使用FPGA构建的数字滤波器设计方案.doc

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1、使用FPGA构建的数字滤波器设计方案　　在Matlab/Simulink环境下，采用DSPBuilder模块搭建FIR模型，根据FDATool工具对FIR滤波器进行了设计，然后进行系统级仿真和ModelSim功能仿真，其仿真结果表明其数字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FPGA的硬件设计中，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。　　　　0引言　　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

2、，将一组输入数据序列转变为另一组输出数据序列，从而实现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加以实现，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。本文在采取了一种基于FPGA和DSPBuilder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DSPBuilder的设计开发流程，在Matlab/S

3、imulink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。　　　　1FIR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：　　　　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。　　　　　　2FIR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

4、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。　　　　（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AlteraDSPBuilder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）DSPBuilder设计实现的关键一步，通过Sig

5、nal-Compiler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。