基于FPGA的高阶FIR滤波器设计 (1).pdf

基于FPGA的高阶FIR滤波器设计的知识点涵盖了数字信号处理、硬件设计和工程实践等多个方面。FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可以通过编程来实现用户特定功能的集成电路。FIR（Finite Impulse Response）滤波器是一种数字滤波器，其输出仅取决于当前和过去的输入样本，而不依赖于滤波器的过去输出。 1. FIR滤波器设计的背景与应用 文章首先提到了滤波器设计的背景，如机抖分量、随机噪声等，强调了设计中对于频域要求的重要性。在数字信号处理中，滤波器是去除非期望频率成分的重要工具，而FPGA因其并行处理能力，能够高效地实现FIR滤波器的设计。 2. FIR滤波器的设计参数 文中明确了设计的FIR滤波器的参数，包括采样频率10kHz，截止频率100Hz，滤波方式为低通滤波器。输入数据宽度为18位，输出数据宽度为40位。这些参数是设计滤波器时必须考虑的关键点。 3. MATLAB在FIR滤波器设计中的作用 文中提到使用MATLAB软件及其FDATool工具来计算滤波器的系数。在设计过程中，通过FDATool工具设置参数并生成滤波器系数。这里涉及到使用Kaiser窗设计滤波器，优化滤波器的幅频和相频特性。 4. 滤波器系数的量化与存储 由于FPGA无法处理浮点数，因此需要将MATLAB生成的浮点系数进行量化处理。文中详细说明了如何对系数进行放大和取整，并将其保存为TXT格式，最终转换为FPGA可以使用的COE文件格式。这一步骤对于保证滤波器精度和FPGA实现至关重要。 5. FPGA硬件实现的细节 文章对FPGA硬件实现的内部结构和逻辑进行了详细描述，包括系数存储器、采样数据存储器、累加器、乘法器模块和控制逻辑模块的使用。其中提到FPGA内部集成了ROM、RAM和乘法器的IP核，这些IP核被调用来产生滤波器的关键组件。 6. ROM与RAM的读写操作 文章介绍了在FPGA中进行数据读写操作的方法，包括ROM模块和RAM模块的读出顺序和控制逻辑。这是实现滤波器功能的基础。控制逻辑模块的作用在于协调采样数据和滤波系数的输出以及滤波器的输出。 7. VHDL关键代码的理解 文中提供了一些VHDL关键代码的片段，用以说明如何控制数据的读取与计算。这段代码解释了FPGA内部如何实现滤波器算法，包括累加器的使用和数据的截取。 8. FIR滤波器的系统函数 文章简述了FIR滤波器的基本系统函数，阐述了滤波器功能实现的数学原理。 本文介绍了基于FPGA的高阶FIR滤波器的设计过程，涵盖了从理论分析、MATLAB设计工具使用、系数量化处理，到最终FPGA硬件实现的整个流程。文章中详尽的步骤和逻辑结构为读者提供了一个学习和实践高阶FIR滤波器设计的参考框架。