北华航天工业学院毕业论文
Abstract
With the rapid development of modern computer，filtering technology plays an important role in information processing，digital filter with its good filtering performance and gradually replace the analog filter. This paper introduces the principle of CORDIC algorithm，this paper puts forward the use of CORDIC algorithm realizes the arctan function computation method，based on the iterative algorithm，combined with good Numbers and the characteristics of the modular LATTICE structure design principle of digital filter，as the theoretical support of LATTICE structure digital filter design. Hardware structure of the assembly line by CORDIC algorithm structure and LATTICE structure，the design of hardware structure of the digital filter circuit，which based on the FPGA hardware implementation LATTICE structure design method of digital filter. This paper deeply analyzes the LATTICE structure of the realization of the digital filter system design principle and skill.
Keyword LATTICE structure，digital filter，FPGA
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目 录
第1章 绪论 ............................................................................................................................... 1
1.1 本课题研究意义 ............................................................................................................. 1 1.2 国内外研究现状分析 ..................................................................................................... 1 1.3 研究思路 ......................................................................................................................... 1 1.4 论文结构安排 ................................................................................................................. 2 第2章 CORDIC算法原理 ......................................................................................................... 4
2.1 CORDIC算法简介 .......................................................................................................... 4 2.2 CORDIC算法原理概述 .................................................................................................. 4 2.3 CORDIC算法实现的硬件结构 ...................................................................................... 6
2.3.1 状态机结构 ........................................................................................................... 6 2.3.2 流水线结构 ........................................................................................................... 6 2.4 本章小结 ......................................................................................................................... 7 第3章 FPGA设计概述 .............................................................................................................. 8
3.1 可编程逻辑器件 ............................................................................................................. 8
3.1.1 可编程逻辑器件简介 ........................................................................................... 8 3.1.2 使用FPGA可编程器件进行开发的优点 ........................................................... 8 3.2 FPGA硬件描述语言VHDL........................................................................................... 9
3.2.1 FPGA硬件描述语言VHDL简介........................................................................ 9 3.2.2 FPGA硬件描述语言VHDL优点...................................................................... 10 3.3 FPGA开发工具及设计流程 ......................................................................................... 10
3.3.1 ISE应用软件 ....................................................................................................... 10 3.3.2 Modelsim仿真软件 ............................................................................................. 10 3.3.3 Simplicity综合软件 ............................................................................................ 11 3.3.4 FPGA设计流程 ................................................................................................... 12 3.4 本章小结 ....................................................................................................................... 14 第4章LATTICE结构数字滤波器的设计与FPGA实现 ...................................................... 15
4.1数字滤波器概述 ............................................................................................................ 15
4.1.1数字滤波器的分类 .............................................................................................. 15 4.1.2滤波器的技术要求 .............................................................................................. 16 4.1.3数字滤波器的设计原理 ...................................................................................... 16 4.2 LATTICE结构FIR数字滤波器的设计方法 .............................................................. 17
4.2.1 LATTICE结构FIR数字滤波器的原理 ............................................................ 17 4.2.2 LATTICE结构FIR数字滤波器的设计 ............................................................ 18 4.3 LATTICE结构IIR数字滤波器的设计方法 ............................................................... 20
4.3.1 LATTICE结构IIR数字滤波器的原理 ............................................................. 20 4.3.2 LATTICE结构IIR数字滤波器的设计 ............................................................. 21 4.4 数字滤波器设计小结 ................................................................................................... 22 4.5 LATTICE结构数字滤波器的设计及仿真 ................................................................... 22
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4.5.1 各模块设计 ......................................................................................................... 22 4.5.2 数字滤波器设计与功能仿真 ............................................................................. 24 4.5.3整体设计与仿真分析 .......................................................................................... 27 4.6本章小结 ........................................................................................................................ 29 第5章结束语 ............................................................................................................................. 30
5.1 设计成果总结 ............................................................................................................... 30 5.2 设计心得 ....................................................................................................................... 30 参考文献 ..................................................................................................................................... 31 致谢 ............................................................................................................................................. 32 附录 ............................................................................................................................................. 33
附录1 ................................................................................................................................... 33 附录2 ................................................................................................................................... 40
IV
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LATTICE结构数字滤波器的设计与FPGA
实现
第1章 绪论
1.1 本课题研究意义
在现代通信系统中，由于各种精密计算和快速计算，使得对滤波器处理信号的实时性、和快速性要求越来越高。以往的模拟滤波器无法克服温度漂移、电压漂移和噪声等问题，因而带来了一些误差和不稳定因素。而数字滤波器所具有的稳定性高、精度高、速度快、等优点符合了时代的发展，从而对数字滤波器的研究有着极其重要的意义。
本课题所要设计的LATTICE结构数字滤波器，在实际应用中，可根据不同的阶数、精度和速度等要求对滤波器进行灵活的修改，以实现滤波器的设计。随着FPGA可编程器件的发展，以及它在高速并行处理和数据传输中所占有的独特优势，使得FPGA在前端信息处理中越来越多地代替了ASIC和DSP。本文就LATTICE结构与FPGA实现进行研究，希望把两者的优点以最大限度的形式展现出来，使数字滤波器的发展更加辉煌。
1.2 国内外研究现状分析
目前，国内外已经有了LATTICE结构的FIR滤波器、IIR滤波器、QMF滤波器及DT滤波器的研究。
Gay和Markel提出的LATTICE结构，在语音处理、功率谱估计、自适应滤波等方面得到了广泛的应用。
近年，上海交通大学的研究生们做了LATTICE结构数字滤波器的研究与设计，利用FPGA实现数字滤波器的设计与仿真，取得一定的研究成果。因而LATTICE结构的数字滤波器，可以广泛地应用于各种通信系统中。
1.3 研究思路
本文介绍了CORDIC算法的原理，提出了利用CORDIC算法实现arctan函数运算的方法，在迭代算法基础之上，结合具有良好数字和模块化特性的LATTICE结构，设计数字滤波器。通过CORDIC算法硬件结构中的流水线结构以及LATTICE结构，在FPGA的硬件基础上实现LATTICE结构数字滤波器的设计。在ISE平台下，运用VHDL对整体进
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行综合设计与调试，在Modelsim上进行仿真和仿真，优化总结设计成果。
选题明确目标奠基资料准备指导设计定位指导理论部分基础程序分析部分滤波器基础研究选择软硬件介绍分析滤波器设计方法研究规划程序设计仿真错误修正及优化总结设计成功 图1-1 总体设计流程图
1.4 论文结构安排
本文主要包括以下内容：
第1章，绪论。主要介绍了LATTICE结构数字滤波器的研究意义，国内外的发展状
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