数字滤波器的MATLAB与FPGA实现——Altera/Verilog版（第2版）

本书以Altera公司的FPGA器件为开发平台，采用MATLAB及Verilog HDL语言开发工具，详细阐述了数字滤波器的实现原理、结构、方法及仿真测试过程，并通过大量工程实例分析其在FPGA实现过程中的具体技术细节。其主要内容包括FIR滤波器、IIR滤波器、多速率滤波器、自适应滤波器、变换域滤波器、解调系统的滤波器设计等。本书思路清晰、语言流畅、分析透彻，在简明阐述设计原理的基础上，追求对工程实践的指导性，力求使读者在较短的时间内掌握数字滤波器的FPGA设计知识和技能。

杜勇，四川省广安市人，高级工程师。1999年于湖南大学获电子工程专业学士学位，2005年于国防科技大学获信息与通信工程专业硕士学位。主要从事数字信号处理、无线通信以及FPGA应用技术研究。发表学术论文十余篇，出版《数字滤波器的MATLAB与FPGA实现（第2版）》、《数字通信同步技术的MATLAB与FPGA实现》、《数字调制解调技术的MATLAB与FPGA实现》等多部著作。

目　　录＜br/＞第1章 数字滤波器及FPGA概述 （1）＜br/＞1.1 滤波器概述 （1）＜br/＞1.1.1 滤波器简介 （1）＜br/＞1.1.2 数字滤波器的分类 （3）＜br/＞1.1.3 滤波器的特征参数 （4）＜br/＞1.2 FPGA基本知识 （5）＜br/＞1.2.1 FPGA的基本概念及发展历程 （5）＜br/＞1.2.2 FPGA的结构和工作原理 （7）＜br/＞1.2.3 IP核的概念 （13）＜br/＞1.3 FPGA在数字信号处理中的应用 （14）＜br/＞1.4 Altera器件简介 （15）＜br/＞1.5 FPGA信号处理板CRD500 （17）＜br/＞1.5.1 CRD500简介 （17）＜br/＞1.5.2 CRD500的典型应用 （19）＜br/＞1.6 小结 （19）＜br/＞第2章 设计语言及环境介绍 （21）＜br/＞2.1 Verilog HDL语言简介 （21）＜br/＞2.1.1 HDL语言 （21）＜br/＞2.1.2 Verilog HDL简介和程序结构 （22）＜br/＞2.2 FPGA开发工具及设计流程 （25）＜br/＞2.2.1 Quartus II开发套件 （25）＜br/＞2.2.2 ModelSim仿真软件 （28）＜br/＞2.2.3 FPGA设计流程 （30）＜br/＞2.3 MATLAB软件 （32）＜br/＞2.3.1 MATLAB软件简介 （32）＜br/＞2.3.2 常用的信号处理函数 （35）＜br/＞2.3.3 滤波器设计分析工具FDATOOL （42）＜br/＞2.4 MATLAB与Quartus II的联合应用 （43）＜br/＞2.5 小结 （44）＜br/＞第3章 FPGA实现数字信号处理基础 （45）＜br/＞3.1 数的表示 （45）＜br/＞3.1.1 莱布尼茨与二进制 （45）＜br/＞3.1.2 定点数表示法 （46）＜br/＞3.1.3 浮点数表示法 （48）＜br/＞3.2 FPGA中数的运算 （51）＜br/＞3.2.1 加/减法运算 （51）＜br/＞3.2.2 乘法运算 （54）＜br/＞3.2.3 除法运算 （55）＜br/＞3.2.4 有效数据位的计算 （55）＜br/＞3.3 有限字长效应 （58）＜br/＞3.3.1 字长效应的产生因素 （58）＜br/＞3.3.2 A/D转换的字长效应 （59）＜br/＞3.3.3 数字滤波器系数的字长效应 （60）＜br/＞3.3.4 滤波器运算中的字长效应 （61）＜br/＞3.4 FPGA的常用运算模块 （62）＜br/＞3.4.1 加法器模块 （62）＜br/＞3.4.2 乘法器模块 （64）＜br/＞3.4.3 除法器模块 （67）＜br/＞3.4.4 浮点数运算模块 （68）＜br/＞3.5 小结 （70）＜br/＞第4章　FIR滤波器的FPGA实现 （71）＜br/＞4.1 FIR滤波器的理论基础 （71）＜br/＞4.1.1 线性时不变系统 （71）＜br/＞4.1.2 FIR滤波器的原理 （74）＜br/＞4.1.3 FIR滤波器的特性 （74）＜br/＞4.1.4 FIR滤波器的结构形式 （78）＜br/＞4.2 FIR滤波器的设计方法 （83）＜br/＞4.2.1 窗函数法 （83）＜br/＞4.2.2 频率取样法 （85）＜br/＞4.2.3 最优设计方法 （85）＜br/＞4.3 FIR滤波器的MATLAB设计 （86）＜br/＞4.3.1 采用fir1函数设计 （86）＜br/＞4.3.2 采用kaiserord函数设计 （92）＜br/＞4.3.3 采用fir2函数设计 （93）＜br/＞4.3.4 采用firpm函数设计 （94）＜br/＞4.3.5 采用FDATOOL设计滤波器 （96）＜br/＞4.4 FIR滤波器的FPGA实现 （98）＜br/＞4.4.1 滤波器系数的量化 （98）＜br/＞4.4.2 串行FIR滤波器的FPGA实现 （100）＜br/＞4.4.3 并行FIR滤波器的FPGA实现 （107）＜br/＞4.4.4 分布式FIR滤波器的FPGA实现 （110）＜br/＞4.4.5 采用FIR核实现 （112）＜br/＞4.4.6 不同结构FIR滤波器的性能对比分析 （115）＜br/＞4.5 FIR滤波器的板载测试 （116）＜br/＞4.5.1 硬件接口电路 （116）＜br/＞4.5.2 板载测试程序 （116）＜br/＞4.5.3 板载测试验证 （121）＜br/＞4.6 小结 （122）＜br/＞第5章 IIR滤波器的FPGA实现 （125）＜br/＞5.1 IIR滤波器的理论基础 （125）＜br/＞5.1.1 IIR滤波器的原理及特性 （125）＜br/＞5.1.2 IIR滤波器的结构形式 （126）＜br/＞5.1.3 IIR滤波器与FIR滤波器的比较 （128）＜br/＞5.2 IIR滤波器的设计方法 （129）＜br/＞5.2.1 几种典型的模拟滤波器 （129）＜br/＞5.2.2 原型转换设计法 （131）＜br/＞5.2.3 直接设计法 （132）＜br/＞5.3 IIR滤波器的MATLAB设计 （133）＜br/＞5.3.1 采用butter函数设计滤波器 （133）＜br/＞5.3.2 采用cheby1函数设计滤波器 （134）＜br/＞5.3.3 采用cheby2函数设计滤波器 （135）＜br/＞5.3.4 采用ellip函数设计滤波器 （135）＜br/＞5.3.5 采用yulewalk函数设计滤波器 （136）＜br/＞5.3.6 几种设计函数的比较 （136）＜br/＞5.3.7 采用FDATOOL设计滤波器 （138）＜br/＞5.4 IIR滤波器的FPGA实现 （139）＜br/＞5.4.1 直接型IIR滤波器的系数及运算字长 （139）＜br/＞5.4.2 直接型IIR滤波器的FPGA实现 （143）＜br/＞5.4.3 直接型IIR滤波器FPGA实现后的测试仿真 （149）＜br/＞5.4.4 级联型IIR滤波器的系数 （154）＜br/＞5.4.5 级联型IIR滤波器的FPGA实现 （156）＜br/＞5.4.6 级联型IIR滤波器FPGA实现后的测试仿真 （164）＜br/＞5.5 IIR滤波器的板载测试 （165）＜br/＞5.5.1 板载测试硬件接口电路 （165）＜br/＞5.5.2 板载测试程序 （166）＜br/＞5.5.3 板载测试验证 （169）＜br/＞5.6 小结 （170）＜br/＞第6章 多速率滤波器的FPGA实现 （171）＜br/＞6.1 多速率信号处理基础知识 （171）＜br/＞6.1.1 多速率信号处理的概念及作用 （171）＜br/＞6.1.2 多速率信号处理的一般步骤 （172）＜br/＞6.1.3 软件无线电中的多速率信号处理 （173）＜br/＞6.2 抽取与内插处理 （174）＜br/＞6.2.1 整数倍抽取 （174）＜br/＞6.2.2 整数倍内插 （176）＜br/＞6.2.3 比值为有理数的速率转换 （178）＜br/＞6.3 CIC滤波器 （178）＜br/＞6.3.1 CIC滤波器的原理 （179）＜br/＞6.3.2 CIC滤波器的应用条件 （181）＜br/＞6.3.3 单级CIC滤波器的FPGA实现 （183）＜br/＞6.3.4 多级CIC滤波器的FPGA实现 （185）＜br/＞6.3.5 CIC滤波器IP核的使用 （192）＜br/＞6.4 半带滤波器 （195）＜br/＞6.4.1 半带滤波器的原理 （195）＜br/＞6.4.2 半带滤波器的MATLAB设计 （195）＜br/＞6.4.3 多级半带滤波器的设计 （198）＜br/＞6.4.4 多级半带滤波器的FPGA实现 （200）＜br/＞6.5 多相分解技术 （207）＜br/＞6.5.1 多相分解技术的一般概念 （207）＜br/＞6.5.2 整数倍抽取滤波器的多相结构 （208）＜br/＞6.6 多速率滤波器的板载测试 （211）＜br/＞6.6.1 硬件接口电路 （211）＜br/＞6.6.2 板载测试程序 （212）＜br/＞6.6.3 板载测试验证 （214）＜br/＞6.7 小结 （215）＜br/＞第7章　自适应滤波器的FPGA实现 （217）＜br/＞7.1 自适应滤波器简介 （217）＜br/＞7.1.1 自适应滤波器的概念 （217）＜br/＞7.1.2 自适应滤波器的应用 （218）＜br/＞7.1.3 自适应算法的一般原理 （220）＜br/＞7.2 LMS算法 （222）＜br/＞7.2.1 LMS算法的原理 （222）＜br/＞7.2.2 LMS算法的实现结构 （223）＜br/＞7.2.3 LMS算法的字长效应 （224）＜br/＞7.2.4 符号LMS算法原理 （225）＜br/＞7.2.5 LMS算法的MATLAB仿真 （226）＜br/＞7.3 自适应线性滤波器的FPGA实现 （230）＜br/＞7.3.1 自适应线性滤波器的原理 （230）＜br/＞7.3.2 利用线性滤波器实现通道失配校正 （231）＜br/＞7.3.3 校正算法的MATLAB仿真 （231）＜br/＞7.3.4 校正算法的Verilog HDL实现 （234）＜br/＞7.3.5 FPGA实现后的仿真测试 （238）＜br/＞7.4 自适应均衡器的FPGA实现 （239）＜br/＞7.4.1 自适应均衡器的原理 （239）＜br/＞7.4.2 自适应均衡器的MATLAB仿真 （240）＜br/＞7.4.3 自适应均衡器的Verilog HDL实现 （243）＜br/＞7.4.4 FPGA实现后的仿真测试 （247）＜br/＞7.5 自适应天线阵的FPGA实现 （248）＜br/＞7.5.1 自适应天线阵的概念及原理 （248）＜br/＞7.5.2 自适应天线阵的MATLAB仿真 （251）＜br/＞7.5.3 自适应天线阵的Verilog HDL实现 （253）＜br/＞7.5.4 FPGA实现后的仿真测试 （257）＜br/＞7.6 自适应陷波器的FPGA实现 （258）＜br/＞7.6.1 自适应陷波器原理 （258）＜br/＞7.6.2 自适应陷波器的MATLAB仿真 （259）＜br/＞7.6.3 自适应陷波器的Verilog HDL实现 （262）＜br/＞7.6.4 FPGA实现后的仿真测试 （266）＜br/＞7.7 自适应陷波器的板载测试 （267）＜br/＞7.7.1 硬件接口电路 （267）＜br/＞7.7.2 板载测试程序 （267）＜br/＞7.7.3 板载测试验证 （272）＜br/＞7.8 小结 （273）＜br/＞第8章 变换域滤波器的FPGA实现 （275）＜br/＞8.1 变换域滤波器简介 （275）＜br/＞8.2 快速傅里叶变换 （276）＜br/＞8.2.1 离散傅里叶变换 （276）＜br/＞8.2.2 DFT存在的问题 （277）＜br/＞8.2.3 FFT算法的基本思想 （279）＜br/＞8.2.4 FFT算法的MATLAB仿真 （280）＜br/＞8.3 FFT核的使用 （281）＜br/＞8.3.1 FFT核简介 （281）＜br/＞8.3.2 FFT核的接口及时序 （283）＜br/＞8.4 频域滤波器的原理及MATLAB仿真 （284）＜br/＞8.4.1 抗窄带干扰滤波器的原理 （284）＜br/＞8.4.2 检测门限的选取 （285）＜br/＞8.4.3 频域滤波器的MATLAB仿真 （286）＜br/＞8.5 频域滤波器的FPGA实现 （289）＜br/＞8.5.1 FPGA实现的总体结构设计 （289）＜br/＞8.5.2 速率变换模块的设计与实现 （290）＜br/＞8.5.3 FFT及滤波设计与实现 （295）＜br/＞8.5.4 IFFT及数据输出设计与实现 （300）＜br/＞8.5.5 顶层文件设计及实现 （304）＜br/＞8.5.6 FPGA实现后的仿真测试 （306）＜br/＞8.6 频域滤波器的板载测试 （307）＜br/＞8.6.1 硬件接口电路 （307）＜br/＞8.6.2 板载测试程序 （307）＜br/＞8.6.3 板载测试验证 （311）＜br/＞8.7 小结 （312）＜br/＞第9章 DPSK解调系统的FPGA实现 （313）＜br/＞9.1 数字接收机的一般原理 （313）＜br/＞9.1.1 通用数字接收机处理平台 （313）＜br/＞9.1.2 基本调制/解调技术 （314）＜br/＞9.1.3 改进的数字调制/解调技术 （316）＜br/＞9.2 DPSK调制/解调原理 （317）＜br/＞9.2.1 DPSK调制原理及信号特征 （317）＜br/＞9.2.2 D