随着电子技术和集成电路技术的飞速发展,数字信号处理已广泛应用于语音、图像处理,通信和多媒体等领域中。傅立叶变换(DFT)作为其数字信号处理中的基本运算,发挥着重要作用。特别是快速傅立叶变换(FFT)算法的提出,减少了当N很大的时候DFT的运算量,使得数字信号处理的实现和应用变得更加容易,因此对FFT算法及其实现方法的研究具有很强的理论和现实意义,且实际价值不可估量。 FFT算法理论已趋于成熟,但其具体实现方法却值得探讨。在实时信号处理系统设计中,FFT算法实现的难点与关键主要在时序控制较复杂:既要控制整个系统协调有序地工作,又要在速度上得到满足。目前国际上著名FPGA生产厂商都研制了FFT IP核,性能优越,但价格昂贵。国内不少公司和大学都致力于研究基于FPGA的数字信号处理器,得到一定的发展和进步,但研究出来的FFT处理器在速度和性能和国外都有一定差距。 本论文在详细分析基2 FFT算法的基础上,根据算法的特点,对FFT硬件电路结构及其工作原理进行了研究。由于FFT计算过程中数据的频繁读写对FFT处理速度影响较大,所以对存储器的研究和设计也是本文的一个重点,对原有的处理器硬件结构进行了改进。在此基础上采用VHDL语言设计了一种切实可行的基于FPGA(现场可编程门阵列)的FFT实现方法与硬件结构,该处理器的特点是存储和读写同时进行,及时输出运算结果,提高了FFT处理器运算速度。设计使用双端口RAM作为数据存储单元,可以连续计算输入复数数据流,实现了数据的流水线操作,满足数据处理的高速、实时性要求。算法的实现除了必需的数据存储单元、蝶形运算单元和旋转因子ROM外,还需要复杂的控制电路单元。FFT控制器通过FSM(有限状态机)实现,该控制器对旋转因子ROM、数据存储单元、蝶形运算单元等进行了有效的控制,并采用Quartus软件做了详细的仿真分析。结果表明控制器使蝶形运算、读取数据、存储数据等操作协调一致,而且提高了系统的处理速度,在计算和数据通信间取得了平衡。