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基于FPGA的FIR数字滤波器设计与实现

作者:时间:2013-10-23来源:网络

摘要:简要介绍了的结构特点和基本原理,提出和DSP Builder的的基本流程和方案。在Mat lab/Simulink环境下,采用DSP Builder模块搭建模型,根据FDATool工具对FIR进行了,然后进行系统级仿真和ModelSim功能仿真,其仿真结果表明其滤波器的滤波效果良好。通过SignalCompiler把模型转换成VHDL语言加入到的硬件中,从QuartusⅡ软件中的虚拟逻辑分析工具SignalTapⅡ中得到数字滤波器实时的结果波形图,结果符合预期。
关键词:;DSP Builder;FIR数字滤波器;ModelSim功能仿真

在信息信号处理过程中,数字滤波器是信号处理中使用最广泛的一种方法。通过滤波运算,将一组输入数据序列转变为另一组输出数据序列,从而时域或频域中信号属性的改变。常用的数字滤波器可分为有限脉冲响应(FIR)滤波器和无限脉冲响应(IIR)滤波器两种。其中FIR数字滤波器具有严格的线性相位,而且非递归结构也保证了运算的稳定性。在实时性要求比较高的应用场合,采用可编程芯片FPGA加以,相比于DSP芯片或专用芯片的实现方法,具有高速、高精度、高灵活性的优点。本文在采取了一种FPGA和DSP Builder的方法设计FIR数字滤波器时,采用了层次化、模块化的设计思想,遵循DSP Builder的设计开发流程,在Matlab/Simulink中建立模型并进行系统级仿真,再进行Verilog语言转换,ModelSim仿真验证无误后实现了FIR数字滤波器的实时测试。

1 FIR数字滤波器的基本原理及结构
对于一个FIR滤波器系统,它的冲击响应总是有限长的,其系统函数可以记为:
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式中:x(n)是输入采样序列;h(i)是滤波器系数;k是滤波器阶数;y(n)表示滤波器的输出序列。
图1为k阶FIR数字滤波器的结构框图。

2 FIR数字滤波器的设计流程
该设计流程主要涉及到Matlab/Simulink、DSPBuilder和QuartusⅡ等工具软件的开发设计。整个设计流程,包括从系统描述直至硬件实现,可以在一个完整的设计环境中完成,如图2所示。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/189493.htm

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(1)Matlab/Simulink中设计输入,即在Matlab的Simulink环境中建立一个扩展名为mdl的模型文件,用图形方式调用Altera DSP Build er和其他Simulink库中的图形模块(Block),构成系统级或算法级设计框图(或称Simulink设计模型)。
(2)利用Simulink的图形化仿真、分析功能,分析此设计模型的正确性,完成模型仿真,也叫系统级仿真。
(3)DSP Builder设计实现的关键一步,通过SignalCompiler把Simulink的模型文件转化成通用的硬件描述语言Verilog文件。
(4)转换好的Verilog源代码用ModelSim软件进行功能仿真,验证Verilog文件的正确性。接下来的几个步骤是对以上设计产生的Verilog的RTL代码和仿真文件在QuartusⅡ工具软件中进行综合、编译适配,生成扩展名为.sof的文件加载到FPGA硬件系统中。

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