基于Matlab和FPGA的FIR數(shù)字濾波器設計及實現(xiàn)
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截位是濾波器設計的關(guān)鍵，此處的處理方法是：14位的輸入數(shù)據(jù)(14 b的ADC)，18位二進制補碼表示的濾波器系數(shù)，除去符號位，相乘后小數(shù)位是13+17=30，加法運算不改變小數(shù)位數(shù)。另外系統(tǒng)測試電路板用的是USB總線，USB控制器的數(shù)據(jù)位寬是16，因而把輸出數(shù)據(jù)截到16位，然后送給FIFO，從而傳到計算機。截位用VerilogHDL實現(xiàn)的語句是：
assign FIR_out={D_temp[36],D_temp[29：15]}；
此模塊的原理圖如圖10所示，其中FIR_out[15．．O]是濾波器的最終輸出。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/192109.htm
在QuarltusⅡ7．0里調(diào)用仿真無誤的模塊，組成整個系統(tǒng)，最后仿真無誤后進行系統(tǒng)的實際數(shù)據(jù)測試。
5 實際測試
測試電路是一基于FPGA和USB的數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)。其原理框圖如圖1l所示。
測試時把一被干擾的模擬信號輸入ADC，采樣得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過FPGA和USB傳輸?shù)接嬎銠C上，然后用Mat―lab顯示出其時域和頻域圖形。
5．1 未濾波時信號波形
輸入信號頻率是3 kHz，含頻率為34 kHz的干擾信號(用兩個信號源合成)，下載的FPGA控制程序不含數(shù)字濾波器模塊，采樣得到的數(shù)據(jù)經(jīng)USB傳到計算機，然后用Matlab顯示出的波形如圖12所示，可以看出干擾信號的相對功率約為一20 dB。
5. 2 濾波后信號波形
把濾波器程序下載到FPGA，輸入信號不變。濾波后波形如圖13所示。
前后對比可以發(fā)現(xiàn)，濾波后信號明顯變好，34 kHz的干擾被抑制到約一55 dB，驗證了設計的正確性。
6 結(jié) 語
本文給出了用CycloneⅡ系列FPGA實現(xiàn)FIR低通濾波器的設計實例。然后將濾波前后的AD實際采樣數(shù)據(jù)用Madab顯示出來并做比較，測試結(jié)果證明所設計的FIR數(shù)字濾波器功能正確，性能良好。并且該數(shù)字濾波器有很高的靈活性，濾波器系數(shù)在一個表格內(nèi)，修改其參數(shù)即可分別實現(xiàn)低通、高通、帶通等類型。文中所討論的設計方法和實現(xiàn)技術(shù)對數(shù)字信號處理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)具有重要的實用價值。
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