基于FPGA的16抽頭FIR數(shù)字低通濾波器設(shè)計(jì)與仿真

　　4.4 移位累加模塊

　　系統(tǒng)核心模塊，主要對(duì)查找表模塊輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行移位累加操作，由于輸入12位數(shù)據(jù)，因此要進(jìn)行12次移位操作，前11次移位進(jìn)行加法操作，第12次移位進(jìn)行減法操作。為使累加結(jié)果不溢出，要進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。

　　若輸入數(shù)據(jù)與濾波器系數(shù)均為B位，對(duì)于有符號(hào)系統(tǒng)，移位累加器長(zhǎng)度M=2B+log2N-1，其中N為濾波器抽頭數(shù)。該移位累加模塊輸出數(shù)據(jù)寬度為27位。

　　4.5 截位模塊

　　移位累加模塊輸出27位數(shù)據(jù)，由于其對(duì)應(yīng)的10進(jìn)制數(shù)值較大，不便于分析，因此對(duì)移位累加模塊的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行截位。截位模塊的功能是通過(guò)移位截取27位輸入數(shù)據(jù)的高15位。

　　5 Matlab與QuartusII聯(lián)合仿真

　　FIR數(shù)字濾波器輸入與輸出均是數(shù)字信號(hào)，通過(guò)Matlab編程模擬A/D轉(zhuǎn)換得到濾波器輸入數(shù)據(jù)，然后將輸入數(shù)據(jù)送到濾波器輸入端口并進(jìn)行仿真得到輸出波形，最后再通過(guò)Matlab編程模擬D/A轉(zhuǎn)換將輸出數(shù)字信號(hào)以模擬信號(hào)波形形式展現(xiàn)。具體步驟如下：首先利用Matlab編寫(xiě)得到*.mif文件的M程序，輸入0.5 MHz和2.5 MHz正弦相加信號(hào)，幅度均為15。然后用QuartusII中l(wèi)pm_rom模塊得到濾波器輸入數(shù)據(jù)，再用QuartusII對(duì)系統(tǒng)模塊進(jìn)行仿真，將仿真波形*.vwf文件另存為*.tbl文件，系統(tǒng)模塊仿真波形如圖3所示，最后用Matlab讀取該文件中的數(shù)據(jù)，得到采樣信號(hào)時(shí)域波形與頻譜。

　　6 結(jié)束語(yǔ)

　　采用改進(jìn)并行DA算法設(shè)計(jì)了一個(gè)16抽頭FIR數(shù)字低通濾波器，與全并行DA算法相比，減少了LUT的個(gè)數(shù)，同時(shí)引入倍頻模塊兼顧了運(yùn)算速度。仿真結(jié)果表明，設(shè)計(jì)系統(tǒng)性能穩(wěn)定、濾波效果良好、實(shí)用性較強(qiáng)。同時(shí)，利用改進(jìn)并行DA算法設(shè)計(jì)的FIR數(shù)字低通濾波器，其系統(tǒng)速度得到大幅提高，由于省去乘法器的使用，減少了LUT的個(gè)數(shù)，邏輯單元的消耗量也大幅降低。該模塊可以作為其他設(shè)計(jì)的子模塊，也可用于設(shè)計(jì)更高階數(shù)的濾波器。