基于FPGA的FIR數(shù)字濾波器設計與實現(xiàn)

由于所有的模塊都在同一個Simulink圖中，這時的Simulink設計圖顯得很復雜，不利于閱讀和排錯，因此把FIR數(shù)字濾波器模型做成一個子系統(tǒng)在設計圖中顯示出來，如圖7所示，這就是Matlab中的層次化設計，在頂層設計圖中，濾波器作為名稱是SubFIR_533_16js的一個模塊出現(xiàn)。同時，圖7中還設置了其他模塊，包括仿真信號輸入模塊、Signal TapⅡ信號實時監(jiān)測模塊、Signal Compiler模塊、硬件開發(fā)板模塊、TestBench模塊。

這樣整個濾波器的Simulink電路設計模型就完成了，然后要對該模型進行系統(tǒng)級仿真，查看其仿真結(jié)果，在頻率為533 Hz的波形輸入上加入了頻率為3 600 Hz的擾動波形，其Simulink仿真結(jié)果如圖8所示。

圖中，上面的波形是533 Hz的輸出，中間的波形是533 Hz加上3 600 Hz高頻干擾后的輸出，下面的波形是經(jīng)過濾波后的輸出。
3．2 從模型文件到Verilog代碼的RTL級轉(zhuǎn)換和編譯適配
利用Signal Compiler模塊將電路模型文件即Simulink模塊文件(．mdl)轉(zhuǎn)換成RTL級的Verilog代碼表述和Tcl(工具命令語言)腳本。這種轉(zhuǎn)換是用來對數(shù)字濾波器Simulink模型進行結(jié)構(gòu)化分析的。獲得轉(zhuǎn)換好的VHDL描述后就可以調(diào)用Verilog綜合器，這里我們選用Quartus Ⅱ，用來生成底層網(wǎng)表文件，同時也就可以得到其網(wǎng)表文件對應的RTL電路圖。如圖9所示。

3．3 數(shù)字濾波器的ModelSim功能仿真
ModelSim軟件可支持VHDL和Verilog混合仿真，無論是FPGA設計的RTL級和門級電路仿真，還是系統(tǒng)的功能仿真都可以用ModelSim來實現(xiàn)。由Signal Compiler生成的Verilog硬件描述語言模塊，在ModelSim中可以直接對Verilog代碼進行仿真，檢測源代碼是否符合功能要求。圖10所示的16階FIR數(shù)字濾波器的功能仿真結(jié)果圖。與圖8的Simulink仿真結(jié)果圖的波形一致，表明經(jīng)過轉(zhuǎn)換的Verilog源代碼可以實現(xiàn)正常的濾波功能。