基于FPGA的FIR数字滤波器设计及实现

宋卓达; 王志乾; 李建荣; 沈铖武; 刘绍锦

doi:10.37188/YJYXS20203510.1073

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基于FPGA的FIR数字滤波器设计及实现

显示与图像处理 | 更新时间：2020-09-28

- 基于FPGA的FIR数字滤波器设计及实现
- Design and implementation of FIR digital filter based on FPGA
- 液晶与显示 2020年35卷第10期页码：1073-1078
- 作者机构：
  
  1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林长春 130033
  2.中国科学院大学, 北京 100049
- 作者简介：
  
  [ "宋卓达(1993-), 男, 吉林长春人, 硕士研究生, 2016年于南昌大学获得学士学位, 主要从事FPGA嵌入式系统设计方面的研究。E-mail:453474362@qq.com" ]
  [ "王志乾(1969-), 男, 吉林省吉林市人, 研究员, 2009年于吉林大学获得博士学位, 主要从事光电测量、数字信号处理方面的研究。E-mail:zhiqian_wang@sina.com" ]
- 基金信息：
  
  吉林省科技厅技术攻关项目(20190302086GX);吉林省科技厅技术攻关项目(20200403067SF)
- DOI：10.37188/YJYXS20203510.1073
  中图分类号： TN911.72;TN713.7
- 收稿日期：2020-04-09，
  
  修回日期：2020-06-04，
  
  录用日期：2020-6-4，
  
  纸质出版日期：2020-10-05
- 稿件说明：
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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, 2020,35(10):1073-1078.

Zhuo-da SONG, Zhi-qian WANG, Jian-rong LI, et al. Design and implementation of FIR digital filter based on FPGA[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2020, 35(10): 1073-1078.
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, 2020,35(10):1073-1078. DOI： 10.37188/YJYXS20203510.1073.

Zhuo-da SONG, Zhi-qian WANG, Jian-rong LI, et al. Design and implementation of FIR digital filter based on FPGA[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2020, 35(10): 1073-1078. DOI： 10.37188/YJYXS20203510.1073.

摘要

针对应变信号采集系统中的信号处理环节，设计并实现一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的FIR数字滤波器。首先，基于Matlab采用克莱德曼窗函数设计一个长度为16的15阶数字滤波器，并生成高斯白噪声与频率为2 kHz、8 kHz正弦波的合成信号，然后量化12位系数，将系数文件导入QuartusⅡ13.1软件，结合FPGA内部数字滤波器IP核，采用自上而下的方式设计出FIR数字滤波器，最终在Simulink环境下对其进行仿真。实验结果表明，滤波前后合成信号的均方误差下降28.5%，提高了低频信号质量，增强了应变信号采集系统的功能性和集成度。

Abstract

A Finite Impulse Response(FIR) digital filter based on Field Programmable Gate Array(FPGA) is designed and implemented for signal processing in strain signal acquisition system. Firstly

based on MATLAB

Blackman window function is used to design a 15 order digital filter with 16 length

and the signal is composed of white Gaussian noise and sine wave with frequency of 2 kHz and 8 kHz. Then the 12 bit coefficients are quantized

and the coefficient file is imported into QuartusⅡ 13.1 software. Combining with the IP core of digital filter in FPGA

FIR digital filter is designed from top to bottom. Finally

it is simulated in Simulink environment. The results show that the mean square error of the synthesized signal decreases by 28.5% before and after filtering

which can improve the quality of low frequency signal and enhanced the function and integration of the strain signal acquisition system.

关键词

Keywords

references

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