论文题目: 基于FPGA的FFT处理器的实现
论文类型: 硕士论文
论文专业: 信号与信息处理
作者: 于效宇
导师: 宋立新
关键词: 快速傅里叶变换,现场可编程门阵列
文献来源: 哈尔滨理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 现场可编程门阵列(FPGA)是近年来迅速发展起来的新型可编程器件。随着它的不断应用和发展,也使电子设计的规模和集成度不断提高。同时也带来了电子系统设计方法和设计思想的不断推陈出新。随着数字电子技术的发展,数字信号处理的理论和技术广泛的应用于通讯、语音处理、计算机和多媒体等领域。快速傅里叶变换(FFT)作为数字信号处理的核心技术之一,是离散傅里叶变换的运算时间缩短了几个数量级。FFT 已经成为现代信号处理的重要理论之一。本文的目的就是研究如何应用FPGA 实现FFT 算法,研制具有自己知识产权的FFT 信号处理器具有重要的理论意义和实用意义。设计采用基4 算法设计了一个具有实用价值的FFT 实时硬件处理器。其中使用了改进的CORDIC 流水线结构设计了FFT 的蝶型运算单元,将硬件不易于实现、运算缓慢的乘法单元转换成硬件易于实现、运算快捷的加法单元。并根据基4 算法的寻址特点设计了简单快速的地址发生器。整体采用流水线的工作方式,并将双端口RAM、只读ROM 全部内置在FPGA 芯片内部,使整个系统的数据交换和处理速度得以提高。整个设计利用ALTERA 公司提供的QUARTUS II 4.0 开发软件,采用先进的层次化设计思想,使用一片FPGA 芯片完成了整个FFT 处理器的电路设计。整体设计经过时序仿真和硬件仿真,运行速度达到100MHz 以上。
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.1.1 课题来源及研究的目的和意义
1.1.2 国内外研究现状
1.2 现场可编程门阵列简介
1.2.1 现场可编程门阵列概述
1.2.2 CYCLONE系列器件概述
1.3 硬件描述语言简介
1.4 QUARTUS II 4.0 软件简介
1.5 流水线设计简介
1.6 本论文主要研究内容
第2章 FFT整体方案设计
2.1 FFT数学理论及算法
2.1.1 快速傅里叶变换原理
2.1.2 基4 算法讨论
2.1.3 几种Radix蝶型运算的比较
2.2 RAM结构的设计
2.3 FFT整体结构研究
2.3.1 顺序处理
2.3.2 并行迭代和阵列处理
2.3.3 级联处理
2.3.4 FFT整体结构设计
2.4 本章小结
第3章 FFT处理器的设计
3.1 蝶型单元整体设计
3.2 复乘单元的设计
3.2.1 CORDIC算法简介
3.2.2 CORDIC算法与FFT复乘运算的关系
3.2.3 复乘运算单元的CORDIC流水线形式及其改进
3.2.4 模校单元的设计
3.2.5 CORDIC的旋转系数
3.2.6 时序仿真结果
3.3 后续单元的设计
3.3.1 复数加法单元设计
3.3.2 数据同步处理
3.4 地址发生器
3.4.1 FFT数据存取规律分析
3.4.2 RAM地址发生器的设计
3.4.3 ROM及其地址发生器的设计
3.5 状态发生器的设计
3.6 本章小结
第4章 FFT处理器误差分析
4.1 CORDIC复乘运算器误差分析
4.1.1 旋转角度扩展
4.1.2 近似误差分析
4.1.3 舍入误差分析
4.1.4 总体误差分析
4.1.5 针对CORDIC误差采取的措施
4.2 FFT有限字长效应分析
4.2.1 蝶型运算统计模型
4.2.2 FFT乘法运算量化误差
4.2.3 防数据溢出措施
4.3 本章小结
第5章 FFT处理器的测试
5.1 FFT处理器的实现方法
5.1.1 FPGA开发软件
5.1.2 器件编译
5.1.3 综合结果
5.2 FPGA硬件测试系统的设计
5.2.1 测试系统整体分析
5.2.2 硬件电路的设计
5.3 测试结果
5.3.1 直流信号的测试
5.3.2 三角波的测试
5.3.3 正弦波的测试
5.4 本章小结
结论
参考文献
附录1
附录2
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
发布时间: 2005-11-18
参考文献
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