基于FPGA的FIR滤波器设计与实现开题报告

1. 研究目的与意义

数字滤波器一般由寄存器、延时器、加法器和乘法器等基本数字电路实现。随着集成电路技术的发展，其性能不断提高而成本却不断降低，数字滤波器的应用领域也因此越来越广。按照数字滤波器的特性，它可以被分为线性与非线性、因果与非因果、无限脉冲响应（iir）与有限脉冲响应（fir）等等。其中，线性时不变的数字滤波器是最基本的类型；而由于数字系统可以对延时器加以利用，因此可以引入一定程度的非因果性，获得比传统的因果滤波器更灵活强大的特性；相对于iir滤波器，fir滤波器有着易于实现和系统绝对稳定的优势，因此得到广泛的应用

fir滤波器最重要的优点就是由于不存在系统极点，fir滤波器是绝对稳定的系统。fir滤波器还确保了线性相位，这在信号处理中也非常重要。此外，由于不需要反馈，fir滤波器的实现也比iir滤波器简单。fir滤波器的缺点在于它的性能不如同样阶数的iir滤波器，不过由于数字计算硬件的飞速发展，这一点已经不成为问题。再加上引入计算机辅助设计，fir滤波器的设计也得到极大的简化。而iir滤波器存在的重大缺点在于，由于存在反馈其稳定性不能得到保证。另外，反馈还使iir滤波器的数字运算可能溢出。

基于上述原因，fir滤波器比iir滤波器的应用更广。

2. 研究内容与预期目标

主要研究内容：

本课题主要研究基于fpga的fir滤波器的基本原理和实现方法，利用verilog hdl语言描述，在fpga开发板上实现低通，带通，高通等fir滤波器并进行性能验证。

预期目标：根据不同类型的fir滤波器设计方法，确定滤波器系数，在matlab环境中进行性能仿真和测试，在quartus ii上进行滤波器的fpga仿真，最后将代码下载到开发板进行性能验证。

3. 研究方法与步骤

研究方法：

本课题采用了quartus的fir ip核，并用rom ip核存储不同通带滤波器的滤波数据，编写测试文件，编写时序并使用modelsim和matalb对结果进行验证，仿真和研究。

根据要求安装配置matlab，modelsim和quartus ii环境，调用matlab自带的滤波器设计工具箱实现滤波器系统的设计，设计参数输出波形，在fpga上测试并在quartus ii上仿真吗，最后在matlab上验证并分析结果。

4. 参考文献

[1]宋卓达,王志乾,李建荣,等.基于fpga的fir数字滤波器设计及实现[j].液晶与显示,2020(10):1073-1078.

[2]胡凯翔,李长星,杨飞.基于fpga的改进式fir数字滤波器设计[j].工业控制计算机,2019(12):28-29,33.

[3]肖菊兰,袁曦,刘洪利,等.“基于matlab和fpga的fir滤波器设计实验”对学生专业素养培养的作用[j].文学少年,2021(34):0129-0130.

5. 工作计划

1、2022.3.5-2022.4.5：充分查阅相关资料，撰写并修改完成开题报告；

2、2022.4.6-2022.4.25：深入研究fpga原理，并在此基础上完成仿真验证；

3、2022.4.26-2022.5.20：对实验结果进行研究并改进，以便更符合课题设计要求；