數字濾波器的MATLAB與FPGA實現——Xilinx/VHDL版

杜勇

  • 出版商: 電子工業
  • 出版日期: 2017-09-01
  • 定價: $474
  • 售價: 8.5$403
  • 語言: 簡體中文
  • 頁數: 408
  • 裝訂: 平裝
  • ISBN: 7121326418
  • ISBN-13: 9787121326417
  • 相關分類: FPGAMatlab

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商品描述

本書以Xilinx公司的FPGA器件為開發平臺,採用MATLAB及VHDL語言開發工具,詳細闡述了數字濾波器的實現原理、結構、方法及模擬測試過程,並通過大量工程實例分析其在FPGA實現過程中的具體技術細節。其主要內容包括FIR濾波器、IIR濾波器、多速率濾波器、自適應濾波器、變換域濾波器、解調系統的濾波器設計等。

作者簡介

杜勇,四川省廣安市人,高級工程師。
1999年於湖南大學獲電子工程專業學士學位,2005年於國防科學技術大學獲信息與通信工程專業碩士學位。主要從事數字信號處理、無線通信以及FPGA應用技術研究。
發表學術論文十餘篇,出版數字濾波器的MATLAB與FPGA實現、數字通信同步技術的MATLAB與FPGA實現、數字調製解調技術的MATLAB與FPGA實現、鎖相環技術原理及FPGA實現等多部著作。

目錄大綱

第1章數字濾波器及FPGA概述(1)
1.1濾波器概述(2)
1.1.1濾波器簡介(2)
1.1.2數字濾波器的分類(3)
1.1.3濾波器的特徵參數(5)
1.2 FPGA基本知識(5)
1.2.1 FPGA的基本概念及發展歷程(5)
1.2.2 FPGA的結構和工作原理(7)
1.2.3 IP核的概念(13)
1.3 FPGA在數字信號處理中的應用( 13)
1.4 Xilinx器件簡介(14)
1.4.1 Spartan系列器件(17)
1.4.2 Virtex系列器件(20)
1.4.3 PROM芯片介紹(26)
1.5 FPGA信號處理板CXD301(27)
1.6小結(29)

第2章設計語言及環境介紹(31)
2.1 HDL語言簡介(32)
2.1.1 HDL語言的特點及優勢(32)
2.1.2選擇VHDL還是Verilog HDL(33)
2.2 VHDL語言基礎(34)
2.2.1程序結構(35)
2.2.2數據類型(37)
2.2.3數據對象(40)
2.2.4運算符(40)
2.2.5 VHDL語句(46)
2.3 FPGA開發工具及設計流程(51)
2.3.1 ISE開發套件(51)
2.3.2 ModelSim仿真軟件(55)
2.3.3 Synplicity綜合軟件(57)
2.3.4 FPGA設計流程(58)
2.4 MATLAB軟件(60)
2.4.1 MATLAB軟件簡介(60)
2.4.2常用的信號處理函數(63)
2.5 MATLAB與ISE的數據交換(69)
2.6小結(70)

第3章FPGA實現數字信號處理基礎(71)
3.1 FPGA中數的表示(72)
3.1.1萊布尼茲與二進制(72 )
3.1.2定點數表示(73)
3.1.3浮點數表示(74)
3.2 FPGA中數的運算(77)
3.2.1加/法運算(77)
3.2.2乘法運算(80)
3.2.3除法運算(83)
3.2.4有效數據位的計算(83)
3.3有限字長效應(86)
3.3.1字長效應的產生因素(86)
3.3.2 A/D變換的字長效應(87)
3.3 .3系統運算中的字長效應(88)
3.4 FPGA中的常用處理模塊(90)
3.4.1乘法器模塊(90)
3.4.2除法器模塊(95)
3.4.3浮點運算模塊(98)
3.4.4濾波器模塊(0)
3.4.5數字頻率器模塊(2)
3.5小結(4)

第4章FIR濾波器的FPGA設計與實現(5)
4.1 FIR濾波器的理論基礎(6)
4.1.1線性時不變系統(6)
4.1.2 FIR濾波器的原理(8 )
4.1.3 FIR濾波器的特性(9)
4.1.4 FIR濾波器的結構形式(113)
4.2 FIR濾波器的設計方法(117)
4.2.1窗函數法(117)
4.2.2頻率取樣法( 119)
4.2.3優設計方法(120)
4.3 FIR濾波器的MATLAB設計(121)
4.3.1採用fir1函數設計(121)
4.3.2採用kaiserord函數設計(126)
4.3.3採用fir2函數設計(127 )
4.3.4採用firpm函數設計(128)
4.3.5採用FDATOOL工具設計(130)
4.4 FIR濾波器的FPGA實現(132)
4.4.1量化濾波器係數(132)
4.4.2串行結構的FPGA實現(134)
4.4.3並行結構的FPGA實現(141)
4.4.4分佈式結構的FPGA實現(144)
4.4.5不同結構的性能對比分析(149)
4.4.6採用FIR核實現(150)
4.5 FIR濾波器的板載測試(155)
4.5.1硬件接口電路(155)
4.5.2板載測試程序(155)
4.5.3板載測試驗證(161)
4.5小結(163)

第5章IIR濾波器的MATLAB與FPGA實現(165)
5.1 IIR濾波器的理論基礎(166)
5.1 .1 IIR濾波器的原理及特性(166)
5.1.2 IIR濾波器的結構形式(166)
5.1.3 IIR與FIR濾波器的比較(169)
5.2 IIR濾波器的設計方法(170)
5.2.1幾種典型的模擬濾波器(170)
5.2.2原型轉換設計法(172)
5.2.3直接設計法(173)
5.3 IIR濾波器的MATLAB設計(174)
5.3.1採用butter函數設計(174)
5.3 .2採用cheby1函數設計(175)
5.3.3採用cheby2函數設計(175)
5.3.4採用ellip函數設計(176)
5.3.5採用yulewalk函數設計(176)
5.3.6幾種設計函數的比較(177 )
5.3.7採用FDATOOL工具設計(179)
5.4 IIR濾波器的FPGA實現(180)
5.4.1量化直接型結構的係數及運算字長(180)
5.4.2直接型結構的FPGA實現(184)
5.4 .3直接型結構FPGA實現後的測試仿真(190)
5.4.4量化級聯型結構的係數(194)
5.4.5級聯型結構的FPGA實現(195)
5.4.6級聯型結構FPGA實現後的測試仿真(200)
5.5 IIR濾波器的板載測試(201)
5.5.1硬件接口電路(201)
5.5.2板載測試程序(202)
5.5.3板載測試驗證(205)
5.6小結(206)

第6章多速率濾波器的FPGA實現(207)
6.1多速率信號處理基礎知識(208)
6.1.1多速率信號處理的概念及作用(208)
6.1.2多速率信號處理的一般步驟(209)
6.1.3軟件無線電中的多速率處理(209)
6.2抽取與內插處理(211)
6.2.1整數倍抽取(211)
6.2.2整數倍內插(213)
6.2.3比值為有理數的抽樣率轉換(215)
6.3 CIC濾波器(215)
6.3. 1 CIC濾波器的原理(215)
6.3.2 CIC濾波器的應用條件(218)
6.3.3單級CIC濾波器的FPGA實現(219)
6.3.4多級CIC濾波器的FPGA實現(221)
6.3 .5 CIC濾波器IP核的使用(229)
6.3.6 CIC濾波器的板載測試(231)
6.4 FIR半帶濾波器(236)
6.4.1半帶濾波器的原理(236)
6.4.2半帶濾波器的MATLAB設計(237)
6.4.3多級半帶濾波器的設計(239)
6.4.4多級半帶濾波器的FPGA實現(241)
6.5多相分解技術(247)
6.5.1多相分解技術的一般概念(247)
6.5.2整數倍抽取器的多相結構(248)
6.6小結(251)

第7章自適應濾波器的FPGA實現(253)
7.1自適應濾波器簡介(254)
7.1.1自適應濾波器的概念(254)
7.1.2自適應濾波器的應用(255)
7.1.3自適應算法的一般原理( 257)
7.2 LMS算法(259)
7.2.1 LMS算法的原理(259)
7.2.2 LMS算法的實現結構(259)
7.2.3 LMS算法的字長效應(261)
7.2.4符號LMS算法原理(262 )
7.2.5 LMS算法的MATLAB仿真(263)
7.3自適應線性濾波器的FPGA實現(267)
7.3.1自適應線性濾波器原理(267)
7.3.2利用線性濾波器實現通道失配校正(267 )
7.3.3校正算法的MATLAB仿真(269)
7.3.4校正算法的VHDL實現(270)
7.3.5 FPGA實現後的仿真測試(274)
7.4自適應均衡器的FPGA實現(276)
7.4.1自適應均衡器原理(276)
7.4.2自適應均衡器的MATLAB仿真(277)
7.4.3自適應均衡器的VHDL實現(279)
7.4. 4 FPGA實現後的仿真測試(284)
7.5智能天線陣的FPGA實現(285)
7.5.1智能天線陣的概念及原理(285)
7.5.2自適應天線陣的MATLAB仿真(288)
7.5.3自適應天線陣的VHDL實現(290)
7.5.4 FPGA實現後的仿真測試(293)
7.6自適應陷波器的FPGA實現(293)
7.6.1自適應陷波器原理(293)
7.6.2自適應陷波器的MATLAB仿真(295)
7.6.3自適應陷波器的VHDL實現(298)
7.6.4 FPGA實現後的仿真測試(301)
7.7自適應陷波器的板載測試(302)
7.7. 1硬件接口電路(302)
7.7.2板載測試程序(302)
7.7.3板載測試驗證(309)
7.8小結(311)

第8章變換域濾波器的FPGA實現(313)
8.1變換域濾波器簡介(314)
8.2快速傅里葉變換(314)
8.2.1離散傅里葉變換(314)
8.2.2 DFT存在的問題(316)
8.2.3 FFT算法的基本思想(317)
8.2.4 FFT算法的MATLAB仿真(318)
8.3 FFT核的使用(320)
8.3.1 FFT核簡介(320)
8.3.2 FFT核的接口及時序(321 )
8.4頻域濾波器的原理及MATLAB仿真(323)
8.4.1抗窄帶乾擾濾波器的原理(323)
8.4.2檢測門限的選取(324)
8.4.3頻域濾波器的MATLAB仿真(325)
8.5頻域濾波器的FPGA實現(327)
8.5.1 FPGA實現的總體結構設計(327)
8.5.2速率變換模塊的設計與實現(329)
8.5.3 FFT及濾波設計與實現(334)
8.5. 4 IFFT及數據輸出設計與實現(339)
8.5.5頂層文件設計及實現(343)
8.5.6 FPGA實現後的仿真測試(345)
8.6頻域濾波器的板載測試(346)
8.6.1硬件接口電路(346)
8.6.2板載測試程序(347)
8.6.3板載測試驗證(352)
8.6小結(354)

第9章解調系統濾波器的FPGA實現(355)
9.1數字接收機的一般原理(356)
9.1.1通用數字接收機處理平台(356)
9.1.2基本調製解調技術(357)
9.1.3改進的數字調製解調技術(359)
9.2 DPSK調製解調原理(360)
9.2.1 DPSK調製原理及信號特徵(360)
9.2.2 DPSK信號的MATLAB仿真(361)
9.2.3 DPSK解調原理(364)
9.3 DPSK解調參數設計(366)
9.3.1數字下變頻器設計(367)
9.3.2低通濾波器設計(368)
9.3.3數字鑑相器設計(369)
9.3.4環路濾波器設計(370)
9.3.5載波同步環設計的一般步驟(372)
9.4 Costas環的FPGA實現(373)
9.4.1頂層模塊的VHDL實現(373)
9.4.2鑑相器及環路濾波器的VHDL實現(376)
9.4.3 Costas環實現後的仿真測試(378)
9.5 Costas環的板載實驗(379)
9.5.1硬件接口電路(379)
9.5.2板載測試程序(380)
9.5.3板載測試驗證(384)
9.6小結(385)
參考文獻(387)