基于FPGA的FIR濾波器的性能研究
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1．2 基于MATLAB的FIR數(shù)字濾波器的系數(shù)設(shè)計(jì)
最基本的FIR濾波器可用下式表示：
式(3)中x(n-i)是輸入采樣序列，h(i)是濾波器系數(shù)，N是濾波器的階數(shù)，y(n)表示濾波器的輸出序列。FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的核心思想就是求出有限的脈沖響應(yīng)來逼近給定的頻率響應(yīng)即求出這N個(gè)系數(shù)h(i)。
在MATLAB中提供了一些濾波器的函數(shù)，使FIR濾波器的運(yùn)算更加方便和快速。
函數(shù)fir1是實(shí)現(xiàn)加窗線性相位FIR數(shù)字濾波器的經(jīng)典設(shè)計(jì)方法，可以設(shè)計(jì)出低通、高通、帶通和帶阻濾波器。
函數(shù)fir2是基于頻率取樣的FIR濾波器設(shè)計(jì)方法，其濾波器的頻率特性由矢量f和a決定，f和a分別為濾波器的頻率向量和幅值向量。考慮到驗(yàn)證方法是采用數(shù)字幅頻均衡，所設(shè)計(jì)的FIR帶通濾波器是由帶阻網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性決定的，所以本文是采用函數(shù)fir2()設(shè)計(jì)的。
函數(shù)fircls是多波段有限最小二乘FIR濾波器設(shè)計(jì)。
函數(shù)rids是最小二乘線性相位FIR濾波器設(shè)計(jì)。
函數(shù)firpm是Parks-McClellan最優(yōu)化FIR濾波器設(shè)計(jì)。
函數(shù)firreos是升余弦FIR濾波器設(shè)計(jì)。
函數(shù)kaiserord是用Kaiser窗進(jìn)行設(shè)計(jì)的FIR濾波器的參數(shù)估計(jì)。
fir2()以頻率取樣為基礎(chǔ)可設(shè)計(jì)出任意形狀的FIR濾波器的頻率響應(yīng)，最基本的調(diào)用形式如下：
其中返回的行向量b是一個(gè)包含n+1個(gè)n階FIR數(shù)字濾波器的系數(shù)，此FIR濾波器的頻率特性是由頻率向量f和幅值向量a決定的。
調(diào)用程序代碼如下：
綜上所述，我們只需要知道幅值與頻率的關(guān)系，我們就可計(jì)算出任意階數(shù)的FIR濾波器的系數(shù)。
1．3 基于FIR IP Core設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器
Mtera提供的FIR Compiler是一個(gè)結(jié)合Altera FPGA器件的FIR Filter Core，使得基于FPGA的數(shù)字信號(hào)處理DSP(Digital Signal Proce-ssing)系統(tǒng)的開發(fā)更加便捷，如果采用設(shè)計(jì)好的FIR濾波器的IP核，設(shè)計(jì)周期短，占用邏輯資源少，其運(yùn)算速度相比DSP處理器有很大的提高。
使用FIR Core之前，首先必須保證MATLAB、Ouartus II及IP核本身，即FIR Compiler等工具安裝正確。如果一切正常，打開QuanusⅡ，在MegaWizard Plug-In Manager庫(kù)中的DSP子庫(kù)中選擇FIR Compiler，選擇應(yīng)用器件和輸出文件名。再點(diǎn)擊Next，則生成一個(gè)FIR Compiler功能模塊，如圖4所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/191003.htm
單擊Parameterize按鈕，打開FIR濾波器核的參數(shù)設(shè)置窗口，進(jìn)行FIR濾波器參數(shù)的配置。注意在Parameter Settings中，如果選擇的是從文件中導(dǎo)入系數(shù)，則需要注意導(dǎo)入文件的格式，F(xiàn)IR Compiler支持的格式是一行只有一個(gè)數(shù)據(jù)，且文件最后不能有回車。所以在MATLAB生成濾波器系數(shù)時(shí)，對(duì)其進(jìn)行列處理，再將濾波器系數(shù)復(fù)制到一個(gè)(．txt)文件，將(txt)文件導(dǎo)入。
再按照?qǐng)D4完成Step2、Step3，生成FIR模塊如圖5所示。此時(shí)只需要在頂層文件調(diào)用，編寫其輸入輸出引腳。再編寫外圍模塊AD、DA的程序，上電下載程序即可驗(yàn)證產(chǎn)生的FIR帶通濾波器。
評(píng)論