李登峰[1]2004年在《基于FPGA和DSP的数字滤波器设计》文中指出数字滤波是数字信号处理中的重要内容之一。本文研究了数字滤波器的几种常用设计方法。首先用MATLAB来研究数字滤波器的常用算法和设计方法，综合这些方法编制了数字滤波器的自动设计软件。然后研究了数字滤波器的FPGA设计，基于FPGA的结构特点，提出了应用分布式算法、流水线技术和并行处理技术来提高数字滤波器速度的方法；同时又从数字滤波器的结构特性出发，提出利用数字滤波器的多相分解技术来改善滤波器的设计，并用VHDL编写了相应的程序，程序仿真结果表明这些设计方法正确有效。最后针对硬件TMS320VC5402DSP分别设计了IIR滤波器和FIR滤波器，并进行了下载验证，其结果同MATLAB算法仿真进行对照，证明该实际设计同算法仿真完全吻合。
俞晓磊[2]2006年在《基于FPGA的中频数字化若干关键算法的实现研究》文中研究说明软件无线电技术自20世纪90年代提出以后,在许多通信系统中得到了广泛应用。本文研究了一种软件无线电数字通信系统方案的设计,并着重研究了其中中频处理单元的设计和实现。针对实际应用,本文提出了一个基于FPGA和DSP的软件无线电中频/基带数字化处理系统的设计方案。该系统的特点是所有的中频信号处理算法全部由软件实现,它主要包括高速A/D、超大规模FPGA芯片、高速DSP芯片和外部存储器等,其中超大规模FPGA芯片和高速的DSP芯片是系统的核心。DSP芯片采用的是TI公司的C6416,FPGA芯片采用的是Xilinx公司的XC2V2000FG676,既兼顾速度和灵活性,又具有较强的通用性。本文根据“基于FPGA的中频数字化处理平台的建立及若干关键算法的实现”研究课题,主要完成了软件无线电通信系统中频数字化若干关键算法实现的任务,具体包括通用数字中频板的设计、中频板上FPGA和DSP、D/A的接口设计、各种数字通信关键技术(数字上/下变频、调制解调、信道编译码、交织解交织等)的FPGA实现。本文研究的系统分别在Matlab、ISE、Modelsim、Visual DSP++、ChipScope Pro等软件中进行了仿真和验证,并已交付使用。结果表明,本文提出的方案正确可行,达到了预定要求。本文的工作对其它软件无线电系统的实现也具有较大的参考价值。
郑运冬[3]2013年在《基于FPGA的FIR滤波器设计与实现》文中研究指明随着信息时代和数字时代的到来,数字信号处理已成为一门极其重要的学科和技术领域。数字技术革命导致了大量新的产品和解决方案的诞生,与之相随的是数字信号处理(DSP)领域的数字滤波器研究的发展。从20世纪70年代开始,工程师们就开始用分立元件构造专用数字滤波器。随着DSP ups和大规模集成电路(LSI)的发展,数字滤波器已经成为核心的DSP技术。随着FPGA制造工艺的不断发展,FPGA已经从传统的数字逻辑的设计,发展到用于进行数字信号处理和嵌入式系统的设计。这就使得数字信号处理技术向着多元化实现的方向发展。本文主要介绍基于FPGA的FIR滤波器设计与实现。本文采用并行分布式算法(DA算法)设计一个双通道257抽头直系数FIR数字滤波器以及不同通道数不同抽头系数个数的直系数FIR数字滤波器。我们在通用DA结构中增加额外的查找表、寄存器与加法器,我们给每个向量分配一个独立的ROM,最后得到一个流水线并行结构,这种结构可以达到更快的速度。测试结果表明：本文的设计比串行快了34%,所需的Slices数目仅仅多了20%,所需LUTs数目多了33%；含独立乘法器的结构Slices数目增加了42.7%,LUTs数目减少了11.8%,速度提高了130%。尽管具有独立乘法器的结构速度更快,但是其需要独立乘法器,这种实现有FPGA芯片中独立乘法器数目的限制,对大规模数字系统设计对资源需求产生限制,例如,对于Xilinx Virtex-4芯片,芯片中独立乘法器的数目仅有48个,而Slices资源与LUTs资源有数十万乃至百万个,这些独立乘法器无法满足更大规模FIR数字滤波器需求,这就限制了采用独立乘法器结构FIR滤波器在基于FPGA设计领域中的应用。因此,本文的设计能更好兼顾滤波器速度和FPGA资源两个因素。本文比较了不同算法、不同架构、不同阶数等FIR滤波器,验证了部分因素对滤波器设计的影响,即：通道数增加,处理速度减小。例如,单输入2抽头FIR数字滤波器比单输入65抽头FIR数字滤波器快了62%；单通道65抽头FIR数字滤波器比双通道65抽头FIR数字滤波器快了50%。这将使设计者设计时能更准确根据需求设计合理FIR数字滤波器。
朱好学[4]2008年在《基于FPGA的高阶FIR滤波器设计》文中提出随着科技的发展,电子电路的设计正逐渐摆脱传统的设计模式,而采用FPGA来设计电子电路正成为设计的趋势,因为采用FPGA设计电子电路不仅开发时间短,资金投入相对少,而且可以将电路板产品集成为芯片级产品。在现代电子系统中,FIR数字滤波器以其良好的线性特性被广泛使用。在工程实践中,对信号处理往往要求具有实时性和灵活性,而传统的实现方式难以同时满足这两方面的要求,采用FPGA来实现FIR滤波器,既可以满足实时性,又能兼顾到一定的灵活性,所以越来越多的人采用FPGA来实现FIR滤波器。本文以数字信号处理系统的实现为应用背景,着重研究基于FPGA的FIR数字滤波器的实现方法。本论文主要做下述叁方面的工作:1.以FIR数字滤波器的基本理论为依据,使用乘累加、并行乘法器结构和分布式算法为滤波器的硬件实现算法,并对这叁种算法进行详细的讨论且比较它们的优缺点。针对乘累加算法实现的乘法器规模庞大,本文采用系数分解、最佳CSD编码算法和简化加法器图的方法;针对分布式算法中查找表规模过大的缺点,本文采用多块查找表方法,从而减小了硬件规模。2.在设计中采用层次化,模块化的思想,将整个滤波器划分成多个功能模块,然后利用Verilog HDL硬件描述语言进行各个模块的设计,最终完成FIR数字滤波器的系统设计。3.最后给出在Altera公司的Stratix FPGA硬件平台上实现一个128阶的FIR低通数字滤波器的设计实例,对这个设计实例用ModelSim软件进行了仿真,并用MATLAB对仿真结果进行了分析。
曾菊容[5]2008年在《基于FPGA的IIR数字滤波器的设计与实现》文中指出在现代电子系统中,诸如通讯、视频和图像处理等系统中都要求对信号处理要有实时性和灵活性,而现有的DSP处理器难以同时达到这两方面的要求。随着可编程逻辑器件和EDA技术的发展,FPGA在性能、成本、灵活性和功耗等方面的优势都突显出来,基于FPGA的信号处理器已广泛应用于各种信号处理领域。本文完成了基于FPGA的IIR数字滤波器的设计与实现。文章首先从资源和速度方面讨论DSP基本算法中的加法器、乘法器、乘累加器,并且讨论了如何运用分布式算法来提高DSP算法中的核心MAC速度。然后结合IIR数字滤波器的基本结构,针对分布式算法中查找表规模过大的缺点,采用级联或并联结构,利用多块查找表使得硬件规模极大地减小,提出了并行和串行相结合的设计方案,并且实现了级联方式的10阶IIR低通滤波器,又在QuartusⅡ7.1软件平台上,采用Cyclone系列器件中的EP1C6Q240C8,对设计的滤波器进行了仿真验证,然后对Matlab理论值和仿真值进行了比较分析,验证了设计的IIR滤波器的正确性。最后,还制作了硬件电路,以不同频率的方波作为输入信号,测试滤波效果。实验系统测试结果表明,本文所设计的滤波器硬件规模较小,是对DA设计方法的一种发展改进,改进后系统最高时钟频率达到了80MHz以上,体现了设计的实时性。同时,只要将查找表进行相应的改动,就能分别实现低通、高通、带通IIR滤波器,体现了设计的灵活性。
单文军, 周雪纯, 李文华[6]2013年在《基于FPGA的FIR数字滤波器设计与实现》文中研究表明简要介绍了FIR数字滤波器的结构特点和基本原理,提出基于FPGA和DSP Builder的FIR数字滤波器的基本设计流程和实现方案。在Matlab/Simulink环境下,采用DSP Builder模块搭建FIR模型,根据FDATool工具对FIR滤波器进行了设计,然后进行系统级仿真和ModelSim功能仿真,其仿真结果表明其数字滤波器的滤波效果良好。通过SignalCompiler把模型转换成VHDL语言加入到FPGA的硬件设计中,从QuartusⅡ软件中的虚拟逻辑分析工具SignalTapⅡ中得到数字滤波器实时的结果波形图,结果符合预期。
吴黎慧[7]2012年在《基于FPGA+DSP的多路采集与实时处理系统的设计》文中进行了进一步梳理针对工程上高速飞行物体飞行姿态的测量特点：飞行参数信号要求同步多通道并行采集、数据采集时间长、环境干扰严重、实时性要求高，课题设计了满足研究需要的多通道数据采集与实时处理系统，具体的研究设计工作如下：第一，针对高速飞行物体的飞行参数需要多通道实时采集和处理的要求，设计了基于FPGA+DSP的数据采集与实时处理的系统，其中FPGA芯片为系统提供核心控制，DSP芯片则专注数据的实时处理。系统利用五路12位并行采样A/D同步采集飞行物体上的传感器阵列信号，同时对采集到的数据实现实时滤波处理。第二，在高速飞行物体飞行姿态参数的测量过程中，由于需要对该物体进行长时间的多通道的测量，数据量较大，但是选用的DSP芯片的内部存储空间不足，系统外扩了一片512M的NAND FLASH芯片，保证了系统能够应用于长时间，大容量的采集情况下不会丢失数据。第叁，针对该实时信号滤波时的特点，考虑到信号的采样频率相对带宽很大，利用多采样率技术设计了窄带FIR滤波器，避免了普通FIR滤波器阶数过高，需要较多的硬件资源，从而在DSP中运行时间过长的问题，保证了系统数据处理的实时性。同时，利用MATLAB和CCS的集成开发环境对设计的窄带FIR滤波器进行了仿真测试，验证了该设计的滤波效果和实时性效果。
陈兆明[8]2013年在《电除尘器高频电源采集系统的设计》文中提出随着科技的日益更新,现在的产品对信息的实时性、系统的可扩展性、电路的集成度等要求也越来越高。在数据采集方面,传统的AD采样方法——单片机、DSP等因为端口资源的有限和其顺序执行的工作模式已经不能够满足人们的要求。而FPGA因具有速度快、兼容性好和实时性强的特点,越来越多的被应用于数据采集及采集后的调理。本设计的总体架构是建立在FPGA的采集平台上。在设计中,充分利用FPGA的灵活性与并行性特点,与特定模数转换器、串行寄存器芯片相互配合,实现模拟、数字信号的多通道采集,提高了系统的性能。首先,本文对电除尘器高频电源及其工作原理做了详细的介绍,并着重对高频电源需要采集的数据进行了详细的分析与研究,其中包括信号采集要求和采集前后信号的特征。其次,针对设计对象,给出每一路数据的硬件调理电路设计,详细分析了电路的设计原理和实现功能,并给出设计之初的仿真波形和最后的硬件实物的实验波形。在完成后硬件设计之后,本文对硬件电路中使用的数据采集芯片进行了详细的时序分析,在FPGA中实现了软件采集编程和时序仿真,并对数据缓存和数据传输做了详细的分析、探讨。第叁,为提升DSP和系统效率,在模拟信号的数字化完成后,对在FPGA中实现基于DA算法的FIR滤波器做了进一步研究,并给出了详细的实现步骤和结果。伴随着物联网技术和信息技术的发展,FPGA由于其不可替代的优势,也越来越广泛的被应用到各领域。本文设计的基于FPGA的采集系统,不仅在实时性方面有进一步的提升,而且系统的可扩展性非常强,有利于设备的进一步升级。
王剑飞[9]2014年在《多路光电信号的采集与处理系统设计》文中研究表明随着电子技术和信息技术的迅猛发展，数据采集系统在工业生产、国防技术和科学研究等领域得到了广泛的应用，对于采集数据精度、通道数、数据量的要求也越来越高。本文以多路密闭弹仓内炮弹型号识别这一课题项目为背景，设计了基于FPGA和DSP的多路光电信号的采集与处理系统，对64路光电测距传感器的模拟信号进行数字化采集与处理，并通过TFT液晶屏实时地显示炮弹弹型的识别结果。首先，在分析了课题的研究来源及国内外技术发展现状的基础上，比较了单片机为核心的传统多路采集系统的优缺点，确定了以FPGA+DSP为核心的多路采集与处理系统的设计方案，其具有采集速度更快、性能更加稳定、可扩展性更好的优点。根据数据采集的基本原理和设计要求，提出系统的总体设计方案，并对关键元器件进行了选型。其次是硬件电路的设计，包括多路信号采集控制模块电路、DSP外围电路、电源电路和TFT液晶屏接口电路，并通过一块双口RAM芯片实现了FPGA和DSP之间数据传输的接口结构。然后，针对系统进行模块化的软件设计，以FPGA为控制核心产生各种控制时序，利用DSP对采集数据实时处理并实现FIR低通滤波功能。最后，利用TFT液晶屏实时地显示64路炮弹弹型的识别结果。本文对系统软、硬件研究设计过程进行了详细的论述，对系统的各个部分进行了调试，在各模块调试正确的基础上进行了系统整体性能的测试，通过CCS3.3软件平台在计算机实时地显示处理结果，并对测试结果进行分析。测试结果表明，本系统能够完成对64路光电测距传感器的模拟信号进行采集和处理，并实时地显示炮弹型号。
方敏[10]2015年在《数字式气体超声波流量计信号激励、处理与系统研究》文中研究说明气体超声波流量计在计量精度、可靠性、压力损失、维护费用以及制造成本等方面相对于孔板、涡轮等仪表具有独特的优点,尤其是在中、大口径的管道流量测量方面,其优越性更加明显,在天然气输送领域,气体超声波流量计日趋成为最佳选择。但是,超声波在气体中传播时能量衰减严重,并且容易受到速度场分布和气体压力波动等因素的影响。另外,由于声速与流速比小,随着气体流速的增加,超声波信号的传播路径将产生偏移,这种偏移将导致超声波信号不能完全达到接收换能器,造成能量的进一步衰减。上述各因素将导致超声回波信号幅值非常微弱,并且波动剧烈,甚至会淹没在噪声中,影响气体超声波流量计的测量精度和量程比。为此,国内外学者建立了气体超声波流量计的阻尼指数衰减模型、双曲线模型等数学模型,在满足已定的条件下(例如,固定激励信号或者固定流量),较为准确地反映了气体超声波流量计的工作特性。但是,当激励信号发生变化或者气体流量变化剧烈时,这些模型往往不再适用。国内外学者采用基于Laguerre变换的自适应滤波器、小波滤波器和多层线性神经网络的自适应FIR滤波器等信号预处理方法,取得了较好的滤波效果。但是,普遍存在收敛速度慢、计算量过大的缺点。在回波信号处理方法方面,国外产品采用数字信号处理方法,获得了较高的测量精度,但是,未披露技术细节；国内产品则主要采用模拟阈值检测的方法,测量精度较低,量程比有限,抗干扰能力较差。为此,本文搭建气体超声波流量计实验平台,进行实验研究。该实验平台由两台DN100的气体超声波流量计、鼓风机、若干管道以及示波器等组成。通过大量的实验,比较各类激励信号的实际驱动效果,确定正弦波信号具有最佳能量传输比,并且与其对应的回波信号具有最佳的信噪比和稳定性。基于大量实验数据,采用统计分析和曲线拟合的方法,建立气体超声波流量计在无流量和有流量情况下的能量传递模型,反映气体超声波能量的转换效率和衰减规律。基于该能量传递模型,提出一种在发射电路输出功率一定的情况下,增强激励信号能量的方法,以增强激励的能量,扩展量程比。提出一种基于零相位滤波器的气体超声波回波信号预处理方法。针对类似枣核状时变信号的超声波回波信号,首先进行IIR滤波器,然后将所得结果逆转后反向进行IIR滤波器,再将所得结果逆转输出,这既滤除了噪声,又尽可能地减少了由于相位延迟等原因造成的回波信号包络形状的改变。提出了一种跟随回波信号峰值的可变阈值法,用于拾取特征波,计算超声波传播时间。由于回波信号的特征波决定超声波传播时间的终点,因此回波信号特征波的拾取是传播时间差法气体超声波流量计实现的关键。本文根据归一化后的回波信号的峰值及其之前的各极值近似维持不变这一特性,选择某一适当的比值作为阈值,确定与其对应的极值点,进而确定与其对应的特征波,克服了传统阈值法抗干扰能力弱等缺点,且运算量小,易于DSP实时实现。采用多零电平交点平均的方法确定超声波传播时间,有效地降低了计算过程中的随机误差；在利用多次超声波传播时间求取气体流量的过程中,采用传播时间排序加权的方法,有效地克服由于速度场分布和气体压力变化等因素造成的回波信号波动的影响。研制了一套基于FPGA和DSP双核心架构的气体超声波流量计信号处理单元,实时实现上述各种数字信号处理方法,输出符合驱动要求的高压激励信号,实现回波信号的放大滤波与自增益控制；并与重庆川仪自动化股份有限公司提供的双声道四换能器直射式流量计表体组成了完整的数字式气体超声波流量计,实现了气体流量的测量。为了验证上述信号处理方法和系统的有效性,分别在重庆科学技术研究院检测中心、重庆市计量质量检测研究院流量计量检测研究中心和上海一诺仪表有限公司进行了气体实流标定。标定结果表明,研制的DN100气体超声波流量计满足JJG1030-2007中对1级精度仪表检定规程的要求,达到了国内气体超声波流量计的最高测量精度水平,而且测量的上限流量达到了1000 m3/h,超越了国内气体超声流量计公司和艾默生过程管理公司旗下Daniel公司产品的上限流量(850 m3/h),拓宽了气体超声流量计的量程比。
参考文献：
[1]. 基于FPGA和DSP的数字滤波器设计[D]. 李登峰. 南京理工大学. 2004
[2]. 基于FPGA的中频数字化若干关键算法的实现研究[D]. 俞晓磊. 南京航空航天大学. 2006
[3]. 基于FPGA的FIR滤波器设计与实现[D]. 郑运冬. 复旦大学. 2013
[4]. 基于FPGA的高阶FIR滤波器设计[D]. 朱好学. 南京理工大学. 2008
[5]. 基于FPGA的IIR数字滤波器的设计与实现[D]. 曾菊容. 西南交通大学. 2008
[6]. 基于FPGA的FIR数字滤波器设计与实现[J]. 单文军, 周雪纯, 李文华. 现代电子技术. 2013
[7]. 基于FPGA+DSP的多路采集与实时处理系统的设计[D]. 吴黎慧. 中北大学. 2012
[8]. 电除尘器高频电源采集系统的设计[D]. 陈兆明. 南京信息工程大学. 2013
[9]. 多路光电信号的采集与处理系统设计[D]. 王剑飞. 中北大学. 2014
[10]. 数字式气体超声波流量计信号激励、处理与系统研究[D]. 方敏. 合肥工业大学. 2015
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