基于DSP_Builder的FIR滤波器的设计.ppt

基于DSPBuilder的FIR IIR低通滤波器的设计 一 概述 DSPBuilder是Altera推出的一个数字信号处理 DSP 开发工具 它在Quartus FPGA设计环境中集成了MathWorks的Matlab和SimulinkDSP开发软件 它是作为MATLAB的一个Simulink工具箱出现的 Simulink是MATLAB的一个组成部分 用于图像化建模仿真 DSPBuilder作为Simulink的一个工具箱 使得用FPGA设计DSP系统完全可以通过Simulink的图像化界面进行 只要简单的进行DSPBuilder工具箱中的模块即可 值得注意的是 DSPBuilder中的DSP基本模块是以算法级的描述出现的 易于用户从系统或者算法级进行理解 DSPBuilder的设计包含两套流程 自动流程和手动流程 二 32阶FIR低通滤波器 三 8阶IIR低通滤波器 2 1 FIR滤波器的原理 对于直接I型的32阶或更高阶的FIR滤波器通常用低阶的滤波器节进行级联而成 这里设计一个8阶的FIR滤波器节 然后通过将其级联来构成32阶的FIR滤波器 由于浮点小数在FPGA中实现比较困难 需要很多资源 这里采用定点计算 为了省去小数点定标 使用整数运算来实现 2 2设计8阶FIR滤波器子系统 在Matlab的Simulink环境中建立一个MDL模型文件 找到AlteraDSPBuilder工具箱 用图形化方式调用DSPBuilder中的Storage库的Delay模块和Arithmetic库的Product模块以及ParallelAdderSubstractor模块 根据滤波器的结构原理设计一个8阶FIR滤波器子系统 如下图 fir8 图2 28阶FIR滤波器子系统 为了设计的方便 将上面设计8阶FIR滤波器生成一个子系统 具体方法如下 在fir8模型窗口中 按住鼠标左键 移动鼠标画一个框 选中图中除SignalCompile模块以外的所有模块 接着 在选中的模块上点击鼠标右键 在弹出的右键菜单中选中 Createsubsystem 建立子系统 如右图 2 3设计32阶FIR滤波器模型 复制4个8阶滤波器子系统 并将它们如右图连接起来 2 4滤波器系数的计算 若设计一个截止频率为10 8KHz的低通滤波器 h 0 0 给定的参数如下 低通滤波器 采样频率Fs为48KHz 滤波器的Fc为10 8KHz 输入序列位宽为10位 最高位为符号位 滤波器的系数计算可以使用Matlab的滤波器设计工具FDATool来计算 其设计界面如下图 由上图可知FDATool计算出来的值是一个有符号的小数 而在DSPBuilder下建立的FIR滤波器模型需要一个整数作为滤波器系数 所以必须进行量化和归一化 量化后的系数 导出滤波器系数后 在Matlab主窗口的命令窗口中输入 Num 2 10 得到 二 32阶FIR低通滤波器 三 8阶IIR低通滤波器 3 18阶IIR低通滤波器原理 由以上原理可知 IIR直接 型为 其他设计部分都与FIR设计步骤一样 在simulink中的模型为 四 滤波器的硬件实现 1 由simulink模型转成VHDL注意 必须安装DSPBuilder的授权文件 这一步才能实现 否则无法进行 2 利用Modelsim完成RTL级仿真3 综合 在Quartus 中进行综合4 适配下载 SIMULINK下可控正弦信号发生器设计 本章以正弦波发生模块的设计为例 它的结构如图1所示 它由4个部分构成 InCount是一个阶梯信号发生模块 产生递增的地址信号 送往LUT LUT是一个查找表模块正弦函数值的 通过递增的地址可得到输出正弦波值 输出的8位正弦波数据经Delay延时模块以后被送向乘法Product模块 与SinCtr1相乘 因为SinCtr1只输入1位 SinCtr1通过Product就完成了控制有无输出正弦波 My sin就是正弦波发生器模块的输出 它送向D A就能够得到正弦波信号 图1正弦发生器模块 1用DSPBUILDER建立正弦发生器模型 1 1新建模型打开Matlab环境 可以看到Matlab的主窗口界面被分割成三个窗口 命令窗口 CommandWindow 工作区 Workspace 命令历史 CommandHistory 在命令窗口中 可以键入Matlab命令 同时获得Matlab对命令的响应信息 出错警告提示等 然后建立工作库 在建立一个新的设计模型前 先建立一个新的文件夹 作为work工作目录 新建一个simulink的模型文件 后缀为mdl 在simulink的库管理器中选择 File 菜单 在出现的菜单中选择New 在弹出的子菜单中选择新建模型model 图2右下角显示的就是新模型窗 1 2放置SignalCompilder 点击simulink库管理器左侧的库内树形列表中的AlteraDSPBuilder条 使之展开DSPBuilder库 这时会出现一长串树形列表 对DSPbuilder库的子模块 Block 进行了分组 再次点击其中的AltLab项 展开AltL