本講使用matlab產(chǎn)生待濾波信號，并編寫testbench進(jìn)行仿真分析，在Vivado中調(diào)用FIR濾波器的IP核進(jìn)行濾波測試，下一講使用兩個DDS產(chǎn)生待濾波的信號，第五講或第六講開始編寫verilog代碼設(shè)計FIR濾波器，不再調(diào)用IP核。

本例使用上一講的FIR濾波器IP核工程。

matlab與FPGA數(shù)字濾波器設(shè)計（2）——Vivado調(diào)用IP核設(shè)計FIR濾波器

matlab與FPGA數(shù)字濾波器設(shè)計（1）——通過matlab的fdatool工具箱設(shè)計FIR數(shù)字濾波器

1. 新建仿真文件

（1） Simulation Sources -》 sim_1 -》右鍵 Add Sources；

（2） Add or Create Simulation Sources，新建仿真文件 fir_ip_tb；

2. 編寫testbench

（1） 例化加入的IP核，其中：

輸入時鐘引腳為 clk，設(shè)置為32MHz（此處暫時還未設(shè)定頻率）；

輸入數(shù)據(jù)引腳為data_in，位寬16-bit，表示待濾波數(shù)據(jù)；

輸出數(shù)據(jù)引腳為data_out，位寬40-bit，表示濾波后的數(shù)據(jù)；

輸出數(shù)據(jù)有效信號引腳data_out_valid，位寬1-bit，輸出狀態(tài)，為高電平時表示輸出的data_out有效；

輸入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好信號引腳data_in_ready，位寬1-bit，輸出狀態(tài)，為高電平時表示準(zhǔn)備好接收輸入數(shù)據(jù)；

輸入有效信號S_AXIS_DATA_0_tvalid，為1時表示輸入信號有效，為0時即使有輸入信號data_in到 fir 的 ip 核 ，ip 核也不做處理，此處直接讓其恒為1，輸入數(shù)據(jù)恒有效；

總結(jié)，需要給ip核輸入的數(shù)據(jù)目前只有兩個，一個是時鐘，一個是待濾波數(shù)據(jù)。

（2） 產(chǎn)生32MHz時鐘信號；

初始 initial 時設(shè)置時鐘信號clk為低電平0，always 表示一直執(zhí)行，#16表示每隔16 ns（單位是在仿真文件開頭自動有定義ns）時鐘取反一次，即每隔 16ns 時鐘 0/1間隔變化，相當(dāng)于32ns一個時鐘周期，約等于32MHz；

3. 產(chǎn)生待濾波數(shù)據(jù)data_in

（1） 編寫matlab程序，產(chǎn)生兩個信號0.5MHz和5MHz，采樣頻率32MHz，采樣5個周期，進(jìn)行16-bit量化，并把量化后的數(shù)據(jù)寫到 .txt 文件中；

可以看到，在 0.5MHz 和 5MHz處有兩個峰，表示抽樣后的兩個信號，經(jīng)過濾波器之后，5MHz 信號被濾除，只剩下 0.5MHz 信號，藍(lán)色框內(nèi)可以看到，在 3MHz 以后濾波器的響應(yīng)已經(jīng)低于 -80dB，相當(dāng)于濾波后的幅度是濾波前的1/10000，濾波效果很好。

使用 32MHz 的采樣時鐘采樣 0.5MHz 待濾波信號（相當(dāng)于0.5MHz信號疊加了5MHz噪聲），每個周期采樣 64 個點，在testbench中讀取一個周期的64個點，重復(fù)30個周期得到30個周期的輸入待濾波信號給FIR濾波器；

4. 仿真結(jié)果分析

點擊1處開始仿真，Vivado中一般默認(rèn)只會仿真1us，這時候只看到了初始化的一部分，是看不到后續(xù)結(jié)果的，點擊2處進(jìn)行仿真，會將所有的仿真步驟完成，執(zhí)行到上圖中第64行的 $stop 語句停止仿真；

5. 仿真結(jié)果分析

（1） data_out_valid：初始為0，在1.872 ns跳變?yōu)?，輸出數(shù)據(jù)開始有效，在為0的那段時間輸出數(shù)據(jù)data_out無效，這段時間內(nèi)是FIR的IP核進(jìn)行一些內(nèi)部的配置和初始化；

（2） 更改數(shù)據(jù)表示模式

對data_in，右鍵設(shè)置其數(shù)據(jù)格式Radix為有符號的十進(jìn)制數(shù)（Signed Decimal），設(shè)置其波形為模擬波形（Analog）;

對 data_out 同樣設(shè)置；

對 Pattern 設(shè)置 無符號十進(jìn)制，不需要設(shè)置波形。

（3） 點擊放大縮小可以查看整個仿真的效果

通過下面幾圖，可以看到仿真效果很好，5MHz高頻噪聲濾除干凈，肉眼觀察不出來。

（4） Matlab數(shù)據(jù)分析

肉眼觀察時域的仿真圖無法得知高頻噪聲具體被濾掉了多少，是否還混有噪聲，此時需要將濾波后的數(shù)據(jù)按照前文讀取仿真數(shù)據(jù)的方式，將仿真得到的濾波后的數(shù)據(jù)寫入.txt文件，再通過 matlab 讀取 FPGA 濾波后的數(shù)據(jù)并進(jìn)行FFT 頻譜分析，通過頻域的波形來觀察濾波效果，通過 matlab 仿真，可以看到高頻信號的確被濾除。

下一講使用兩個 DDS 產(chǎn)生待濾波的信號，結(jié)合FIR濾波器搭建一個信號產(chǎn)生及濾波的系統(tǒng)，并編寫testbench進(jìn)行仿真分析。
編輯：lyn