本講使用matlab產(chǎn)生待濾波信號(hào)，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(cè)試，下一講使用兩個(gè)DDS產(chǎn)生待濾波的信號(hào)，第五講或第六講開始編寫verilog代碼設(shè)計(jì)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(jì)（2）——Vivado調(diào)用IP核設(shè)計(jì)FIR濾波器

matlab與FPGA數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)（1）——通過matlab的fdatool工具箱設(shè)計(jì)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(shí)鐘引腳為 clk，設(shè)置為32MHz（此處暫時(shí)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(hào)引腳data_out_valid，位寬1-bit，輸出狀態(tài)，為高電平時(shí)表示輸出的data_out有效；

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

輸入有效信號(hào)S_AXIS_DATA_0_tvalid，為1時(shí)表示輸入信號(hào)有效，為0時(shí)即使有輸入信號(hào)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(gè)，一個(gè)是時(shí)鐘，一個(gè)是待濾波數(shù)據(jù)。

（2） 產(chǎn)生32MHz時(shí)鐘信號(hào)；

初始 initial 時(shí)設(shè)置時(shí)鐘信號(hào)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(dòng)有定義ns）時(shí)鐘取反一次，即每隔 16ns 時(shí)鐘 0/1間隔變化，相當(dāng)于32ns一個(gè)時(shí)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(gè)信號(hào)0.5MHz和5MHz，采樣頻率32MHz，采樣5個(gè)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(gè)峰，表示抽樣后的兩個(gè)信號(hào)，經(jīng)過濾波器之后，5MHz 信號(hào)被濾除，只剩下 0.5MHz 信號(hào)，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(shí)鐘采樣 0.5MHz 待濾波信號(hào)（相當(dāng)于0.5MHz信號(hào)疊加了5MHz噪聲），每個(gè)周期采樣 64 個(gè)點(diǎn)，在testbench中讀取一個(gè)周期的64個(gè)點(diǎn)，重復(fù)30個(gè)周期得到30個(gè)周期的輸入待濾波信號(hào)給FIR濾波器；

4. 仿真結(jié)果分析

點(diǎn)擊1處開始仿真，Vivado中一般默認(rèn)只會(huì)仿真1us，這時(shí)候只看到了初始化的一部分，是看不到后續(xù)結(jié)果的，點(diǎn)擊2處進(jìn)行仿真，會(huì)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(shí)間輸出數(shù)據(jù)data_out無效，這段時(shí)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(duì)data_in，右鍵設(shè)置其數(shù)據(jù)格式Radix為有符號(hào)的十進(jìn)制數(shù)（Signed Decimal），設(shè)置其波形為模擬波形（Analog）;

對(duì) data_out 同樣設(shè)置；

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

（3） 點(diǎn)擊放大縮小可以查看整個(gè)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(shí)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(shí)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(hào)的確被濾除。

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