5。1  FIR滤波器电路的测试与分析 27

5。2  IIR滤波器电路的测试与分析 31

结论 33

致谢 34

参考文献 35

1  引言

1。1  研究背景及意义 

当今社会，数字滤波器作为在数字信号处理和电子应用技术领域中不可缺少的组成部分，有着非常重要的地位。滤波器能够对信号进行分析处理并消除干扰信号,通俗的说，即让有用信号无衰减的通过,并消除无用信号。滤波器电路是一种能够有效滤除特定频点的频率或该频点以外频率的电路,目的是得到实际需要的频率。数字滤波器的概念第一次出现在60年代中期，电子电路技术和计算机技术发展让计算机软件和大规模集成数字硬件来实现数字滤波器成为可能。

作为电子滤波器，数字滤波器与完全工作在模拟信号域的模拟滤波器不同，具有模拟滤波器所不可替代的新特征。它们的实现方式不同，模拟滤波器用电阻、电容、晶体管等电子元件来搭建构成物理网络实现滤波功能，而数字滤波器是通过数字运算器件如数字乘法器、延时器，加法器等对输入的离散数字信号进行运算和处理，达到改变信号频谱的要求，从而实现滤波功能。模拟滤波器会有电压漂移、阻抗匹配，温度漂移和噪声等问题，而数字滤波器具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。因此，数字滤波器在通信、图像处理、语音识别、自动化控制、军事、航空航天、医疗和家用电器等众多领域得到了应用，其应用前景具有非常大的价值。

1。2  数字滤波器的分类及相关概念

数字滤波器分为有限冲激响应滤波器FIR（有限脉冲输入，无限脉冲输出）和无限冲激响应滤波器IIR（有限脉冲输入，无限脉冲输出），它们两者有不同的相位特性，FIR滤波器的相位是线性的[1]，同时FIR滤波器具有实时性和一定的灵活性同时具有简易设计的优点，许多电子工程师都选择基于FPGA器件来实现FIR滤波器。IIR滤波器与FIR滤波器相比，IIR虽然有较差的相位特性[2]，但是具有良好的幅频特性[3], 其结构简单，运算量小，并能用较少的阶数获得很高的选择性，以上特征也使得IIR滤波器获得了较为广泛的运用。

实现数字滤波器的方法有三种[4]: ①直接用DSP 硬件实现设计的数字滤波器；② 用FPGA器件实现；③通用计算机或单片机实现；其中①②方式因为其速度较快，而得到广泛运用，方式③虽然较为简便,不过其字长和阶数受到限制，不能灵活调节, 而且规格较少, 因此难以满足现实需要。总的来说，实际中，因为 DSP集成了许多专用函数,使得设计数字滤波器的过程相对简便,同时也满足对信号处理的实时性和灵活性的高要求，又因为随着可编程逻辑器件和EDA技术的发展， FPGA以其优越的实时性和设计的灵活性成了控制系统中重要的组成部分,而且直接采用VHDL硬件语言编程,设计电路，繁琐的设计步骤被精简,重要的是在FPGA上实现滤波器能够使滤波器满足在高速场合得到应用。论文中采用基于FPGA，利用Matlab 软件，DSP器件来共同实现数字滤波器的设计。

1。3  数字滤波器的发展历程

滤波器作为一种被广泛使用，且设计技术相对复杂的电子部件，其性能的好坏对产品的好坏有直接影响，所以，世界各国对滤波器的研究和生产都投入了大量的时间与金钱。1917年，LC滤波器分别被美国和德国科学家发明，直接导致了次年的美国第一个多路复用系统的出现。到50年代，无源滤波器开始出现，随后，RC有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等滤波器相继得到快速发展。到60年代，由于计算机技术和集成工艺与材料工艺的发展，滤波器的发展开始到了一个新阶段，开始逐渐向低功耗、高精度、多功能、小体积和廉价方向努力。到70年代后期，上述几种滤波器被研制成单片集成并得到应用，而且低功耗、高精度、多功能小体积成为研究的主导。80年代，各类新型滤波器得到广泛研究，性能以及逐渐扩大的应用范围成为关注的主要方面。90年代至现在，各类滤波器开始应用到各类产品的开发和研制中。