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IIR數(shù)字濾波器的Matlab和FPGA實現(xiàn)

作者: 時間:2011-07-11 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:提出一種通過兩個二階節(jié)級聯(lián)構(gòu)成四階數(shù)字橢圓濾波器的設(shè)計方法,并利用仿真軟件設(shè)計了通帶內(nèi)波紋不大于0.1 dB,阻帶衰減不小于42 dB的。論述了一種采用可編程邏輯器件,通過VHDL硬件描述語言實現(xiàn)該濾波器的方法。給出了在QuartusⅡ軟件下的仿真結(jié)果,并在器件上驗證實現(xiàn)。實驗證明,這種方法是切實可行的。
關(guān)鍵詞:無限長單位脈沖響應(yīng)濾波器;;;VHDL

0 引言
具有比模擬濾波器精度高、穩(wěn)定、體積小、重量輕、靈活、不要求阻抗匹配,以及能夠?qū)崿F(xiàn)模擬濾波器無法實現(xiàn)的特殊濾波功能等特點,因此被廣泛應(yīng)用于圖像處理和識別、語音處理和識別、通信、雷達、人工智能、核技術(shù)等多個領(lǐng)域。
數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法很多,采用器件實現(xiàn)具有速度快、效率高、成本低、開發(fā)周期短等優(yōu)點,而且還可以直接使用Altera公司提供的FIR/ IP core或采用LPM的設(shè)計方法進行設(shè)計,使數(shù)字濾波器設(shè)計變得簡單、可靠。本系統(tǒng)通過一個實例說明如何通過設(shè)計并在FPGA器件上實現(xiàn)IIR橢圓函數(shù)濾波器。

1 IIR數(shù)字濾波器的Matlab設(shè)計
1.1 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計要求
本系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo)如下:模擬信號采樣頻率為2 MHz,每周期最少采樣20點,即模擬信號的通帶邊緣頻率為fp=100 kHz,阻帶邊緣頻率fs=200 kHz,通帶波動Rp≤0.1 dB(通帶誤差不大于5%),阻帶衰減As≥42 dB。換算為數(shù)字域指標(biāo)為:Wp=0.1π,Ws=0.2π,Rp=0.1 dB,As=42 dB。
1.2 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計方案
(1)根據(jù)設(shè)計要求確定濾波器數(shù)字域指標(biāo)
換算為數(shù)字域指標(biāo)為:Wp=0.1π,Ws=0.2π,Rp=0.1 dB,As=42 dB。
(2)采用Matlab軟件設(shè)計濾波器系統(tǒng)函數(shù)
IIR濾波器系統(tǒng)函數(shù)是采用計算機輔助工程CAE工具進行設(shè)計的。系統(tǒng)函數(shù)H(z)的計算采用Matlab軟件設(shè)計比較方便,其中有兩個現(xiàn)成的函數(shù)可以使用:ellipord(Wp/pi,Ws/pi,Rp,As)函數(shù)用來計算數(shù)字橢圓濾波器的階次N和3 dB截止頻率Wn;ellip(N,Rp,As,Wn)函數(shù)可以求得直接型橢圓IIR濾波器的各個系數(shù)。
根據(jù)要求,設(shè)計采用Matlab軟件實現(xiàn)IIR濾波器的源程序如下:
b.JPG
利用Matlab軟件可以得到如下結(jié)果:
c.JPG

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