FPGA上8阶FIR滤波器设计：MATLAB与Verilog实现 - CSDN文库

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基于 FPGA 的 FIR 滤波器的程序设计

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1 概论

1.1 课题的目的和意义

数字滤波器是一个离散时间系统（按预定的算法，将输入离散时间信号要求

的输出离散时间信号的转换为所特定功能装置）。应用数字滤波器处理模拟信号

时，首先须对输入模拟信号进行限带、抽样和模数转换。数字滤波器输入信号的

抽样率应大于被处理信号带宽的两倍，其频率响应具有以抽样频率为间隔的周期

重复特性，且以折叠频率即 1/2 抽样频率点呈镜像对称。为得到模拟信号，数字

滤波器处理的输出数字信号须经数模转换、平滑。数字滤波器具有高精度、高可

靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。数字滤波器在语言信号处理、

图像信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域都得到了广泛应用。它涉及

到的领域很广，如通信系统，系统控制，生物医学工程，机械振动，遥感遥测，

地质勘探，故障检测，电力系统，航空航天，自动化仪器等。

数字滤波器的好坏对相关的众多工程技术领域影响很大，一个好的数字滤波

器会有效的推动众多的工程技术领域改造和学科发展。所以对数字滤波器的工作

原理，硬件结构和实现方法进行研究具有一定的意义。

FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在

PAL、GAL、CPLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集

成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，

又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

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）、输出输入模块 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，由此构成了即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

基于 FPGA 的 FIR 滤波器的程序设计

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最终决定了 FPGA 所能实现的功能, FPGA 允许无限次的编程。

1.2 FPGA 技术的发展及应用

FPGA 正处于高速发展时期，新型芯片的规模越大，成本也越来越低，低端

的 FPGA 已逐步取代了传统的数字元件，高端的 FPGA 将会成为今后竞争的主

流。

自 1985 年问世以来，FPGA 从集成电路与系统家族一个不起眼的小角色逐

渐成为电子设计领域的重要器件。它极大地提高了设计灵活性并缩短了产品上市

时间，在通信、工业控制、航空领域中广泛应用。

FPGA 行业集中度很高，几家美国公司掌握着行业的“制空权”。特别是在航

空航天及军工等特殊领域，美国等少数国家对先进的技术保持封锁。因此，发展

国内 FPGA 产业不是要不要的问题，而是怎么发展的问题。国内 IC 企业介入

FPGA 的时间并不长，多数公司还处于学习阶段。

Altera 公司和 Xilinx 公司为代表的 FPGA 厂商，除了在 FPGA 产品线上不断

推陈出新之外，也在不懈地提高开发软件的设计能力，他们的软件产品在很多方

面一点也不逊色于专业的 EDA 厂商，所以从这个角度来说，FPGA 厂商也是

EDA 公司。这里的代表性产品就是 Altera 公司的 Quartus II 开发软件和 Xilinx 公

司的 ISE 开发软件。

Altera 的 FPGA 开发工具已经经历了四代。从最初的基于 DOS 的 A+Plus，

发展到 Max+Plus，1991 年推出基于 Windows 的开发工具 Max+Plus II。Max+Plus

II 在 FPGA 设计工具里是一个划时代的产品，它提供了一种与结构无关的图形化

设计环境，功能强大，使用方便。设计者无须精通器件内部的复杂结构，而只需

要使用自己熟悉的设计输入工具（如原理图或者 HDL 语言）把自己的设计输入

到计算机中，Max+Plus II 就会自动把这些设计转换成最终结构所需的格式，用

户只要把最后生成的配置数据通过下载电缆下载到芯片中，即完成了所有的工作。

Quartus II 是 Altera 公司在 2001 年推出的第四代开发工具，是一个集成化的

多平台设计环境，能够直接满足特定设计需要，在 FPGA 和 CPLD 设计各个阶

段都提供了工具支持，并为可编程片上系统(SOPC)提供全面的设计环境，是一

个系统级的高效的 EDA 设计工具。而且，随着器件结构和性能的不断提高，器

件集成度的不断扩大，Altera 始终能够同步推出与之相适应的开发工具，满足了

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