唐 山 学 院
数字信号处理 课 程 设 计
题 目 基于MATLAB的数字滤波器设计
系 (部) 信息工程系
班 级
姓 名
学 号
指导教师
2014 年 1 月 6 日至 1 月 10 日 共 1 周
2014 年 1 月 9 日
课程设计成绩评定表
出勤
情况 出勤天数
缺勤天数
成
绩
评
定 出勤情况及设计过程表现（20分）
课设答辩（20分）
设计成果（60分）
总成绩（100分）
提问
（答辩）
问题
情况
综
合
评
定
指导教师签名：
年 月 日
1 引言
数字滤波在通信、图像编码、语音编码、雷达等许多领域中有着十分广泛的应用。目前，数字信号滤波器的设计在图像处理、数据压缩等方面的应用取得了令人瞩目的进展和成就。近年来迅速发展起来。
MATLAB是美国MathWorks公司推出的一套用于工程计算的可视化高性能语言与软件环境。MATLAB为数字滤波的研究和应用提供了一个直观、高效、便捷的利器。它以矩阵运算为基础，把计算、可视化、程序设计融合到了一个交互式的工作环境中。MATLAB推出的工具箱使各个领域的研究人员可以直观方便地进行科学研究、工程应用，其中的信号处理(signalproeessing)、图像处理(imageproeessing)、小波(wavelet)等工具箱为数字滤波研究的蓬勃发展提供了有力的工具。
数字滤波器与模拟滤波器相比，具有精度高、稳定、体积小、重量轻、灵活、不要求阻抗匹配以及能实现模拟滤波器无法进行的特殊滤波等优点。本文主要介绍有限冲激响应数字滤波器（FIR）和无限冲激响应数字滤波器（IIR）的设计原理、方法、步骤以及在MATLAB中的实现，并以实例形式列出设计程序和仿真结果。
第２６卷第８期计算机仿真２００９年８月
文章编号：１００６—９３４８（２００９）０８－０３０４一０４
基于ＦＰＧＡ的ＩＩＲ数字滤波器的设计与仿真
屈星，唐宁。严舒，杨白
（桂林电子科技大学信息与通信学院，广西桂林５４１００４）
摘要：提出一种在ＦＰＧＡ中实现高速ＩＩＲ数字滤波器的方法，在理论卜分析了ＩＩＲ数字滤波器系数取整后的稳定性问题；利用ＦＤＡＴｏｏｉ设计滤波器，在Ｍａｔｌａｂ中编程仿真；使用实验仿真的方法确定ＩＩＲ滤波器系数量化字长，保证了ＩＩＲ滤波器性能和硬件资源的优化，使ＩＩＲ滤波器能适用高速场合，研究了ＦＰＧＡ中运算部件的运算特点，采用Ｖｅｒｉｌｏｇ硬件描述语言实现迭
代运算及有符号数乘法；最后编程实现ＩＩＲ数字滤波器，通过Ｑｕａｒｔｕｓｌｌ仿真并在ＦＰＧＡ上实现。通过试验验证，该方法设计的ＩＩＲ数字滤波器收敛，能适用于对实时性要求高的系统中。关键词：现场町编程门阵列；无限长脉冲响应数字滤波器；硬件描述语言；数字信号处理中图分类号：ＴＮ９１ｌ文献标识码：Ｂ
ＤｅｓｉｇｎｏｆＩＩＲＤｉｇｉｔａｌＦｉｌｔｅｒＢａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ
ＱｕＸｉｎｇ，ＴＡＮＧＮｉｎｇ，ＹＡＮＳｈｕ，ＹＡＮＧＢａｉ
（ＧｕｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＧｕｉｌｉｎＧｕａｎｇｘｉ５４１００４，Ｃｈｉｎａ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：ＡｍｅｔｈｏｄｏｆｄｅｓｉｇｎｉｎｇｈｉｇｈｓｐｅｅｄｄｉｇｉｔａｌｆｉｌｔｅｒｂａｓｅｄＦＰＧＡｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ，ａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｔｈｅ
ｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＩＩＲｄｉ酽ｉａｌｆｉｌｔｅｒａｆｔｅｒｒｏｕｎｄｉｎｇｔｈｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ．ＴｈｅｆｉｌｔｅｒｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙｕｓｉｎｇＦＤＡＴｏｏｌ，ａｎｄｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓｐｒｏｇｒａｍｍｅｄａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄｉｎＭａｔｌａｂ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅＩＩＲ
・３４・ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｒａ Ｎｏ．１０ ２０１０
基于ＶＨＤＬ的ＦＩ Ｒ低通数字滤波器设计与仿真
张静秋
（扬州环境资源职业技术学院，江苏扬州２２５１２７）
摘要：以ＦＩＲ数字滤波器的设计为例，介绍了使用ＶＨＤＬ硬件描述语言进行数字逻辑设计的过程和方法，给出了在
Ｑｕａｒｔｕｓ ＩＩ的集成开发环境下的相应ＶＨＤＬ代码，并且利用Ｑｕａｒｔｕｓ Ｉ１内部的仿真器对设计进行了脉冲响应仿真和验证。
关键词：ＦＩＲ；数字滤波器；数字信号处理；ＶＨＤＬ语言
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ＦＩＲ Ｌｏｗ－ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＶＨＤＬ
ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎｇ—ｑｉｕ
（Ｙａｎｇｚｈｏｕ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｙａｎｇｚｈｏｕ，Ｊｉａｎｇｓｕ ２２５１２７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＦＩＲ ｄｉｇｉｔａｌ ｆｉｌｔｅｒ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ ｌｏｇｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＶＨＤＬ
ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｌａｎｇｕａｇｅ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ＶＨＤＬ ｃｏｄｅ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ Ｑｕａｒｔｕｓ ＩＩ
ｉｓ ｇｉｖｅｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｍｐｕｌｓｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｏｒ ｉｎ Ｑｕａｒｔｕｓ ＩＩ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＦＩＲ；ｄｉｇｉｔａｌ ｆｉｌｔｅｒ；ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ＶＨＤＬ ｌａｎｇｕａｇｅ
IIR滤波器、FIR滤波器与维纳滤波器
所谓数字滤波器，是指输入、输出均为数字信号，通过一定运算关系改变输入信号所含频率成分的相对比例或者滤除某些频率成分的器件。
数字滤波器从实现的网络结构或者从单位脉冲响应分类，可以分为无限脉冲响应（IIR）滤波器和有限脉冲响应（FIR）滤波器。它们的系统函数分别为：
1.1
nNnznhzH10)()( 1.2
1.1中的H(z)成为N阶IIR滤波器，1.2中的H(z)称为(N-1)阶FIR滤波器函数，这两种类型的设计方法有很大的区别。
IIR数字滤波器的设计既可以从模拟滤波器的设计入手来进行，也可以直接利用指标参数，通过调用滤波器设计子程序或函数来进行。可以利用脉冲响应不变法来设计IIR数字低通滤波器，按照技术要求设计一个模拟低通滤波器，得到模拟低通滤波器的传输函数，再按一定的转换关系将传输函数转换成数字低通滤波器的系统函数H(z)。
设模拟滤波器的传输函数是sHa()，相应的单位冲激响应是)(tha，对)(tha进行等间隔采样，采样间隔为T，得到)(nTha，将h(n)= )(nTha作为数字滤波器的单位取样响应，那么数字滤波器的系统函数便是h(n)的z变换，因此脉冲响应不变法是一种时域上的转换方法，它使h(n)在采样点上等于)(tha
NiiiassAsH1)(
1.3
NiTsizeAzHi111)( 1.4
将sHa()在s平面上沿虚轴按照周期2pi/T延括后，再按标准映射关系sTez，映射到z平面上，就得到了H(z)。
脉冲响应不变法的优点是频率坐标变化时线性的，如果不考虑频率混叠现象，用这种方法设计的数字滤波器会很好的重现模拟滤波器的频率特性。
