基于FPGA技术的内插器设计与实现(FIR滤波器)

摘 要 
多速率信号处理是软件无线电的重要理论基础之一，在多速率信号处理中，内插技术对提高信号的采样速率，降低内插前数据对器件的速度要求起着很大的作用。随着软件无线电技术的快速发展，内插滤波器在通信和信号处理领域的应用越来越广泛。(优秀毕业设计网 www.2bysj.cn)
本论文主要研究基于FPGA的内插器，希望通过FPGA的开发灵活性来实现内插的功能。本文介绍了软件无线电的基本概念、发展概况以及多速率信号处理中内插理论的一些基础知识，并对CIC滤波器和FIR滤波器的基本原理进行阐述；在设计中使用的（删）MATLAB进行理论仿真，在QuartusⅡ软件上进行FPGA语言编写和仿真，最终实现（了）内插器并且把程序导入到FPGA芯片中测试。在设计中，为了节省芯片资源和运算量，采用查找表的方式实现滤波器。
关键词：软件无线电，多速率信号处理，内插器，FIR滤波器，CIC，FPGA
 
DESIGN AND IMPLEMENTATION OF
INTERPOLATOR BASED ON FPGA

ABSTRACT
  The Multirate Digital Signal Processing is an very important theoretical basis on Software radio.In Multirate Digital Signal Processing, interpolation technology is very important in increasing the signal sampling rate,and lowing the speed requirement of the devices of the data before interpolation. As the rapidly development of software radio technology, the applications of interpolation filter in communications and signal processing areas become more and more extensive.
This paper mainly studies the interpolation based on FPGA,and hope to through the flexibility of FPGA to realize interpolation function. This paper introduces the basic concept and development of the software radio and some basic knowledge of interpolation theory in multi-rate signal processing.It describe the basal theory of CIC filter and FIR filter.In the design,we use MATLAB in simulation,and use the Quartus II software for FPGA,then procedure the process into the FPGA chip for testing. In the design, in order to save the resources and chip calculation, we use the way of lookup tables to realize filter.
Key Words: Software radio, Multirate Digital Signal Processing, interpolator, FIR filter, CIC, FPGA（最好给出全称）

课题研究的内容主要是基于FPGA技术的内插器设计与实现。本文主要介绍了软件无线电的基本原理、发展概况以及多速率信号处理中内插理论的一些基础知识，并对CIC滤波器和FIR滤波器的基本原理进行阐述；在设计中使用的MATLAB进行理论仿真，然后在QuartusⅡ软件上进行VHDL语言编写和仿真。在程序编写过程中，底层小模块使用文本设计法实现，顶层模块由原理图输入法设计实现，最终实现内插器并且把程序导入到FPGA芯片中测试。在设计中，为了节省芯片资源和运算量，采用查找表的方式实现滤波器。本设计通过各方面的考虑，使用的FPGA芯片是ALTERA公司ACEX系列的芯片EP1K30TC144-3。
 
本文的具体结构安排为：
第一章为绪论，介绍本次论文课题的研究意义、背景，本课题相关研究领域的国内外发展情况与应用及论文研究内容、框架
第二章主要介绍软件无线电的基本概念以及多速率信号处理中内插理论的一些基础知识，并对CIC滤波器和FIR滤波器的基本原理进行阐述。
第三章是对设计中使用的MATLAB和QuartusⅡ软件作一介绍。
第四章将介绍所研究的基于FPGA的内插器的设计和硬件实现方法。
第五章重点针对设计时遇到的关键技术问题提出相应的解决方法。

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摘 要 V
DESIGN AND IMPLEMENTATION OF VI
INTERPOLATOR BASED ON FPGA VI
目录 VIII
第一章 绪论 9
1.1课题研究的背景与意义 9
1.2国内外进展与应用 10
1.3课题研究的内容和论文框架 11
第二章 软件无线电中内插滤波器的基本原理 13
2.1内插理论 13
2.1.1整数倍内插 13
2.1.2分数倍采样率转换 14
2.1.3抽取内插器的实时处理结构——多相滤波结构 15
2.2.FIR滤波器 16
在MTLAB仿真中，FIR滤波器的设计可以使用MATLAB的FDATooL工具箱完成[2] 17
2.3 CIC滤波器 17
2.3.1 CIC滤波器的基本原理 18
2.3.2 CIC内插滤波器 19
2.4半带滤波器 20
2.4.1半带滤波器的基本原理 20
2.4.2 2N倍数字内插 21
第三章 内插滤波器的FPGA实现 22
3.1 FPGA的简介 22
3.2内插器的FPGA程序模块 22
3.2.1内插零模块 22
3.2.2 FIR滤波器模块 23
3.2.3数字信号源模块 24
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3.2.4 CIC内插 25
3.2.5 内插器顶层实现 26
3.3 FIR滤波器的查找表方式实现 27
第四章 内插器的硬件测试 28
4.1 EP1K30TC144-3 简介 28
4.2 引脚锁定和程序下载 28
参考文献 29
附录 30
致谢 44