基于DSP_Builder的FIR滤波器的设计

1、一一. .概述概述 DSP Builder是是Altera推出的一个数字信号处理推出的一个数字信号处理(DSP)开开发工具，它在发工具，它在Quartus FPGA设计环境中集成了设计环境中集成了MathWorks的的Matlab和和Simulink DSP开发软件。开发软件。 它是作为它是作为MATLAB的一个的一个Simulink工具箱出现的。工具箱出现的。Simulink是是MATLAB的一个组成部分，用于图像化建模仿的一个组成部分，用于图像化建模仿真。真。DSP Builder作为作为Simulink的一个工具箱，使得用的一个工具箱，使得用FPGA设计设计DSP系统完全可以通过系统完全

2、可以通过Simulink的图像化界面的图像化界面进行，只要简单的进行进行，只要简单的进行DSP Builder工具箱中的模块即可。工具箱中的模块即可。 值得注意的是，值得注意的是，DSP Builder中的中的DSP基本模块是以算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。法级的描述出现的，易于用户从系统或者算法级进行理解。 DSP Builder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

3、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Altera DSP Builder工具箱，用图形化方式调用DSP Builder中的Storage库的Delay模块和Arithmetic库的Product模块以及Parallel Adder Substractor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2.2 8阶FIR滤波器子系统 为了

4、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“Create subsystem,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

5、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DSP Builder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*（210)得到： 二. 32阶FIR低通滤波器 三. 8阶IIR低通滤波器3.1 8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

6、装DSP Builder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

7、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。图图1 正弦发生器模块正弦发生器模块1 用用DSP BUILDER建立正弦发生器模型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（ Command Window）、工作区（Workspace）、命令历史（ Command History）。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 Altera DSP Builder条，使之展开DSP Builder库，这时会出现一长串树形列表，对 DSP builder库的子模块（Block）进行了分组，再次点击其中的 AltLa