基于FPGA的IIR数字滤波器设计：MATLAB与VHDL实现策略

本文主要探讨了在单片机与DSP中基于FPGA的无限 impulse response (IIR) 数字滤波器的快捷设计方法。IIR滤波器因其能够用较少的阶数实现高选择性而被广泛应用，尤其是在信号处理、通信系统等领域。设计过程分为两个主要步骤： 1. MATLAB设计： - MATLAB是设计工具的选择，它提供了如`buttord`和`butter`函数用于设置滤波器指标，如阶数(N)，通带截止频率(wp和ws)，阻带截止频率(ws)，以及通带最大衰减(Rp)和阻带最小衰减(As)。用户首先需要确定滤波器的设计参数，然后通过这些函数计算出系数向量b和a。 - `freqz`函数进一步用于计算滤波器在k个复频率下的响应，并绘制幅频和相频特性曲线，确保滤波器性能符合设计要求。 2. VHDL语言编程： - 实现IIR滤波器在FPGA上，需要将MATLAB得到的系数b和a转化为VHDL语言。在Xilinx ISE等工具环境下，由于滤波器中的乘加运算涉及有符号数，通常会使用`IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED_ALL`包进行无符号二进制补码运算。然而，为了支持有符号数运算，可以改用`IEEE.STD_LOGIC_SIGNED.ALL`包。 - 在编写VHDL代码时，需要注意数据类型和操作符的选择，确保正确处理负数和溢出问题。此外，还要考虑到硬件资源的优化，如寄存器数量和布线策略，以适应FPGA的有限资源。 总结来说，本文的核心内容是介绍如何利用MATLAB进行IIR滤波器设计，然后将设计结果转化为VHDL代码，以便于在单片机或DSP与FPGA平台上实现高效的实时数字滤波功能。设计过程中强调了滤波器性能指标的设置、系数计算和硬件实现的细节。