点
二、课题的实用价值或理论意义
2.1 研究的意义
(1).在信号处理领域中，对信号处理的实时性、快速性的要求越来越高；
(2).模拟滤波器无法克服电压漂移、温度漂移和噪声等问题；
(3).数字滤波器具有稳定性高、精度高、设计灵活、实现方便等突出优点；
(4).FPGA在高速并行处理和数据传输中有独特的优势，FPGA正在前端信号处理中越来越多地代替ASIC和DSP。
在经典滤波器采用的电路中，若要同时满足多个技术指标或达到较高的精度，往往涉及复杂、结构庞大、元件数量多，并且还可能达不到要求。随着利用计算机技术解决滤波器设计的不断深入，派生出了一个新的分支，即数字滤波器，同模拟滤波器相比，它具有精度高、灵活性好、便于大规模集成等突出优点。近二十年来，FPGA技术的飞速发展为数字滤波器的设计和实现开辟了一条广阔的道路。
现场可编程门阵列FPGA器件的出现是超大规模集成电路技术和计算机辅助设计技术发展的结果。FPGA器件集成度高、体积小，具有通过用户编程实现专门应用功能。它允许电路设计者利用基于计算机的开发平台，经过设计输入、仿真、测试和校验，直到达到预期的结果。目前使用最多的可编程开发环境Quartus II 软件支持几乎所有的EDA（电子设计自动化）工具，并且可以通过命令行或Tcl脚本文件与第三方EDA工具之间进行无缝连接。但在很多工程设计应用中，由FPGA器件完成的主程序中只完成大量的数学运算，程序调试时以二进制形式输出的信号可视性差，给设计人员进行仿真、调试带来了很多不便。对于很多工程设计人员来说MATLAB是一种熟悉的具有强大的运算功能和波形仿真、分析功能的软件，如果能将FPGA与MATLAB接口，就可以快速、准确、直观地对FPGA程序进行校验和仿真，尤其在数字信号处理等工程应用领域具有实际意义。本文正是借助于MATLAB/Simulink工具设计分析FIR数字滤波器，并实现对FIR数字滤波器系统的模拟仿真。
电子与信息工程系
2012届本科毕业设计（论文）
开 题 报 告
题目基于FPGA的FIR滤波器的设计
班 级电子12-2
姓 名
指导教师
一、综述
随着信息时代和数字世界的到来，数字信号处理已成为一门极其重要的学科和技术领域。作为数字信号处理的一项重要内容，数字滤波器是语音与图像处理、模式识别、雷达信号处理、频谱分析等应用中的一种基本的处理部件，它能满足滤波器对幅度和相位特性的严格要求，避免模拟滤波器所无法克服的电压漂移、温度漂移和噪声等问题。有限冲激响应(FIR)滤波器能在设计任意幅频特性的同时保证严格的线性相位特性。目前FIR滤波器的实现方法有三种：利用单片通用数字滤波器集成电路、DSP器件和可编程逻辑器件实现。本文选用可编程逻辑器件实现FIR滤波器。