基于FPGA的IIR数字滤波器的设计与仿真开题报告

1. 研究目的与意义

数字信号处理在科学和工程技术等许多领域中得到了广泛的应用， 其中数字滤波器是现代数字信号处理系统的重要组成部分。

无限长单位冲激响应（iir）数字滤波器是非常重要的一类滤波器，与有限长单位冲激响应（fir）数字滤波器相比，iir能够以较低的阶次获得较高的频率选择特性从而得到了广泛的应用。

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 ( inputoutput block)和内部连线(interconnect)三个部分。

2. 课题关键问题和重难点

fpga实现iir滤波器时，缺少对iir数字滤波器的结构的理解；对如何实现iir数字滤波器没有确定的方法。

通过查找资料发现iir滤波器的基本网络结构有直接型、级联行和并联型三种。

一般情况下，从结构上看，iir滤波器采用递归结构。

3. 国内外研究现状（文献综述）

zhong tangand daifa liao[1]提出了模糊递归积分pi控制算法，通过对比例参数的调节，提高了有源功率滤波器的动态性能，通过matlab仿真验证期算法的可行性和有效性。yang, q[2] 提出了双边滤波器的递归实现，相比于以前的滤波器，其优点在于实现的存储器复杂程度降低，计算速度显著提高。同时本文还从提出的递归实现中派生了一个新的名为梯度域双边滤波器的滤波器。它可以用于保留边缘的过滤，但可以避免观察到的尖锐边缘在某些计算机图形任务中引起可见的伪像。事实证明其提出的实现对于许多计算机视觉和计算机图形应用都是有效的，包括样式化，色调映射，细节增强和立体匹配。

随着软件技术的发展，新的软件技术eda逐渐发展，eda 技术实用教程[3]介绍了eda的基本知识、常用eda工具的使用方法、目标器件的结构原理、三种不同的设计输入方法以及对vhdl的设计优化，让我们对eda技术有了更深的了解。同时fpga可编程语言也受到了越来越多人的关注，数字信号处理的 fpga 实现[4]介绍了在前端数字信号处理的算法方面，全新的现场可编程门阵列（fpga）正逐步发展，为位数字信号处理带来了新的革命。数字信号的处理的发展得到了极大地促进，数字信号处理理论、算法与实现[5]介绍了数字信号处理的基础理论与概念，同时也阐述了数字信号处理中所涉及到的绝大部分matlab文件，并给出了使用的具体实例。可以十分便利的验证输出结果，并不断地完善和改进。

可编程语言fpga设计iir数字滤波器，王卫兵[6]介绍高阶iir数字滤波器采用级联结构在fpga上实现的方法。利用matlab信号处理工具箱中的滤波器设计和分析工具（fdatool）很方便地设计出符合应用要求的未经量化的iir滤波器,并进一步用vhdl语言加以描述,通过编译、功能仿真、综合和时序仿真之后就可以在fpga上实现了。基于fpga的iir数字滤波器设计方法[7]中介绍了针对信号输入中锁相环的环节,设计并实现一种基于现场可编程门阵列(fpga)的iir数字滤波器。首先,基于matlab的filter tools设计滤波器的通带频率,阻带频率。得到滤波器系数后进行matlab仿真,之后进行参数量化处理。将滤波器结构使用硬件描述语言描述滤波器结构后联合modelsim进行定点化仿真。发现两者有共通点，因而可通过此方法进行滤波器的设计。

4. 研究方案

分析和理解iir滤波器结构。

iir滤波器的基本网络结构有直接型、级联行和并联型三种。

从结构上看，iir滤波器采用递归结构。

5. 工作计划

第一阶段：选题（2022年11月15日—2022年12月4日）。与毕设指导老师进行沟通确定论文主题方向，进行论文题目筛选。

第二阶段：书写开题报告（2022年12月5日—2023年2月3日）。以论文题目为核心，对相关资料进行收集并加以整理，进行开题报告的书写。

第三阶段：初稿（2023年2月4日—2023年3月24日）。通过认真调研、资料检索等，完成毕业论文初稿的撰写以及已完成的部分设计，提交至指导老师处，由指导老师提出修改意见并进行讨论进行下一步的改善。