數字濾波器的MATLAB與FPGA實現：Xilinx/VHDL版（簡體書）

本書以Xilinx公司的FPGA器件為開發平臺，采用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、方法及仿真測試過程，并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。

杜勇，四川省廣安市人，高級工程師。1999年于湖南大學獲電子工程專業學士學位，2005年于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。發表學術論文十余篇，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、數字調制解調技術的MATLAB與FPGA實現、鎖相環技術原理及FPGA實現等多部著作。

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 濾波器的特征參數 （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/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 （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設計與實現 （105）
4．1 FIR濾波器的理論基礎 （106）
4．1．1 線性時不變系統 （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實現 （132）
4．4．1 量化濾波器系數 （132）
4．4．2 串行結構的FPGA實現 （134）
4．4．3 并行結構的FPGA實現 （141）
4．4．4 分布式結構的FPGA實現 （144）
4．4．5 不同結構的性能對比分析 （149）
4．4．6 采用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 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實現 （180）
5．4．1 量化直接型結構的系數及運算字長 （180）
5．4．2 直接型結構的FPGA實現 （184）
5．4．3 直接型結構FPGA實現后的測試仿真 （190）
5．4．4 量化級聯型結構的系數 （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實現后的仿真測試 （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實現后的仿真測試 （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實現后的仿真測試 （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 抗窄帶干擾濾波器的原理 （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 （357）
9．1．3 改進的數字調制解調技術 （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 鑒相器及環路濾波器的VHDL實現 （376）
9．4．3 Costas環實現后的仿真測試 （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）