数字滤波器的MATLAB与FPGA实现(Xilinx/VHDL版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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杜勇编著 著

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• Xilinx
• 信号处理
• 滤波算法
• 硬件实现
• 数字信号处理
• 通信系统

店铺： 文轩网少儿专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121326417

商品编码：19550283099

开本：16开

出版时间：2017-09-01

页数：390

字数：652000

数字滤波器的MATLAB与FPGA实现 作  者:杜勇 编著 定  价:79 出 版 社:电子工业出版社 出版日期:2017年09月01日 页  数:390 装  帧:平装 ISBN:9787121326417 ●第1章 数字滤波器及FPGA概述 （1）
●1.1 滤波器概述 （2）
●1.1.1 滤波器简介 （2）
●1.1.2 数字滤波器的分类 （3）
●1.1.3 滤波器的特征参数 （5）
●1.2 FPGA基本知识 （5）
●1.2.1 FPGA的基本概念及发展历程 （5）
●1.2.2 FPGA的结构和工作原理 （7）
●1.2.3 IP核的概念 （13）
●1.3 FPGA在数字信号处理中的应用 （13）
●1.4 Xilinx器件简介 （14）
●1.4.1 Spartan系列器件 （17）
●1.4.2 Virtex系列器件 （20）
●1.4.3 PROM 芯片介绍 （26）
●1.5 FPGA信号处理板CXD301 （27）
●1.6 小结 （29）
●第2章 设计语言及环境介绍 （31）
●2.1 HDL语言简介 （32）
●2.1.1 HDL语言的特点及优势 （32）
●2.1.2 选择VHDL还是Verilog HDL （33）
●部分目录

内容简介

本书以Xilinx公司的FPGA器件为开发平台，采用MATLAB及VHDL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。 杜勇 编著 杜勇，四川省广安市人，不错工程师。1999年于湖南大学获电子工程专业学士学位，2005年于国防科学技术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》、《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。

数字滤波器原理与实践：MATLAB仿真与FPGA硬核加速 本书旨在为读者构建一个坚实的数字滤波理论基础，并通过深入浅出的讲解，引导读者掌握如何利用MATLAB这一强大的仿真工具进行数字滤波器设计与性能评估，更进一步，本书将目光聚焦于当下最热门的硬件实现平台——FPGA，详细剖析数字滤波器在Xilinx FPGA上基于VHDL语言的软硬件协同设计流程，旨在培养读者将理论知识转化为实际工程应用的能力。 内容概述： 本书内容将围绕数字滤波器的核心概念、设计方法、MATLAB仿真实现以及FPGA硬件加速的完整流程展开，力求条理清晰，循序渐进，既适合初学者入门，也为有一定基础的工程师提供深入的参考。 第一部分：数字滤波器的理论基石 绪论： 什么是数字滤波器？它在现代信号处理中的地位和作用。 模拟滤波器与数字滤波器的比较，数字滤波器的优势与局限性。 数字滤波器的基本组成：采样、量化、数据表示。 数字滤波器的主要应用领域（通信、音频、图像、生物医学信号处理等）。 离散时间信号与系统： 离散时间信号的表示与性质：单位冲激信号、单位阶跃信号、指数信号等。 线性时不变（LTI）系统：系统特性的判别（线性、时不变、因果性、稳定性）。 LTI系统的冲击响应与系统函数：卷积在LTI系统分析中的作用。 差分方程描述：IIR和FIR滤波器差分方程的数学形式。 Z变换及其应用： Z变换的定义、性质及其逆变换。 系统函数与Z域分析：利用Z变换分析系统的稳定性、因果性。 零极点图：理解系统频率响应和稳定性的直观工具。 频率响应：幅频特性和相频特性，它们如何反映滤波器的滤波效果。 数字滤波器分类： 有限冲激响应（FIR）滤波器： FIR滤波器的基本原理：无反馈结构，冲激响应是有限长的。 FIR滤波器的优点（线性相位、稳定性易保证）和缺点（可能需要更高的阶数）。 FIR滤波器的基本结构：直连型、移位寄存器型等。 无限冲激响应（IIR）滤波器： IIR滤波器的基本原理：包含反馈结构，冲激响应是无限长的。 IIR滤波器的优点（高阶数的系统可以用较低的阶数实现相同的滤波性能）和缺点（可能存在非线性相位、稳定性设计复杂）。 IIR滤波器的基本结构：直接型I、直接型II、规范型等。 第二部分：MATLAB数字滤波器设计与仿真 MATLAB在信号处理中的基础： MATLAB基本语法与矩阵运算。 信号生成与处理函数。 绘图函数与数据可视化。 滤波器设计基础函数： FIR滤波器设计： 窗函数法：矩形窗、汉宁窗、海明窗、巴特沃斯窗、凯泽窗等，它们对滤波器性能的影响。 频率采样法。 最优（Parks-McClellan）算法：最小均方误差逼近，实现最佳的通带或阻带性能。 MATLAB函数介绍：`fir1`, `firpm`, `fdesign.filter`等。 IIR滤波器设计： 模拟滤波器原型设计：巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫I型（Chebyshev I）、切比雪夫II型（Chebyshev II）、椭圆（Elliptic）滤波器，它们的幅频特性对比。 模拟域到数字域的变换：双线性变换法、脉冲不变法。 MATLAB函数介绍：`butter`, `cheby1`, `cheby2`, `ellip`, `bilinear`, `impinvar`, `fdesign.filter`等。 滤波器性能评估与分析： 频率响应分析：幅频特性、相频特性、群延迟。 滤波器阶数选择策略：根据采样率、截止频率、阻带衰减等参数确定合适的滤波器阶数。 滤波器系数的量化效应分析：固定点表示与浮点表示，量化误差对滤波器性能的影响。 MATLAB滤波器分析工具：`freqz`, `grpdelay`, `fvtool`等。 MATLAB滤波器实现与仿真案例： 低通、高通、带通、带阻滤波器的设计与仿真。 抽取滤波器（Decimator）和插值滤波器（Interpolator）的设计与应用。 多速率信号处理基础。 滤波器级联与并行实现。 实际应用案例演示：例如，音频信号的降噪，通信信号的均衡等。 第三部分：FPGA数字滤波器硬件加速 FPGA与硬件加速基础： FPGA体系结构简介：查找表（LUT）、触发器（Flip-Flop）、DSP Slice、BRAM等。 硬件描述语言（HDL）：VHDL语言基础。 数字信号处理（DSP）在FPGA中的应用优势。 可综合VHDL：编写能够被综合工具转换成硬件逻辑的代码。 滤波器硬件实现的数据表示： 定点数表示法：二进制小数点表示、补码、原码、反码。 定点运算的精度问题与溢出问题。 浮点数在FPGA中的实现（可选，但更具挑战性）。 FIR滤波器在FPGA中的实现： 直接型FIR结构在FPGA上的实现：乘法器、累加器、移位寄存器。 系数存储与读取。 并行与流水线处理技术：提高滤波器的处理速度。 DSP Slice的利用：优化乘法和累加操作。 VHDL代码示例：从结构到具体实现的详细讲解。 IIR滤波器在FPGA中的实现： 直接型I/II IIR结构在FPGA上的实现。 反馈路径的实现挑战。 稳定性与溢出的考虑。 VHDL代码示例：针对IIR滤波器的FPGA实现。 Xilinx FPGA设计流程与工具链： Vivado/ISE设计套件简介。 项目创建与配置。 RTL代码编写与仿真。 逻辑综合：将HDL代码转换为网表。 实现（Place & Route）：将网表映射到FPGA资源。 时序约束与时序分析。 生成比特流文件（Bitstream）。 FPGA硬件调试：ChipScope/ILA的使用。 FPGA滤波器设计实例： 基于Xilinx FPGA的低通FIR滤波器设计与实现。 基于Xilinx FPGA的高通IIR滤波器设计与实现。 系统集成：如何将滤波器模块与其他IP核/用户逻辑集成。 性能指标：实际实现的吞吐量、延迟、资源利用率。 第四部分：进阶与优化 滤波器性能的硬件优化： 流水线设计：深流水线技术如何提高性能。 并行处理：数据并行与任务并行。 资源共享技术。 DSP Slice的高级应用。 滤波器系数的在线更新与可重构性。 低功耗FPGA滤波器设计。 高级滤波器结构（例如：CIC滤波器，FFT-based滤波器等）的MATLAB与FPGA实现简介（根据篇幅和侧重点可选）。 本书特色： 理论与实践深度结合： 讲解清晰的理论知识，并立即通过MATLAB仿真进行验证，最终落脚于FPGA的硬核实现，形成完整的知识闭环。 MATLAB仿真功能全面： 覆盖主流的FIR和IIR滤波器设计方法，并提供了丰富的仿真和分析工具的使用指导。 FPGA实现详尽细致： 从VHDL语言基础，到定点运算，再到具体的FIR和IIR滤波器的FPGA实现架构，以及Xilinx FPGA的完整设计流程，提供了大量的代码示例和讲解。 注重工程实用性： 强调滤波器在实际应用中的性能考量，如量化误差、硬件资源限制、时序要求等。 图文并茂，易于理解： 大量图示清晰地展示了信号处理流程和硬件结构，辅以详细的文字说明，降低了学习难度。 目标读者： 电子工程、通信工程、自动化、计算机科学等相关专业的在校本科生、研究生。 从事信号处理、嵌入式系统、FPGA开发等领域的工程师。 对数字滤波器原理和硬件实现技术感兴趣的业余爱好者。 通过本书的学习，读者将能够独立完成数字滤波器的MATLAB仿真设计，并具备将滤波器算法移植到Xilinx FPGA上实现的能力，为开发高性能的数字信号处理系统奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在通信工程领域摸爬滚打了几年，但总感觉在数字信号处理这块还不够扎实的工程师，这本书的出现着实让我眼前一亮。我一直想找到一本能够将理论与实践完美结合的书籍，尤其是在FPGA领域，理解滤波算法是一回事，将其高效地映射到硬件资源上又是另一回事。看到“Xilinx/VHDL版”这几个字，我大概能猜到这本书的深度和实用性。我尤其关注书中是否会深入讲解滤波器的各种量化噪声、溢出等在FPGA实现过程中必须面对的问题，以及如何通过Verilog HDL或VHDL来规避这些问题。MATLAB的部分，我希望能够看到不仅仅是简单的滤波器设计，而是能够展示如何在MATLAB中进行高级仿真，例如噪声模型、信号失真分析等，为FPGA实现提供更可靠的设计依据。如果书中还能包含一些实际的项目案例，比如在某个具体的通信系统中，如何应用书中讲解的滤波器技术，那就更完美了。我期待这本书能够为我提供一套完整的从理论到实践的解决方案，帮助我快速提升在FPGA数字滤波设计方面的能力。

评分☆☆☆☆☆

作为一名嵌入式系统工程师，我常常需要在资源有限的FPGA平台上实现复杂的信号处理算法。数字滤波器无疑是其中最常见也是最重要的部分之一。这本书的题目“数字滤波器的MATLAB与FPGA实现(Xilinx/VHDL版)”非常符合我的工作需求。我尤其看重书中关于“MATLAB与FPGA实现”的关联性。我希望能够通过MATLAB直观地理解滤波器的设计原理和数学模型，然后又能学习到如何将这些模型高效地转化为VHDL代码，并在Xilinx FPGA上进行实现。我非常希望书中能够提供一些关于滤波器实现的具体指导，例如如何根据FPGA的资源特点选择合适的滤波器结构，如何进行Verilog HDL或VHDL代码的优化以提高性能和降低功耗，以及如何利用Xilinx的开发工具进行仿真和调试。书中如果能包含一些实际的嵌入式项目案例，例如在某个传感器数据采集系统中，如何利用FPGA实现一个高精度的数字滤波器，那就更具实践指导意义了。

评分☆☆☆☆☆

我是一名正在攻读数字信号处理方向研究生学位的学生，一直以来，对于数字滤波器理论的学习都比较碎片化，尤其是在将理论应用于实际硬件开发方面，感到力不从心。这本书的题目“数字滤波器的MATLAB与FPGA实现(Xilinx/VHDL版)”正是我迫切需要的。我尤其看重书本在MATLAB与FPGA之间的桥梁作用。很多文献在讲解MATLAB仿真时，往往省略了硬件实现的细节，而直接给出一个FPGA代码，这对于初学者来说是很难理解的。我希望这本书能够详细地阐述从MATLAB中得到的滤波器系数、结构等信息，是如何被一步步转换为VHDL语言的，并且在Xilinx FPGA平台上进行高效实现的。书中对于不同类型滤波器的FPGA实现策略，比如资源占用、运算速度、功耗等方面的权衡，如果能有深入的分析和对比，那将对我的研究课题非常有帮助。我也期望书中能够包含一些关于FPGA综合、布局布线、时序分析等方面的实用技巧，这些都是在实际项目开发中必不可少的内容。

评分☆☆☆☆☆

这本书的题目着实吸引人，尤其是“数字滤波器的MATLAB与FPGA实现”这几个字，对于我这种既想深入理解滤波原理，又希望掌握实际硬件落地方法的读者来说，简直是量身定做。我翻阅了目录，看到从基础的FIR、IIR滤波器设计，到更复杂的自适应滤波，再到高通、低通、带通等各种经典应用，内容覆盖得相当全面。MATLAB部分的代码示例我想会非常直观地展现理论知识，帮助我们理解滤波器的数学模型是如何在软件中实现的。而FPGA部分，VHDL语言的讲解，配合Xilinx平台的具体操作，这才是真正的难点和重点。我特别期待看到作者如何将MATLAB设计的滤波器模型，一步步转化为FPGA可以理解的硬件描述语言，并且能够讲解清楚其中的转换逻辑和优化技巧。很多教材往往只停留在理论层面，或者只讲解MATLAB仿真，但真正要将算法变成硬件，中间的环节非常容易让人摸不着头脑，这本书如果能在这方面做得细致，那将是极大的价值。同时，作者在FPGA实现部分是否会涉及一些实际的硬件资源利用率、时序约束、仿真验证等工程实践的考量，也是我非常看重的。

评分☆☆☆☆☆

对于任何一个想要深入理解数字信号处理核心技术的从业者来说，数字滤波器都是绕不开的一环。而将理论研究转化为实际可运行的硬件，更是将技术价值最大化的关键。这本书的题目“数字滤波器的MATLAB与FPGA实现(Xilinx/VHDL版)”精准地抓住了这一痛点。我非常期待书中能够详细讲解如何利用MATLAB进行滤波器的数学建模、算法设计以及性能仿真，从而得到最优的滤波器参数和结构。而更令我兴奋的是，这本书还将目光聚焦于FPGA实现。我希望看到作者能够深入剖析如何将MATLAB设计的滤波器算法，通过VHDL语言巧妙地映射到Xilinx FPGA的硬件资源上，并且能够提供一些实际的硬件加速技巧。例如，对于乘法器、加法器等关键单元，书中是否会提供一些优化方案，以提高运算速度并降低资源消耗？此外，书中对于滤波器在实际应用中的鲁棒性、抗干扰能力等方面的探讨，如果能结合FPGA的实现进行分析，那就更具价值了。