基于DSPBuilder的FIR濾波器的設(shè)計(jì)

1、一一. .概述概述 DSP Builder是是Altera推出的一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理推出的一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理(DSP)開開發(fā)工具，它在發(fā)工具，它在Quartus FPGA設(shè)計(jì)環(huán)境中集成了設(shè)計(jì)環(huán)境中集成了MathWorks的的Matlab和和Simulink DSP開發(fā)軟件。開發(fā)軟件。 它是作為它是作為MATLAB的一個(gè)的一個(gè)Simulink工具箱出現(xiàn)的。工具箱出現(xiàn)的。Simulink是是MATLAB的一個(gè)組成部分，用于圖像化建模仿的一個(gè)組成部分，用于圖像化建模仿真。真。DSP Builder作為作為Simulink的一個(gè)工具箱，使得用的一個(gè)工具箱，使得用FPGA設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)DSP系統(tǒng)完全可以通過系統(tǒng)完全

2、可以通過Simulink的圖像化界面的圖像化界面進(jìn)行，只要簡(jiǎn)單的進(jìn)行進(jìn)行，只要簡(jiǎn)單的進(jìn)行DSP Builder工具箱中的模塊即可。工具箱中的模塊即可。 值得注意的是，值得注意的是，DSP Builder中的中的DSP基本模塊是以算基本模塊是以算法級(jí)的描述出現(xiàn)的，易于用戶從系統(tǒng)或者算法級(jí)進(jìn)行理解。法級(jí)的描述出現(xiàn)的，易于用戶從系統(tǒng)或者算法級(jí)進(jìn)行理解。 DSP Builder的設(shè)計(jì)包含兩套流程：自動(dòng)流程和手動(dòng)流程 二. 32階FIR低通濾波器 三. 8階IIR低通濾波器2.1.FIR濾波器的原理 對(duì)于直接I型的32階或更高階的FIR濾波器通常用低階的濾波器節(jié)進(jìn)行級(jí)聯(lián)而成。這里設(shè)計(jì)一個(gè)8階的FIR濾波

3、器節(jié)，然后通過將其級(jí)聯(lián)來構(gòu)成32階的FIR濾波器。 由于浮點(diǎn)小數(shù)在FPGA中實(shí)現(xiàn)比較困難，需要很多資源。這里采用定點(diǎn)計(jì)算，為了省去小數(shù)點(diǎn)定標(biāo)，使用整數(shù)運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)。2.2 設(shè)計(jì)8階FIR濾波器子系統(tǒng) 在Matlab 的Simulink 環(huán)境中建立一個(gè)MDL模型文件，找到Altera DSP Builder工具箱，用圖形化方式調(diào)用DSP Builder中的Storage庫的Delay模塊和Arithmetic庫的Product模塊以及Parallel Adder Substractor模塊，根據(jù)濾波器的結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì)一個(gè)8階FIR濾波器子系統(tǒng)。如下圖（fir8)圖2.2 8階FIR濾波器子系統(tǒng) 為了

4、設(shè)計(jì)的方便，將上面設(shè)計(jì)8階FIR濾波器生成一個(gè)子系統(tǒng)，具體方法如下：在fir8模型窗口中，按住鼠標(biāo)左鍵，移動(dòng)鼠標(biāo)畫一個(gè)框，選中圖中除SignalCompile模塊以外的所有模塊，接著，在選中的模塊上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的右鍵菜單中選中“Create subsystem,建立子系統(tǒng)。如右圖2.3 設(shè)計(jì)32階FIR濾波器模型 復(fù)制4個(gè)8階濾波器子系統(tǒng)，并將它們?nèi)缬覉D連接起來。2.4 濾波器系數(shù)的計(jì)算 若設(shè)計(jì)一個(gè)截止頻率為10.8KHz的低通濾波器(h(0)=0),給定的參數(shù)如下： 低通濾波器 采樣頻率Fs為48KHz，濾波器的Fc為10.8KHz 輸入序列位寬為10位（最高位為符號(hào)位） 濾波器的系

5、數(shù)計(jì)算可以使用Matlab的濾波器設(shè)計(jì)工具FDATool來計(jì)算。其設(shè)計(jì)界面如下圖： 由上圖可知FDATool計(jì)算出來的值是一個(gè)有符號(hào)的小數(shù)，而在DSP Builder下建立的FIR濾波器模型需要一個(gè)整數(shù)作為濾波器系數(shù)，所以必須進(jìn)行量化和歸一化。量化后的系數(shù) 導(dǎo)出濾波器系數(shù)后，在Matlab主窗口的命令窗口中輸入：Num*（210)得到： 二. 32階FIR低通濾波器 三. 8階IIR低通濾波器3.1 8階IIR低通濾波器原理由以上原理可知，IIR直接型為：其他設(shè)計(jì)部分都與FIR 設(shè)計(jì)步驟一樣，在simulink中的模型為：四、濾波器的硬件實(shí)現(xiàn)1.由simulink模型轉(zhuǎn)成VHDL 注意：必須安

6、裝DSP Builder的授權(quán)文件，這一步才能實(shí)現(xiàn)，否則無法進(jìn)行。2.利用Modelsim完成RTL級(jí)仿真3.綜合：在Quartus中進(jìn)行 綜合4.適配下載SIMULINK下可控正弦信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)下可控正弦信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) 本章以正弦波發(fā)生模塊的設(shè)計(jì)為例，它的結(jié)構(gòu)如圖1所示。它由 4個(gè)部分構(gòu)成：InCount是一個(gè)階梯信號(hào)發(fā)生模塊，產(chǎn)生遞增的地址信號(hào)，送往LUT。LUT是一個(gè)查找表模塊正弦函數(shù)值的，通過遞增的地址可得到輸出正弦波值，輸出的8位正弦波數(shù)據(jù)經(jīng)Delay延時(shí)模塊以后被送向乘法Product模塊，與SinCtr1相乘。因?yàn)?SinCtr1只輸入1位，SinCtr1通過Product就完成

7、了控制有無輸出正弦波。My_sin就是正弦波發(fā)生器模塊的輸出，它送向D/A就能夠得到正弦波信號(hào)。圖圖1 正弦發(fā)生器模塊正弦發(fā)生器模塊1 用用DSP BUILDER建立正弦發(fā)生器模型建立正弦發(fā)生器模型1.1 新建模型 打開Matlab環(huán)境?？梢钥吹?Matlab的主窗口界面被分割成三個(gè)窗口：命令窗口（ Command Window）、工作區(qū)（Workspace）、命令歷史（ Command History）。在命令窗口中，可以鍵入 Matlab命令，同時(shí)獲得 Matlab對(duì)命令的響應(yīng)信息、出錯(cuò)警告提示等。然后建立工作庫。在建立一個(gè)新的設(shè)計(jì)模型前，先建立一個(gè)新的文件夾，作為work工作目錄。 新建一個(gè)simulink的模型文件（后綴為 mdl），在simulink的庫管理器中選擇“ File”菜單，在出現(xiàn)的菜單中選擇New，在彈出的子菜單中選擇新建模型 model。圖2右下角顯示的就是新模型窗。1.2 放置SignalCompilder點(diǎn)擊simulink庫管理器左側(cè)的庫內(nèi)樹形列表中的 Altera DSP Builder條，使之展開DSP Builder庫，這時(shí)會(huì)出現(xiàn)一長(zhǎng)串樹形列表，對(duì) DSP builder庫的子模塊（Block）進(jìn)行了分組，再次點(diǎn)擊其中的 AltLa