一、功能描述

　　FIR濾波器，即有限脈沖響應(yīng)濾波器，顧名思義，是指單位脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度是有限的濾波器。而根據(jù)FIR濾波器的結(jié)構(gòu)形式，分為直接型、級(jí)聯(lián)型、頻率取樣型和快速卷積型。其中直接型又可以采用串行結(jié)構(gòu)、并行結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)。本案例實(shí)現(xiàn)了具有線性相位的半串行結(jié)構(gòu)的FIR濾波器。

　　所謂串行結(jié)構(gòu)，即串行實(shí)現(xiàn)濾波器的累加運(yùn)算，將每級(jí)延時(shí)單元與相應(yīng)系數(shù)的乘積結(jié)果進(jìn)行累加后輸出，因此整個(gè)濾波器實(shí)際上只需要一個(gè)乘法器運(yùn)算單元。串行結(jié)構(gòu)還可以分為全串行和半串行結(jié)構(gòu)，全串行結(jié)構(gòu)是指進(jìn)行對(duì)稱(chēng)系數(shù)的加法運(yùn)算也由一個(gè)加法器串行實(shí)現(xiàn)，半串行結(jié)構(gòu)則指用多個(gè)加法器同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)系數(shù)的加法運(yùn)算。

　　本案例設(shè)計(jì)了一個(gè)15階的低通線性相位FIR濾波器，采用布萊克曼窗函數(shù)設(shè)計(jì)，截止頻率為500HZ，采樣頻率為2000HZ；實(shí)現(xiàn)全串行結(jié)構(gòu)的濾波器，系數(shù)的量化位數(shù)為12比特，輸入數(shù)據(jù)位寬為12比特，輸出數(shù)據(jù)位寬為29比特，系統(tǒng)時(shí)鐘為16kHZ。采用具有白噪聲特性的輸入信號(hào)，以及由200HZ及800HZ單點(diǎn)頻信號(hào)疊加的輸入信號(hào)。

　　濾波器系數(shù)：12‘d0，-12’d3，12‘d15，12’d46，-12‘d117，-12’d263，12‘d590，12’d2047

　　二、平臺(tái)效果圖

　　1.modelsim仿真效果圖

　　2.MATLAB效果圖

　　三、實(shí)現(xiàn)過(guò)程

　　首先根據(jù)所需要的功能，列出工程頂層的輸入輸出信號(hào)列表。

　　我們可以把工程劃分成三個(gè)模塊，分別是FIR濾波器模塊和加法器模塊和乘法器模塊。

　　1.FIR濾波器模塊

　　具有線性相位的半串行FIR濾波器結(jié)構(gòu)圖：

　　在時(shí)鐘允許信號(hào)的控制下，將數(shù)據(jù)以1/8系統(tǒng)時(shí)鐘頻率存入16個(gè)移位寄存器中，然后將對(duì)稱(chēng)系數(shù)的輸入數(shù)據(jù)相加，比如X（0）*X（N），X（1）*X（N-1），X（2）*X（N-2），同時(shí)將對(duì)應(yīng)的濾波器系數(shù)送入乘法器中得到結(jié)果mult_s，再對(duì)此乘法結(jié)果進(jìn)行累加sum 《= sum + mult_s，并輸出濾波后的數(shù)據(jù)。

　　以此本模塊實(shí)現(xiàn)了具有線性相位的半串行FIR濾波器功能。

　　本模塊信號(hào)列表如下：

　　2.加法器模塊

　　調(diào)用了Quartus II 里的加法器IP核，以實(shí)現(xiàn)FIR濾波器中的加法器模塊。

　　信號(hào)列表如下：

?

　　3.乘法器模塊

　　調(diào)用了Quartus II 里的乘法器IP核，以實(shí)現(xiàn)FIR濾波器中的乘法器模塊。

　　信號(hào)列表如下：

?

　　四、MATLAB部分說(shuō)明

　　使用MATLAB設(shè)計(jì)出濾波器系數(shù)，仿真出濾波器測(cè)試數(shù)據(jù)、測(cè)試數(shù)據(jù)經(jīng)濾波器濾波后的輸出數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)寫(xiě)入文本文件中供Modelsim進(jìn)行仿真。

　　編寫(xiě)MATLAB程序，從Modelsim仿真后生成的文本文件中讀取濾波器輸出數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域及頻域分析，程序運(yùn)行結(jié)果見(jiàn)平臺(tái)效果圖。
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