數字濾波器的MATLAB與FPGA實(shí)現――Xilinx/VHDL版簡(jiǎn)介，目錄書(shū)摘

本書(shū)以Xilinx公司的FPGA器件為開(kāi)發(fā)平臺，采用MATLAB及VHDL語(yǔ)言開(kāi)發(fā)工具，詳細闡述了數字濾波器的實(shí)現原理、結構、方法及仿真測試過(guò)程，并通過(guò)大量工程實(shí)例分析其在FPGA實(shí)現過(guò)程中的具體技術(shù)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。

杜勇，四川省廣安市人，高級工程師。1999年于湖南大學(xué)獲電子工程專(zhuān)業(yè)學(xué)士學(xué)位，2005年于國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲信息與通信工程專(zhuān)業(yè)碩士學(xué)位。主要從事數字信號處理、無(wú)線(xiàn)通信以及FPGA應用技術(shù)研究。發(fā)表學(xué)術(shù)論文十余篇，出版數字濾波器的MATLAB與FPGA實(shí)現、數字通信同步技術(shù)的MATLAB與FPGA實(shí)現、數字調制解調技術(shù)的MATLAB與FPGA實(shí)現、鎖相環(huán)技術(shù)原理及FPGA實(shí)現等多部著(zhù)作。

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(jiǎn)介 （2）
1．1．2  數字濾波器的分類(lèi) （3）
1．1．3  濾波器的特征參數 （5）
1．2  FPGA基本知識 （5）
1．2．1  FPGA的基本概念及發(fā)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(jiǎn)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(yǔ)言及環(huán)境介紹 （31）
2．1  HDL語(yǔ)言簡(jiǎn)介 （32）
2．1．1  HDL語(yǔ)言的特點(diǎn)及優(yōu)勢 （32）
2．1．2  選擇VHDL還是Verilog HDL （33）
2．2  VHDL語(yǔ)言基礎 （34）
2．2．1  程序結構 （35）
2．2．2  數據類(lèi)型 （37）
2．2．3  數據對象 （40）
2．2．4  運算符 （40）
2．2．5  VHDL語(yǔ)句 （46）
2．3  FPGA開(kāi)發(fā)工具及設計流程 （51）
2．3．1  ISE開(kāi)發(fā)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(jiǎn)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(shí)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(jìn)制 （72）
3．1．2  定點(diǎn)數表示 （73）
3．1．3  浮點(diǎn)數表示 （74）
3．2  FPGA中數的運算 （77）
3．2．1  加/減法運算 （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(cháng)效應 （86）
3．3．1  字長(cháng)效應的產(chǎn)生因素 （86）
3．3．2  A/D變換的字長(cháng)效應 （87）
3．3．3  系統運算中的字長(cháng)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(diǎn)運算模塊 （98）
3．4．4  濾波器模塊 （100）
3．4．5  數字頻率器模塊 （102）
3．5  小結 （104）
第4章  FIR濾波器的FPGA設計與實(shí)現 （105）
4．1  FIR濾波器的理論基礎 （106）
4．1．1  線(xiàn)性時(shí)不變系統 （106）
4．1．2  FIR濾波器的原理 （108）
4．1．3  FIR濾波器的特性 （109）
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  最優(yōu)設計方法 （120）
4．3  FIR濾波器的MATLAB設計 （121）
4．3．1  采用fir1函數設計 （121）
4．3．2  采用kaiserord函數設計 （126）
4．3．3  采用fir2函數設計 （127）
4．3．4  采用firpm函數設計 （128）
4．3．5  采用FDATOOL工具設計 （130）
4．4  FIR濾波器的FPGA實(shí)現 （132）
4．4．1  量化濾波器系數 （132）
4．4．2  串行結構的FPGA實(shí)現 （134）
4．4．3  并行結構的FPGA實(shí)現 （141）
4．4．4  分布式結構的FPGA實(shí)現 （144）
4．4．5  不同結構的性能對比分析 （149）
4．4．6  采用FIR核實(shí)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(shí)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  采用butter函數設計 （174）
5．3．2  采用cheby1函數設計 （175）
5．3．3  采用cheby2函數設計 （175）
5．3．4  采用ellip函數設計 （176）
5．3．5  采用yulewalk函數設計 （176）
5．3．6  幾種設計函數的比較 （177）
5．3．7  采用FDATOOL工具設計 （179）
5．4  IIR濾波器的FPGA實(shí)現 （180）
5．4．1  量化直接型結構的系數及運算字長(cháng) （180）
5．4．2  直接型結構的FPGA實(shí)現 （184）
5．4．3  直接型結構FPGA實(shí)現后的測試仿真 （190）
5．4．4  量化級聯(lián)型結構的系數 （194）
5．4．5  級聯(lián)型結構的FPGA實(shí)現 （195）
5．4．6  級聯(lián)型結構FPGA實(shí)現后的測試仿真 （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(shí)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(wú)線(xiàn)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(shí)現 （219）
6．3．4  多級CIC濾波器的FPGA實(shí)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(shí)現 （241）
6．5  多相分解技術(shù) （247）
6．5．1  多相分解技術(shù)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(shí)現 （253）
7．1  自適應濾波器簡(jiǎn)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(shí)現結構 （259）
7．2．3  LMS算法的字長(cháng)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(xiàn)性濾波器的FPGA實(shí)現 （267）
7．3．1  自適應線(xiàn)性濾波器原理 （267）
7．3．2  利用線(xiàn)性濾波器實(shí)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(shí)現 （270）
7．3．5  FPGA實(shí)現后的仿真測試 （274）
7．4  自適應均衡器的FPGA實(shí)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(shí)現 （279）
7．4．4  FPGA實(shí)現后的仿真測試 （284）
7．5  智能天線(xiàn)陣的FPGA實(shí)現 （285）
7．5．1  智能天線(xiàn)陣的概念及原理 （285）
7．5．2  自適應天線(xiàn)陣的MATLAB仿真 （288）
7．5．3  自適應天線(xiàn)陣的VHDL實(shí)現 （290）
7．5．4  FPGA實(shí)現后的仿真測試 （293）
7．6  自適應陷波器的FPGA實(shí)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(shí)現 （298）
7．6．4  FPGA實(shí)現后的仿真測試 （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(shí)現 （313）
8．1  變換域濾波器簡(jiǎn)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(wèn)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(jiǎn)介 （320）
8．3．2  FFT核的接口及時(shí)序 （321）
8．4  頻域濾波器的原理及MATLAB仿真 （323）
8．4．1  抗窄帶干擾濾波器的原理 （323）
8．4．2  檢測門(mén)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(shí)現 （327）
8．5．1  FPGA實(shí)現的總體結構設計 （327）
8．5．2  速率變換模塊的設計與實(shí)現 （329）
8．5．3  FFT及濾波設計與實(shí)現 （334）
8．5．4  IFFT及數據輸出設計與實(shí)現 （339）
8．5．5  頂層文件設計及實(shí)現 （343）
8．5．6  FPGA實(shí)現后的仿真測試 （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(shí)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臺 （356）
9．1．2  基本調制解調技術(shù) （357）
9．1．3  改進(jìn)的數字調制解調技術(shù) （359）
9．2  DPSK調制解調原理 （360）
9．2．1  DPSK調制原理及信號特征 （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  數字鑒相器設計 （369）
9．3．4  環(huán)路濾波器設計 （370）
9．3．5  載波同步環(huán)設計的一般步驟 （372）
9．4  Costas環(huán)的FPGA實(shí)現 （373）
9．4．1  頂層模塊的VHDL實(shí)現 （373）
9．4．2  鑒相器及環(huán)路濾波器的VHDL實(shí)現 （376）
9．4．3  Costas環(huán)實(shí)現后的仿真測試 （378）
9．5  Costas環(huán)的板載實(shí)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）