1、<p>　　江西理工大學應用科學學院</p><p>　　畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯</p><p>　　系 ： 信息工程系 </p><p>　　專 業(yè)： 通信工程 </p><p>　　班 級： 092 </p>

2、<p>　　姓 名 彭凱華 </p><p>　　學 號： 08060409231 </p><p>　　附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 </p><p>　　附件一：外文資料翻譯譯文</p><p>　　數字濾波器的仿真與實現</p&g

3、t;<p>　　當今，數字信號處理技術正飛速發(fā)展，它不但自成一門學科，更是以不同形式影響和滲透到其他學科；它與國民經濟息息相關，與國防建設緊密相連；它影響或改變著我們的生產、生活方式，因此受到人們的普遍關注。</p><p>　　數字化、智能化和網絡化是當代信息技術發(fā)展的大趨勢，而數字化是智能化和網絡化的基礎，實際生活中遇到的信號多種多樣，例如廣播信號、電視信號、雷達信號、通信信號、導航信號、射電天

4、文信號、控制信號、氣象信號、遙感遙測信號，等等。上述信號大部分是模擬信號，也有小部分數字信號。模擬信號是自變量的連續(xù)函數，自變量可以是一維的，也可以是二維或多維的。大多數情況下一維模擬信號的自變量是時間，經過時間上的離散化（采樣）和幅度上的離散化（量化），這類模擬信號便成為一維數字信號。因此，數字信號實際上是用數字序列表示的信號，語音信號經采樣和量化，得到的數字信號是一個一維離散的時間序列；而圖像信號經采樣和量化后，得到的數字信號是一個

5、二維離散空間序列。數字信號處理，就是用數值計算的方法對數字序列進行各種處理，把信號變換成符合需要的某種形式。例如，對數字信號經過濾波以限制他的頻帶或濾除噪音和干擾，或將他們與其他信號進行分離；對信號進行頻譜分析或功率譜分析以了解信號的頻譜組成，進而對信號識別；對信號進行某種變換，使之更適合傳輸、存儲和應用；對信號進行編碼以達到數據壓縮的目的，等等。</p><p>　　數字濾波技術是數字信號分析、處理技術的重要分

6、支。無論是信號的獲取、傳輸，還是信號的處理和交換都離不開濾波技術，它對信號安全可靠和有效靈活地傳輸是至關重要的。在所有的電子系統(tǒng)中，使用最多技術最復雜的要算數字濾波器了，數字濾波器的優(yōu)劣直接決定產品的優(yōu)劣。</p><p>　　在信號處理過程中，所處理的信號往往混有噪聲，從接收到的信號中消除或減弱噪音是信號處理和傳輸中十分重要的問題。根據有用信號和噪音的不同特性，提取有用信號的過程稱為濾波，實現濾波的系統(tǒng)稱為濾波

7、器。在近代電信設備和各類控制系統(tǒng)中，數字濾波器的應用極為廣泛，這里只列舉部分應用最成功的領域。</p><p><b>　?。?）語音處理</b></p><p>　　語音處理是最早應用數字濾波器的領域之一，也是最早推動數字信號處理理論發(fā)展的領域之一。該領域主要包括5個方面的內容：第一，語音信號分析。即對語音信號的波形特征、統(tǒng)計特征、模型參數等進行分析計算；第二，語音

8、合成。即利用專用數字硬件或在通用計算機上運行軟件來產生語音；第三，語音識別。即用專用硬件或計算機識別人講的話，或者識別說話的人；第四，語音增強。即從噪音或干擾中提取被掩蓋的語音信號。第五，語音編碼。主要用于語音數據壓縮，目前已經建立了一系列語音編碼的國際標準，大量用于通信和語音處理。近年來，這5個方面都取得可不少的研究成果，并且，在市場上已出現了一些相關的軟件和硬件產品。例如，盲人閱讀器、啞人語音合成器、口授打印機、語音應答機，各種會說

9、話的儀器和玩具，以及通信和視聽產品大量使用的音頻編碼技術。</p><p><b>　?。?）圖像處理</b></p><p>　　數字濾波技術以成功地應用于靜態(tài)圖像和活動圖像的恢復和增強、數據壓縮、去噪音和干擾、圖像識別以及層析X射線攝影，還成功地應用于雷達、聲納、超聲波和紅外信號的可見圖像成像。</p><p><b>　?。?）

10、通信</b></p><p>　　在通信技術領域內，幾乎沒有一個分支不受到數字濾波技術的影響。信源編碼、信道編碼、調制、多路復用、數據壓縮以及自適應信道均衡等，都廣泛應用數字濾波器，特別是在數字通信、網絡通信、圖像通信、多媒體通信等應用中，離開了數字濾波器，幾乎寸步難行。其中，被認為是通信技術未來發(fā)展方向的軟件無線電技術，更是以數字濾波器為基礎。</p><p><b&g

11、t;　?。?）電視</b></p><p>　　數字電視取代模擬電視已是必然趨勢。高清晰度電視的普及指日可待，與之配套的視頻光盤技術已經形成具有巨大市場的產業(yè)；可視電話和會議電視產品不斷更新?lián)Q代。視頻壓縮和音頻壓縮技術所取得的成就和標準化工作，促成了電視領域產業(yè)的蓬勃發(fā)展，而數字濾波器及其相關技術是視頻壓縮和音頻壓縮技術的重要基礎。</p><p><b>　　（5）

12、雷達</b></p><p>　　雷達信號占有的頻帶非常寬，數據傳輸速率也非常高，因而壓縮數據量好降低數據傳輸速率是雷達信號數字處理面臨的首要問題。高速數字器件的出現促進了雷達信號處理技術的進步。在現代雷達系統(tǒng)中，數字信號處理部分是不可或缺的，因為從信號的產生、濾波、加工到目標參數的估計和目標成像顯示都離不開數字濾波器技術。雷達信號的數字濾波器是當今十分活躍的研究領域之一。</p>&l

13、t;p>　　（6）生物醫(yī)學信號處理</p><p>　　數字濾波器在醫(yī)學中的應用日益廣泛，如對腦電圖和心電圖的分析、層析X射線攝影的計算機輔助分析、胎兒心音的自適應檢測等。</p><p><b>　?。?）其他領域</b></p><p>　　數字濾波器的應用領域如此廣泛，以至于想完全列舉他們是根本不可能的，除了以上幾個領域外，還有很多

14、其他的應用領域。例如，在軍事上被大量應用于導航、制導、電子對抗、戰(zhàn)場偵測；在電力系統(tǒng)中被應用于能源分布規(guī)劃和自動檢測；在環(huán)境保護中被應用于對空氣和噪聲干擾的自動檢測；在經濟領域中被應用于股票市場預測和經濟效益分析，等等。</p><p><b>　　數字濾波器介紹：</b></p><p><b>　　模擬和數字濾波器 </b></p>

15、;<p>　　在信號處理、過濾功能是一個不排 除部分信息,如隨機噪音、提取有用的信號部分,如部分地勢在一定的頻率范圍.</p><p>　　有兩大類型的過濾, 模擬以及數字。他們是完全不同的物理結構,如何工作. 類比電子電路模擬用的過濾部分組成,例如由電阻、電容opamps和生產所需的過濾效果. 這種過濾器被廣泛使用的電路減少噪音等方面的應用,提高視頻信號、圖像均衡的高科技傳真系統(tǒng)等眾多領域. 有完

16、善的技術標準設計的模擬電路進行過濾特定要求. 在各個階段,是一個信號,是電機電壓和過濾,目前直接的物理模擬量(例如聲音或視頻信號和變頻器生產)處理. 數碼過濾用數字進行數值計算處理器的信號抽樣值. 處理器的可能通用計算機等PC或專業(yè)發(fā)展計劃圖(數字信號處理器)芯片. 模擬信號必須先投入使用的取樣和數碼藝術發(fā)展局(模擬到數字轉換器). 由此二元多,占抽樣連續(xù)輸入信號的價值,轉移到處理器,進行數字計算. 這些計算通常涉及多方面的投入和增加產

17、品價值的共同因素. 如有必要,這些計算結果,現在是抽樣信號值的過濾,產出通過發(fā)展援助委員會(類比數位轉換器來)信號轉換回模擬形式。</p><p>　　濾波器是指用來對輸入信號進行濾波的硬件或軟件。如果濾波器的輸入、輸出</p><p>　　都是離散信號，則該濾波器的沖擊響應也必然是離散的，這樣的濾波器定義為數字濾波器。數字濾波器的功能，就是把輸入序列X通過一定的運算變換成輸出序列Y。&l

18、t;/p><p>　　根據數字濾波器沖激響應函數的時域特性，可將數字濾波器分為兩種，即無限長沖激相應IIR濾波器和有限長沖激響應FIR濾波器。IIR數字濾波器的優(yōu)點是可以利用模擬濾波器設計的結果，而模擬濾波器的設計有大量圖表可查，方便簡單。它的缺點是相位的非線性；若需要線性相位，則要采用全通網絡進行相位校正。圖象處理以及數據采集傳輸都要求濾波器具有線性相位特性。而FIR數字濾波器可以實現線性相位，又可具有任意幅度特性

19、。從數字濾波器的單位沖擊響應來看，可分為兩大類：有限沖擊響應（FIR）數字濾波器和無限沖擊響應（IIR）數字濾波器。</p><p>　　FIR濾波器卻可以得到嚴格的線性相位，然而由于FIR濾波器的系統(tǒng)函數的極點固定在原點，所以只能用較高的階數來實現其高選擇性，對于同樣的濾波器設計指標，FIR濾波器所要求的階數要比IIR高5至10倍，所以成本較高，信號延遲也較大。但是如果要求相同的線性相位，則IIR濾波器就必須加

20、全通網絡進行相位校正，同樣也要增加濾波器網絡的節(jié)數和復雜性。FIR濾波器可以用非遞歸的方法實現，在有限精度下不會產生振蕩，同時由于量化舍入以及系數的不確定性所引起的誤差的影響要比IIR濾波器小的多，并且FIR濾波器可以采用FFT算法，運算速度快。但是不象IIR濾波器可以借助模擬濾波器的成果，FIR濾波器沒有現成的計算公式，必須要用計算機輔助設計軟件（如MATLAB）來計算。由此可知，FIR濾波器應用比較廣，而IIR濾波器則用在相位要求不

21、是很嚴格的場合。</p><p>　　濾波器從功能上分又可分為如下4類:</p><p>　　(1)低通濾波器(LPF)；</p><p>　　(2)高通濾波器(HPF )；</p><p>　　(3)帶通濾波器(BPF )；</p><p>　　(4)帶阻濾波器(BSF)。</p><p>　

22、　理想濾波器的幅頻特性下圖虛線為：</p><p>　　2、MATLAB介紹：</p><p>　　MATLAB是矩陣實驗室（Matrix　Laboratory）之意。除具備卓越的數值計算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號計算，文字處理，可視化建模仿真和實時控制等功能。MATLAB作為世界頂尖的數學應用軟件，以其強大的工程計算、算法研究、工程繪圖、應用程序開發(fā)、數據分析和動態(tài)仿真等功能，在航

23、空航天、機械制造和工程建筑等領域發(fā)揮著越來越重要的作用。而C語言功能豐富，使用靈活方便，目標程序效率高。既有高級語言的優(yōu)點，又有低級語言的特點。因此，C語言是目前應用最廣的編程語言。雖然MATLAB是一個完整的、功能齊全的編程環(huán)境，但在某些情況下，與外部環(huán)境的數據和程序的交互是非常必須而且有益的。利用MATLAB設計濾波器，可以隨時對比設計要求和濾波器特性調整參數，直觀簡便，極大的減輕了工作量，有利于濾波器設計的最優(yōu)化。</p&g

24、t;<p>　　在電力系統(tǒng)微機保護和二次控制中，很多信號的處理與分析都是基于正旋基波和某些整次諧波而進行的，而系統(tǒng)電壓電流信號（尤其是故障瞬變過程）中混有各種復雜成分，所以濾波器一直是電力系統(tǒng)二次裝置的關鍵部件。目前微機保護和二次信號處理軟件主要采用數字濾波器。傳統(tǒng)的數字濾波器設計使用繁瑣的公式計算，改變參數后需要重新計算，在設計濾波器尤其是高階濾波器時工作量很大。利用MATLAB信號處理箱可以快速有效地實現數字濾波器的設

25、計與仿真。</p><p>　　MATLAB的基本數據單位是矩陣，它的指令表達式與數學,工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB來解算問題要比用C,FORTRAN等語言完相同的事情簡捷得多.當前流行的MATLAB 5.3/Simulink3.0包括擁有數百個內部函數的主包和三十幾種工具包(Toolbox)。工具包又可以分為功能性工具包和學科工具包.功能工具包用來擴充MATLAB的符號計算,可視化建模仿真,文字處

26、理及實時控制等功能.學科工具包是專業(yè)性比較強的工具包,控制工具包,信號處理工具包,通信工具包等都屬于此類。</p><p>　　開放性使MATLAB廣受用戶歡迎.除內部函數外,所有MATLAB主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件,用戶通過對源程序的修改或加入自己編寫程序構造新的專用工具包。</p><p>　　3、數字濾波器的設計</p><p>　　數字濾波器

27、設計的基本要求</p><p>　　數字濾波器設計要經過三個步驟：</p><p>　?。?）確定指標：在設計一個濾波器前，必須有一些指標。這些指標要根據應用確定。在很多實際應用中，數字濾波器常常被用來實現選頻操作。因此，指標的形式一般在頻域中給出幅度和相位響應。幅度指標主要以兩種方式給出。第一種是絕對指標。它提供對幅度響應函數的要求，一般應用于FIR濾波器的設計。第二種指標是相對指標。它

28、以分貝值的形式給出要求。在工程實際中，這種指標最受歡迎。對于相位響應指標形式，通常希望系統(tǒng)在通頻帶中人有線性相位。運用線性相位響應指標進行濾波器設計具有如下優(yōu)點：①只包含實數算法，不涉及復數運算；②不存在延遲失真，只有固定數量的延遲；③長度為N的濾波器（階數為N-1），計算量為N/2數量級。</p><p>　?。?）模型逼近：一旦確定了指標，就可利用前面學習過的基本原理和關系式，提出一個濾波器模型來逼近給定的指

29、標體系。</p><p>　?。?）實現：上面兩步的結果得到的濾波器，通常是以差分方程、系統(tǒng)函數或脈沖響應來描述的。根據這個描述用硬件或者計算機軟件來實現它。</p><p><b>　　4、FPGA介紹：</b></p><p>　　可編程邏輯器件是一種可以構成各種用途邏輯的通用芯片，它是實現專用集成電路ASIC（Application Sp

30、ecific Integrated Circuit）的半定制器件，它的出現和發(fā)展使電子系統(tǒng)設計師借助于CAD手段在實驗室里就可以設計自己的ASIC器件。特別是FPGA（Field Programmable Gate Array）的產生與發(fā)展，使其成為繼微處理器、存儲器之后的為電子數字系統(tǒng)設計而確定的又一種新的工業(yè)標準(即可以按標準產品目錄在銷售市場上購到)。數字系統(tǒng)正朝向以微處理器、存儲器、FPGA三種標準積木塊構成或是它們的集成方向發(fā)

31、展。</p><p>　　使用FPGA器件設計數字電路，不僅可以簡化設計過程，而且可以降低整個系統(tǒng)的體積和成本，增加系統(tǒng)的可靠性。它們無需花費傳統(tǒng)意義下制造集成電路所需大量時間和精力，避免了投資風險，成為電子器件行業(yè)中發(fā)展最快的一族。使用FPGA器件設計數字系統(tǒng)電路的主要優(yōu)點如下：</p><p><b>　?。?）設計靈活</b></p><p&

32、gt;　　使用FPGA器件，可不受標準系列器件在邏輯功能上的限制。而且修改邏輯可在系統(tǒng)設計和使用過程的任一階段中進行，并且只須通過對所用的FPGA器件進行重新編程即可完成，給系統(tǒng)設計提供了很大的靈活性。</p><p>　?。?）增大功能密集度</p><p>　　功能密集度是指在給定的空間能集成的邏輯功能數量?？删幊踢壿嬓酒瑑鹊慕M件門數高，一片FPGA可代替幾片、幾十片乃至上百片中小規(guī)模

33、的數字集成電路芯片。用FPGA器件實現數字系統(tǒng)時用的芯片數量少，從而減少芯片的使用數目，減少印刷線路板面積和印刷線路板數目，最終導致系統(tǒng)規(guī)模的全面縮減。</p><p><b>　?。?）提高可靠性</b></p><p>　　減少芯片和印刷板數目，不僅能縮小系統(tǒng)規(guī)模，而且它還極大的提高了系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　具有較高集成度的系統(tǒng)

34、比用許多低集成度的標準組件設計的相同系統(tǒng)具有高得多的可靠性。使用FPGA器件減少了實現系統(tǒng)所需要的芯片數目，在印刷線路板上的引線以及焊點數量也隨之減少，所以系統(tǒng)的可靠性得以提高。</p><p><b>　　（4）縮短設計周期</b></p><p>　　由于FPGA器件的可編程性和靈活性，用它來設計一個系統(tǒng)所需時間比傳統(tǒng)方法大為縮短。FPGA器件集成度高，使用時印刷

35、線路板電路布局布線簡單。同時，在樣機設計成功后，由于開發(fā)工具先進，自動化程度高，對其進行邏輯修改也十分簡便迅速。因此，使用FPGA器件可大大縮短系統(tǒng)的設計周期，加快產品投放市場的速度，提高產品的競爭能力。</p><p><b>　?。?）工作速度快</b></p><p>　　FPGA/CPLD器件的工作速度快，一般可以達到幾百兆赫茲，遠遠大于DSP器件。同時，使用

36、FPGA器件后實現系統(tǒng)所需要的電路級數又少，因而整個系統(tǒng)的工作速度會得到提高。</p><p>　　（6）增加系統(tǒng)的保密性能</p><p>　　很多FPGA器件都具有加密功能，在系統(tǒng)中廣泛的使用FPGA器件可以有效防止產品被他人非法仿制。</p><p><b>　　（7）降低成本</b></p><p>　　使用FP

37、GA器件實現數字系統(tǒng)設計時，如果僅從器件本身的價格考慮，有時還看不出來它的優(yōu)勢，但是影響系統(tǒng)成本的因素是多方面的，綜合考慮，使用FPGA的成本優(yōu)越性是很明顯的。首先，使用FPGA器件修改設計方便，設計周期縮短，使系統(tǒng)的研制開發(fā)費用降低；其次，FPGA器件可使印刷線路板面積和需要的插件減少，從而使系統(tǒng)的制造費用降低；再次，使用FPGA器件能使系統(tǒng)的可靠性提高，維修工作量減少，進而使系統(tǒng)的維修服務費用降低?？傊褂肍PGA器件進行系統(tǒng)設計

38、能節(jié)約成本。</p><p><b>　　FPGA設計原則：</b></p><p>　　FPGA設計的一個重要指導原則：面積和速度的平衡與互換，這個原則在后邊的濾波器設計中有大量的驗證體現。</p><p>　　這里“面積”指一個設計消耗FPGA/CPLD的邏輯資源的數量，對于FPGA可以用所消耗的觸發(fā)器(FF)和查找表(IUT)來衡量，更一

39、般的衡量方式可以用設計所占用的等價邏輯門數來衡量?！八俣取敝冈O計在芯片上穩(wěn)定運行所能夠達到的最高頻率，這個頻率由設計的時序狀況決定，和設計滿足的時鐘周期，PADto PAD Time, Clock Setup Time, Clock Hold Time, Clock-to-Output Delay等眾多時序特征量密切相關。面積(area)和速度(speed)這兩個指標貫穿著FPGA設計的始終，是設計質量評價的終極標準。關于面積和速度的兩

40、個最基本的概念：面積與速度的平衡和面積與速度的互換。 </p><p>　　面積和速度是一對對立統(tǒng)一的矛盾體。要求一個設計同時具備設計面積最小，運行頻率最高是不現實的。更科學的設計目標應該是在滿足設計時序要求(包含對設計頻率的要求)的前提下，占用最小的芯片面積?；蛘咴谒?guī)定的面積下，使設計的時序余量更大，頻率跑得更高。這兩種目標充分體現了面積和速度的平衡的思想。關于面積和速度的要求，不應該簡單地理解為工程師水

41、平的提高和設計完美性的追求，而應該認識到它們是和產品的質量和成本直接相關的。如果設計的時序余量比較大，跑的頻率比較高，意味著設計的健壯性更強，整個系統(tǒng)的質量更有保證；另一方面，設計所消耗的面積更小，則意味著在單位芯片上實現的功能模塊更多，需要的芯片數量更少，整個系統(tǒng)的成本也隨之大幅度削減。作為矛盾的兩個組成部分，面積和速度的地位是不一樣的。相比之下，滿足時序、工作頻率的要求更重要一些，當兩者沖突時，采用速度優(yōu)先的準則。</p>

42、;<p>　　面積和速度的互換是 FPGA設計的一個重要思想。從理論上講，一個設計如果時序余量較大，所能跑的頻率遠遠高于設計要求，那么就能通過功能模塊復用減少整個設計消耗的芯片面積，這就是用速度的優(yōu)勢換面積的節(jié)約；反之，如果一個設計的時序要求很高，普通方法達不到設計頻率，那么一般可以通過將數據流串并轉換，并行復制多個操作模塊，對整個設計采取“串并轉換”的思想進行運作，在芯片輸出模塊再在對數據進行“并串轉換”，是從宏觀上看整

43、個芯片滿足了處理速度的要求，這相當于用面積復制換速度提高。</p><p>　　舉一個例子。假設數字信號處理系統(tǒng)輸入數據流的速率是350Mb/s，而在FPGA上設計的數據處理模塊的處理速度最大為150Mb/s，由于處理模塊的數據吞吐量滿足不了要求，看起來直接在FPGA上實現是不可能的。這種情況下，就應該利用“面積換速度”的思想，至少復制成3個處理模塊，首先將輸入數據進行串并轉換，然后利用這三個模塊并行處理分配的數

44、據，然后將處理結果“并串變換”，就完成數據速率的要求。我們在整個處理模塊的兩端看，數據速率是350Mb/s，而在FPGA的內部看，每個子模塊處理的數據速率是150Mb/s，其實整個數據的吞吐量的保障是依賴于3個子模塊并行處理完成的，也就是說利用了占用更多的芯片面積，實現了高速處理，通過“面積的復制換取處理速度的提高”的思想實現了設計。</p><p>　　FPGA是英文Field Programmable Gat

45、e Array的縮寫，即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產物。它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。</p><p>　　FPGA采用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）這樣一個新概念，內部包括可配置邏輯模塊CLB（Configurable Logic B

46、lock）、輸出輸入模塊IOB（Input Output Block）和內部連線（Interconnect）三個部分。FPGA的基本特點主要有：</p><p>　?。?）采用FPGA設計ASIC電路，用戶不需要投片生產，就能得到合用的芯片。 </p><p>　?。?）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。</p><p>　?。?）FPGA內部有

47、豐富的觸發(fā)器和I／O引腳。</p><p>　　（4）FPGA是ASIC電路中設計周期最短、開發(fā)費用最低、風險最小的器件之一。</p><p>　?。?）FPGA采用高速CHMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。</p><p>　　可以說，FPGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。</p><p>　　目前

48、FPGA的品種很多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。 </p><p>　　FPGA是由存放在片內RAM中的程序來設置其工作狀態(tài)的，因此，工作時需要對片內的RAM進行編程。用戶可以根據不同的配置模式，采用不同的編程方式。</p><p>　　加電時，FPGA芯片將EPROM中數據讀入片內編程RAM中，配置完成后，FPGA進入工作狀

49、態(tài)。掉電后，FPGA恢復成白片，內部邏輯關系消失，因此，FPGA能夠反復使用。FPGA的編程無須專用的FPGA編程器，只須用通用的EPROM、PROM編程器即可。當需要修改FPGA功能時，只需換一片EPROM即可。這樣，同一片FPGA，不同的編程數據，可以產生不同的電路功能。因此，FPGA的使用非常靈活。</p><p>　　FPGA有多種配置模式：并行主模式為一片FPGA加一片EPROM的方式；主從模式可以支持

50、一片PROM編程多片FPGA；串行模式可以采用串行PROM編程FPGA；外設模式可以將FPGA作為微處理器的外設，由微處理器對其編程。</p><p>　　Verilog HDL是一種硬件描述語言，用于從算法級、門級到開關級的多種抽象設計層次的數字系統(tǒng)建模。被建模的數字系統(tǒng)對象的復雜性可以介于簡單的門和完整的電子數字系統(tǒng)之間。數字系統(tǒng)能夠按層次描述，并可在相同描述中顯式地進行時序建模。</p>&l

51、t;p>　　Verilog HDL 語言具有下述描述能力：設計的行為特性、設計的數據流特性、設計的結構組成以及包含響應監(jiān)控和設計驗證方面的時延和波形產生機制。所有這些都使用同一種建模語言。此外，Verilog HDL語言提供了編程語言接口，通過該接口可以在模擬、驗證期間從設計外部訪問設計，包括模擬的具體控制和運行。</p><p>　　Verilog HDL語言不僅定義了語法，而且對每個語法結構都定義了清晰

52、的模擬、仿真語義。因此，用這種語言編寫的模型能夠使用Verilog仿真器進行驗證。語言從C編程語言中繼承了多種操作符和結構。Verilog HDL提供了擴展的建模能力，其中許多擴展最初很難理解。但是，Verilog HDL語言的核心子集非常易于學習和使用，這對大多數建模應用來說已經足夠。當然,完整的硬件描述語言足以對從最復雜的芯片到完整的電子系統(tǒng)進行描述。</p><p><b>　　歷史</b&

53、gt;</p><p>　　Verilog HDL語言最初是于1983年由Gateway Design Automation公司為其模擬器產品開發(fā)的硬件建模語言。那時它只是一種專用語言。由于他們的模擬、仿真器產品的廣泛使用，Verilog HDL 作為一種便于使用且實用的語言逐漸為眾多設計者所接受。在一次努力增加語言普及性的活動中，Verilog HDL語言于1990年被推向公眾領域。 Open Verilog

54、International （OVI）是促進Verilog發(fā)展的國際性組織。1992年， OVI決定致力于推廣Verilog OVI標準成為IEEE標準。這一努力最后獲得成功，Verilog 語言于1995年成為IEEE標準，稱為IEEE Std 1364－1995。完整的標準在Verilog硬件描述語言參考手冊中有詳細描述。</p><p><b>　　主要能力</b></p>

55、<p>　　下面列出的是Verilog硬件描述語言的主要能力：基本邏輯門，例如and、or和nand等都內置在語言中。* 用戶定義原語（UDP）創(chuàng)建的靈活性。用戶定義的原語既可以是組合邏輯原語，也可以是時序邏輯原語。</p><p>　　* 開關級基本結構模型，例如pmos 和nmos等也被內置在語言中。</p><p>　　* 提供顯式語言結構指定設計中的端口到端口的時延

56、及路徑時延和設計的時序檢查。</p><p>　　* 可采用三種不同方式或混合方式對設計建模。這些方式包括：行為描述方式—使用過程化結構建模；數據流方式—使用連續(xù)賦值語句方式建模；結構化方式—使用門和模塊實例語句描述建模</p><p>　　* Verilog HDL中有兩類數據類型：線網數據類型和寄存器數據類型。線網類型表示構件間的物理連線，而寄存器類型表示抽象的數據存儲元件。</

57、p><p>　　* 能夠描述層次設計，可使用模塊實例結構描述任何層次。</p><p>　　* 設計的規(guī)模可以是任意的；語言不對設計的規(guī)模（大小）施加任何限制。</p><p>　　* Verilog HDL不再是某些公司的專有語言而是IEEE標準。</p><p>　　* 人和機器都可閱讀Verilog 語言，因此它可作為EDA的工具和設計者之

58、間的交互語言。</p><p>　　* Verilog HDL語言的描述能力能夠通過使用編程語言接口（PLI）機制進一步擴展。PLI是允許外部函數訪問Verilog 模塊內信息、允許設計者與模擬器交互的例程集合。</p><p>　　* 設計能夠在多個層次上加以描述，從開關級、門級、寄存器傳送級（RTL）到算法級，包括進程和隊列級。</p><p>　　* 能夠使用

59、內置開關級原語在開關級對設計完整建模。</p><p>　　* 同一語言可用于生成模擬激勵和指定測試的驗證約束條件，例如輸入值的指定。</p><p>　　* Verilog HDL 能夠監(jiān)控模擬驗證的執(zhí)行，即模擬驗證執(zhí)行過程中設計的值能夠被監(jiān)控和顯示。這些值也能夠用于與期望值比較，在不匹配的情況下，打印報告消息。</p><p>　　* 在行為級描述中，Veril

60、og HDL不僅能夠在RTL級上進行設計描述，而且能夠在體系結構級描述及其算法級行為上進行設計描述。</p><p>　　* 能夠使用門和模塊實例化語句在結構級進行結構描述。</p><p>　　* Verilog HDL 的混合方式建模能力，即在一個設計中每個模塊均可以在不同設計層次上建模。</p><p>　　* Verilog HDL 還具有內置邏輯函數，例如

61、&（按位與）和|（按位或）。</p><p>　　* 對高級編程語言結構，例如條件語句、情況語句和循環(huán)語句，語言中都可以使用。</p><p>　　* 可以顯式地對并發(fā)和定時進行建模。</p><p>　　* 提供強有力的文件讀寫能力。</p><p>　　* 語言在特定情況下是非確定性的，即在不同的模擬器上模型可以產生不同的結果；例

62、如，事件隊列上的事件順序在標準中沒有定義。</p><p><b>　　5、DSP簡介</b></p><p>　　今天，DSP廣泛應用于現代技術中，它已是許多產品的關鍵部分，在我們日常生活中扮演著越來越重要的角色。最近，系西北工業(yè)大學Aviation微電子研究中心完成了數字信號處理器的核心NDSP25的設計，它是以TexasTms320系列為指導來完成TMS320C

63、25的數字信號處理器設計的目標，通過用一低端設計流，NDSP25兼容了TMS320C25的時間界面和指導內容。</p><p>　　數字信號處理器(Digital Signal Processor)是一種適合對數字信號進行高速實時處理的專用處理器，其主要用來實時快速地實現各種數字信號處理算法。在當今的數字化時代背景下，DSP已成為通信、計算機、消費類電子產品等領域的基礎器件。</p><p&g

64、t;　　數字信號處理器與數字信號處理有著密不可分的關系，我們通常說的“DSP”也可以指數字信號處理(Digital Signal Processing )，在本文里都是指數字信號處理器。數字信號處理是一門包括了許多學科并應用于很多領域的學科，是指利用計算機或是專用處理設備，以數字形式對信號進行采集、變換、濾波、估值、增強、壓縮、識別等處理，得到符合要求的信號形式。數字信號處理器是用于處理數字信號的器件，因此它是伴隨著數字信號處理才產生的

65、。</p><p>　　DSP發(fā)展歷程大致分為三個階段：20世紀70年代理論先行，80年代產品普及和90年代的突飛猛進。在DSP出現之前數字信號處理只能依靠微處理器(MPU)來完成。但MPU較低的處理速度無法滿足高速實時的要求。因此，直到20世紀70年代，有人才提出了DSP的理論和算法基礎。隨著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，1982年世界上誕生了首枚DSP芯片。幾年后，第二代基于CMOS工藝的DSP芯片應運而生。80

66、年代后期，第三代DSP芯片問世。90年代DSP發(fā)展最快，相繼出現了第四代和第五代DSP器件。經過20多年的發(fā)展，DSP產品的應用已擴大到人們的學習、工作和生活的各個方面，并逐漸成為電子產品更新?lián)Q代的決定因素。</p><p><b>　　附件二：外文原文</b></p><p>　　The simulation and the realization of the d

67、igital filter</p><p>　　With the information age and the advent of the digital world, digital signal processing has become one of today's most important disciplines and door technology. Digital signal pro

68、cessing in communications, voice, images, automatic control, radar, military, aerospace, medical and household appliances, and many other fields widely applied. In the digital signal processing applications, the digital

69、filter is important and has been widely applied.</p><p>　　1、 figures Unit on :</p><p>　　Analog and digital filters</p><p>　　In signal processing, the function of a filter is to remo

70、ve unwanted parts of the signal, such as random noise, or to extract useful parts of the signal, such as the components lying within a certain frequency range. </p><p>　　There are two main kinds of filter, a

71、nalog and digital. They are quite different in their physical makeup and in how they work. An analog filter uses analog electronic circuits made up from components such as resistors, capacitors and op amps to produce the

72、 required filtering effect. Such filter circuits are widely used in such applications as noise reduction, video signal enhancement, graphic equalisers in hi-fi systems, and many other areas. There are well-established st

73、andard techniques for d</p><p>　　Note that in a digital filter, the signal is represented by a sequence of numbers, rather than a voltage or current. Unit refers to the input signals used to filter hardware

74、or software. If the filter input, output signals are separated, they are bound to respond to the impact of the Unit is separated, such as digital filters filter definition. Digital filter function, which was to import se

75、quences X transformation into export operations through a series Y.</p><p>　　According to figures filter function 24-hour live response characteristics, digital filters can be divided into two, namely, unlim

76、ited long live long live the corresponding IIR filter and the limited response to FIR filters. IIR filters have the advantage of the digital filter design can use simulation results, and simulation filter design of a lar

77、ge number of tables may facilitate simple. It is the shortcomings of the nonlinear phase; Linear phase if required, will use the entire network phase-</p><p>　　FIR filters can be strictly linear phase, but b

78、ecause the system FIR filter function extremity fixed at the original point, it can only use the higher number of bands to achieve their high selectivity for the same filter design indicators FIR filter called band than

79、a few high-IIR 5-10 times, the cost is higher, Signal delay is also larger. But if the same linear phase, IIR filters must be network-wide calibration phase, the same section also increase the number of filters and netwo

80、rk complexity</p><p>　　Unit from sub-functions can be divided into the following four categories :</p><p>　　(1) Low-filter (LPF);</p><p>　　(2) high-filter (HPF);</p><p>

81、;　　(3) belt-filter (BPF); </p><p>　　(4) to prevent filter (BSF).</p><p>　　The following chart dotted line for the ideals of the filter frequency characteristics :</p><p>　　2、 MATLAB

82、 introduced</p><p>　　MATLAB is a matrix laboratory (Matrix Laboratory) is intended. In addition to an excellent value calculation capability, it also provides professional symbols terms, word processing, vis

83、ualization modeling, simulation and real-time control functions. MATLAB as the world's top mathematical software applications, with a strong engineering computing, algorithms research, engineering drawings, applicati

84、ons development, data analysis and dynamic simulation, and other functions, in aerospace, mechanic</p><p>　　In the electricity system protection and secondary computer control, many signal processing and ana

85、lysis are based on are certain types Yeroskipou and the second harmonics of the system voltage and current signals (especially at D process), are mixed with a variety of complex components, the filter has been installed

86、power system during the critical components. Current computer protection and the introduction of two digital signal processing software main filter. Digital filter design using trad</p><p>　　MATLAB is the ba

87、sic unit of data matrix, with its directives Biaodashi mathematics, engineering, commonly used form is very similar, it is used to solve a problem than in MATLAB C, Fortran and other languages End precision much the same

88、 thing. The popular MATLAB 5.3/Simulink3.0 including hundreds of internal function with the main pack and 30 types of tool kits (Toolbox). kits can be divided into functional tool kits and disciplines toolkit. MATLAB too

89、l kit used to expand the functional symbols </p><p>　　MATLAB users to open widely welcomed. In addition to the internal function, all the packages MATLAB tool kits are readable document and the document coul

90、d be amended, modified or users through Yuanchengxu the construction of new procedures to prepare themselves for kits.</p><p>　　3、 Digital filter design</p><p>　　Digital filter design of the bas

91、ic requirements</p><p>　　Digital filter design must go through three steps :</p><p>　　(1) Identification of indicators : In the design of a filter, there must be some indicators. These indicator

92、s should be determined on the basis of the application. In many practical applications, digital filters are often used to achieve the frequency operation. Therefore, indicators in the form of general jurisdiction given f

93、requency range and phase response. Margins key indicators given in two ways. The first is absolute indicators. It provides a function to respond to the demands of the gener</p><p>　　(2) Model approach : Once

94、 identified indicators can use a previous study of the basic principles and relationships, a filter model to be closer to the target system.</p><p>　　(3) Achieved : the results of the above two filters, usua

95、lly by differential equations, system function or pulse response to describe. According to this description of hardware or software used to achieve it.</p><p>　　4、 Introduced FPGA</p><p>　　Progr

96、ammable logic device is a generic logic can use a variety of chips, which is to achieve </p><p>　　ASIC ASIC (Application Specific Integrated Circuit) semi-customized device, Its emergence and development of

97、electronic systems designers use CAD tools to design their own laboratory in the ASIC device. Especially FPGA (Field Programmable Gate Array) generated and development, as a microprocessor, memory, the figures for electr

98、onic system design and set a new industry standard (that is based on standard product sales catalogue in the market to buy). Is a digital system for microprocessors, memor</p><p>　　Digital circuit design usi

99、ng FPGA devices, can not only simplify the design process and can reduce the size and cost of the entire system, increasing system reliability. They do not need to spend the traditional sense a lot of time and effort req

100、uired to create integrated circuits, to avoid the investment risk and become the fastest-growing industries of electronic devices group. Digital circuit design system FPGA devices using the following main advantages</

101、p><p>　　Design flexible</p><p>　　Use FPGA devices may not in the standard series device logic functional limitations. And changes in system design and the use of logic in any one stage of the proce

102、ss, and only through the use of re-programming the FPGA device can be completed, the system design provides for great flexibility.</p><p>　　(2) Increased functional density</p><p>　　Functional

103、density in a given space refers to the number of functional integration logic. Programmable logic chip components doors several high, a FPGA can replace several films, film scores or even hundreds of small-scale digital

104、IC chip illustrated in the film. FPGA devices using the chip to use digital systems in small numbers, thus reducing the number of chips used to reduce the number of printed size and printed, and will ultimately lead to a