基于FPGA的FIR数字滤波器设计与仿真

　　4 FIR滤波器实验电路

　　完成FIR滤波器程序设计后，可将程序编译时生成的配置文件下载到选用的器件中，配置后的器件就能够执行FIR滤波器的功能。为了验证设计的FIR滤波器的实际滤波效果，设计了一个实验电路，并利用测试仪器，组成了测试系统，如图3所示。该测试系统包含交流信号发生器、实验电路和示波器。而实验电路包括MD转换电路、FIR数字滤波电路和D/A转换电路，它是整个测试系统的重要部分。

　　4.1 A/D转换电路

　　A/D转换电路可将模拟信号转换为数字信号，其电路如图4所示。该转换电路中选用MAXIM公司的12位逐次逼近式A/D转换器MAXl83，其转换时间为3μs。MAXl83设置为双极性工作模式，模拟信号的输入范围是±5 V。

　　交流信号发生器发送的信号从连接器进入转换电路，经运算放大器OP07构成的反向比例放大电路送至MAXl83的模拟信号输入端AINl。在一定时序的控制下，完成将模拟信号转换为数字信号，并将其数字信号XIN[11..0]输出。该A/D转换器MAXl83的模拟信号输入端接入一个单级的RC低通滤波器，它实际上是一个简单的抗混叠滤波器。

　　4.2 D/A转换电路

　　D/A转换电路可将数字输入信号转换为模拟信号，其电路如图5所示。该电路选用MAXIM公司的电压输出型D/A转换器MX7245，其输出的模拟信号为电压信号，并具有12位的数据输入端。电路中，MX7245被配置成双极性工作模式，模拟电压信号的输出范嗣为±5 V。在一定时序的控制下，D/A转换器将输入端接收到的数字信号YOUT[11..0]转换成模拟信号输出。在模拟信号的输出端连接由电阻和电容构成的一个低通滤波器，具有平滑滤波的作用。

　　4.3 FIR数字滤波电路

　　图6给出FIR数字滤波电路。该电路包括高密度可编程逻辑器件、有源品体振荡器、10针插座以及多只电阻和按键开关。这里选用的高密度可编程逻辑器件为AIXERA公司FLEXlOK系列的EPF10K20RC240—3。

　　配置的滤波器设计后，利用器件中的剩余资源，即由EPFl0K20RC240—4型FPGA控制A/D转换器和D/A转换器的功能。因此RD、ADCS、WR、LDAC、DACS这些引脚就是用于控制A/D转换器电路和D/A转换器电路的输出引脚。其中，引脚RD、ADCS分别与A/D转换器的引脚RD、CS相连，而引脚WR、LDAC、DACS分别与D/A转换电路的引脚WR、LDAC、CS相连。

　　5 滤波效果测试

　　将设计的低通滤波器的配置文件下载到器件中进行实际滤波测试，用示波器观察各个频率点上输出信号的幅值大小。由滤波测试结果可知，该FIR滤波电路完全达到低通滤波器5 MHz的采样频率，1.5 MHz的截止频率，以及16阶的技术指标参数。图7为原始波形，图8为滤波后的波形。

　　6 结语

　　研究了在FPGA中采用分布式算法实现FIR滤波器的原理和方法，设计了FIR滤波器并借助Altera公司的FPGA器件和0uartusⅡ软件对设计方案进行仿真验证，测试结果完全能满足系统设计要求。