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免费下载毕业设计-基于DE2平台的数字滤波器设计-IIR滤波模块

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资料简介

毕业设计-基于DE2平台的数字滤波器设计-IIR滤波模块,共45页,17097字,附程序、开题报告等
摘要
在现代电子系统中,诸如通讯、视频和图像处理等系统中都要求对信号处理要有实时性和灵活性,而现有的DSP处理器难以同时达到这两方面的要求。随着可编程逻辑器件和EDA技术的发展,FPGA在性能、成本、灵活性和功耗等方面的优势都突显出来,基于FPGA的信号处理器已广泛应用于各种信号处理领域。本文完成了基于DE2平台的IIR数字滤波器的设计与实现。数字信号处理在科学和工程技术等许多领域中得到了广泛的应用,其中数字滤波器是现代数字信号处理系统的重要组成部分。无限长单位冲激响应(IIR)数字滤波器是非常重要的一类滤波器,与有限长单位冲激响应(FIR)数字滤波器相比,它可以用较低的阶数获得高选择性,所要求的阶用存储单元少,且成本低、信号延迟小,同时还可以利用模拟滤波器设计成果,设计工作量相对较小。且IIR的实现采用的是递归结构,极点须在单位圆内,在相同设计指标下,实现IIR滤波器的阶次较低,即所用的存储单元少,从而经济效率高。
本课题采用一种基于DE2平台的现场可编程门阵列(FPGA)的IIR数字滤波器的设计方案。首先基于IIR数字滤波器的相关理论知识,研究了IIR数字滤波器的常用设计方法,并分析了各种IIR数字滤波器的实现结构等基本理论,由分析结果确定了所要设计的IIR数字滤波器的实现结构。然后基于FPGA的结构特点,研究了IIR数字滤波器的FPGA设计与实现,并通过Quartus Ⅱ设计平台,采用自顶向下的模块化设计思想,将整个IIR数字滤波器分为:时序控制、延时、补码乘加和累加四个功能模块。分别对各模块进行VHDL语言描述,并进行了仿真和综合。实现了级联方式的6阶18位IIR低通滤波器,又在QuartusII8.0软件平台上,采用Cyclone系列器件中的EP2C70F896C6N芯片,用MATLAB自动生成IIR滤波器的参数。最后,通过下载到DE2平台,连接JTAG综合,实现两只耳机输出滤波前与滤波后的效果的对比。结果表明,本设计的IIR数字滤波器运算速度较快,系数改变灵活,有较好的参考价值。
关键词:DE2 ;IIR滤波器; FPGA ; Verilog HDL语言; QUARTUS II 8.0

目录
前 言 5
第1章??绪论 6
1.1 滤波器的发展 6
1.2 EDA技术的发展 7
1.3 FPGA的发展 7
1.4 研究内容 7
1.5本课题研究的主要问题 8
第2章?设计相关知识简介 9
2.1 数字滤波器的概念及分类 9
2.1.1 滤波器知识简介 9
2.1.2 数字滤波器的分类 9
2.1.2.1 IIR滤波器介绍 10
2.1.3 IIR滤波器的系统函数 10
2.1.4IIR滤波器的特点: 10
2.2 DE2平台简介 11
2.2.1 DE2-70 开发平台结构 12
2.3 FPGA简介 13
2.3.1 FPGA概念 13
2.3.2 WM8731 14
2.3.3 FPGA主动方式简介: 14
2.3.4 FPGA设计流程 15
2.4 Quartus II 16
2.4.1 QuartusII设计流程概述 16
2.4.2 QuartusII设计详细流程 16
2.5 Verilog HDL语言 17
2.5.1 Verilog HDL的主要功能 17
2.5.2 Verilog HDL 模块化逻辑设计的结构框图 18
第3章?工程总体设计 19
3.1 总体需求 19
3.1.1 设计目标 20
3.2 硬件设计模型: 21
3.3软件设计模型: 21
3.4 总体功能描述 22
第四章、工程详细设计 22
4.1 硬件部分工程设计 22
4.2音频AD/DA器件WM8731 24
4.2.1锁相环变频模块 24
4.2.2引用ADDA模块 28
4.3设计IIR滤波器 30
4.3.1MATLAB获取滤波器系数 30
4.3.2 编写IIR滤波器模块代码 32
4.3.3 综合与错误检查 37
4.3.4 下载与测试 37
4.3.5功能展示 38
第5章 总结与展望 39
致谢 40
参考文献 41
附录 42

研究内容
本文主要研究了IIR数字滤波器的设计原理及方案,重点介绍了脉冲响应不变法,并以数字巴特沃斯滤波器为例介绍了其基于DE2平台的实现。数字滤波器在数字信号处理中占有极其重要的地位,并且被广泛应用。利用MATLAB信号处理工具箱中的滤波器设计和分析工具(FDATool)可以很方便地设计出符合应用要求的未经量化的IIR数字滤波器。需要将MATLAB设计出的IIR数字滤波器进一步分解和量化,从而获得可用FPGA实现的滤波器系数。
在现代通信系统中,由于信号中经常混有各种复杂成分,所以很多信号分析都是基于滤波器而进行的,而数字滤波器是通过数值运算实现滤波,具有处理精度高、稳定、灵活、不存在阻抗匹配问题,可以实现模拟滤波器无法实现的特殊滤波功能。数字滤波器根据其冲激响应函数的时域特性,可分为两种,即无限长冲激响应(IIR)数字滤波器和有限长冲激响应(FIR)数字滤波器。实现IIR滤波器的阶次较低,所用的存储单元较少,效率高,精度高,而且能够保留一些模拟滤波器的优良特性,因此应用很广。
本文首先介绍了数字滤波器的概念,分类以及设计要求。然后介绍相关软、硬件的背景知识,接着解释如何利用verilog语言编程,用Quartus设置输入输出,设置可通过的频率,编译程序,再调用FPGA上的锁相环(PLL)资源,这里要让软件生成这个模块的.v文件,最后通过DE_2平台实现。重点设计巴特沃斯数字低通滤波器,并介绍最优化设计。并进行结果分析和思考改进措施。
本课题研究的主要问题
1)DE2、FPGA原理和工作流程。
2)掌握并能灵活运用Verilog HDL语言和QuartusII软件进行数字电路的设计 。
3)掌握IIR滤波器工作原理,总体设计方案并进行模块化设计。
4)对设计进行综合、调试,并得出相关结论。掌握Verilog HDL语言,在利用QuartusII软件的基础上完成方案设计与实现,然后利用QuartusII进行功能仿真,通过对仿真结果进行优化,下载到DE2开发板上验证。

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