30341字

目 錄
摘 要 1
第1章 緒 論 2
1.1 數(shù)字濾波器的研究背景與意義 2
1.2 數(shù)字濾波器的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 2
1.3 數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)方法分析 4
1.4 本章小結(jié) 4
第2章 數(shù)字濾波器的概述 5
2.1 數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu) 5
2.1.1 IIR濾波器的基本結(jié)構(gòu) 5
2.1.2 FIR濾波器的基本結(jié)構(gòu) 7
2.2 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理 8
2.2.1 濾波器的性能指標(biāo) 8
2.2.2 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法 9
2.2.3 FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法 10
2.3 IIR濾波器與FIR濾波器的分析比較 12
2.4 本章小節(jié) 13
第3章 數(shù)字濾波器的算法設(shè)計(jì)及仿真 14
3.1 由模擬濾波器設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器 14
3.1.1 巴特奧茲濾波器 14
3.1.2 切比雪夫?yàn)V波器 15
3.1.3 橢圓濾波器 17
3.2 用MATLAB設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器 18
3.2.1 FDATool界面 18
3.2.2 用Fdatool進(jìn)行帶通濾波器設(shè)計(jì) 20
3.3 將系統(tǒng)函數(shù)由直接型化成級(jí)聯(lián)型 22
3.3.1 二階節(jié)系數(shù)的確定 22
3.3.2 系數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼 23
3.4 本章小結(jié) 25
第4章 IIR帶通濾波器的VHDL描述及仿真 26
4.1 IIR帶通濾波器的VHDL描述 26
4.2 IIR帶通濾波器的MODELSIM仿真 28
4.2.1 仿真波形 28
4.2.2 仿真輸出 29
4.3 本章小節(jié) 29
第5章 總結(jié) 30
5.1 濾波器功能和性能總結(jié) 30
5.2 設(shè)計(jì)心得和體會(huì) 30
第6章 結(jié)束語(yǔ) 31
參考文獻(xiàn) 32
附 錄 33
譯 文 36
外文原文 40

摘 要

本文分析了國(guó)內(nèi)外數(shù)字濾波技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，介紹了數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)，在分別討論了IIR與FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，指出了傳統(tǒng)的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法過(guò)程復(fù)雜、計(jì)算工作量大、濾波特性調(diào)整困難的不足，提出了一種基于Matlab和Modelsim軟件的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法，完成了高Q值50Hz帶通IIR濾波器的設(shè)計(jì), 達(dá)到了通帶45-55Hz，衰減小于3db，阻帶40-60Hz，衰減大于80db的參數(shù)指標(biāo)。文中深入分析了該濾波器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能特點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)原理以及技術(shù)關(guān)鍵，闡述了使用MATLAB進(jìn)行帶通濾波器設(shè)計(jì)及仿真的具體方法。最后把整個(gè)設(shè)計(jì)方案用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行了描述并在Modelsim上仿真。Modelsim與Matlab的仿真結(jié)果對(duì)比說(shuō)明該設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性好，可精確到小數(shù)點(diǎn)后六位，穩(wěn)定后誤差小于萬(wàn)分之一；可移植性強(qiáng)，在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)不同的階數(shù)、精度和速度等要求對(duì)IIR 濾波器系數(shù)進(jìn)行靈活的修改，以實(shí)現(xiàn)任意階數(shù)的IIR 濾波器。因此，該設(shè)計(jì)方法可靠性好，效率高，極大的減輕了工作量，有利于濾波器設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。

關(guān)鍵詞 帶通濾波器；IIR；Matlab；VHDL；Modelsim仿真;


Abstract
This paper analyzes the situation of application and development of digital filter technology home and abroad. It introduces the basic structure of a digital filter, discusses different design methods of FIR and IIR filter, and points out that the traditional design method of digital filter is not only complex but also of heavy workload, even adjustment of filtering parametrer is very difficult. So it brings forwad another design method of digital filter which based on the Matlab software and Modelsim software. This paper introduces the design method of a high Q value band-pass IIR filter which meets the given standard -- the pass band is 45-55Hz, with attenuation of less than 3db; the stop band is 40-60Hz with attenuation greater than 80db. It deeply analyzes the design features and principles of the filter system and the key technical in the design. Then it describs the use of Matlab in design and simulation of the bandpass filte design. In the end, the procedure was simulated on Modelsim. Simulation results of Modelsim and Matlab compared to make proof of the accuracy of the design. It is proved that the design can be accurate at the sixth decimal place, stable error is within one ten thousandth; The design has good portability and widely practical application. In different applications, according to different performance requirements of order, speed and accuracy, etc, the IIR filter coefficients can change flexibly to make up of IIR filter of arbitrary order; In addition, VHDL procedure can also make certain optimizations, according to the different actual situation, to achieve greater speed or conservation of FPGA resources.

Key words　digital filter IIR Matlab VHDL Modelsim simulation

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