基于dspbuilder的fir數(shù)字濾波器的仿真設(shè)計(jì)(文件)
【正文】 antization Parameters） 實(shí)現(xiàn)模型（Realize Model） 導(dǎo)入濾波器（Import Filter） 設(shè)計(jì)濾波器（Design Filter）選擇其中的按鈕，進(jìn)入設(shè)計(jì)濾波器界面，進(jìn)行下列選擇：1. 濾波器類型（Filter Type）為低通（Lowpass）；2. 設(shè)計(jì)方法（Design Method）為FIR，采用窗口法（Window）；3. 濾波器階數(shù)（Filter Order）定制為20；4. 窗口類型為Kaiser，；5. Fs為48kHz。點(diǎn)擊 Design Filter ，讓MATLAB計(jì)算FIR濾波器系數(shù)并作相關(guān)分析。在圖的左側(cè)列出了當(dāng)前濾波器的相關(guān)信息：(1)濾波器類型為Direct form FIR（直接I型FIR濾波器）(2)濾波器階數(shù)為19注意：不是每種FIR濾波器設(shè)計(jì)方法計(jì)算出的濾波器都是直接I型結(jié)構(gòu)的。由圖可以看到設(shè)計(jì)的FIR濾波器在通帶內(nèi)相位響應(yīng)為線性的，即該濾波器是一個線形相位濾波器。圖87 群延時5. 在菜單“Analysis”下還有一些分析：(1)“Impulse Response”：沖激響應(yīng)，見圖88。圖88 FIR濾波器的沖激響應(yīng)圖89 FIR濾波器的階躍響應(yīng)圖810 FIR濾波器的零極點(diǎn)求出的FIR濾波器的系數(shù)可以通過選擇菜單“Analysis”→“Filter Coefficients”來觀察，見圖811。為此，點(diǎn)擊FDATool左下側(cè)的工具按鈕進(jìn)行量化參數(shù)設(shè)置。在圖812中設(shè)置前4項(xiàng)的量化格式（Format）為“[16 15]”，表示量化后位寬為16位，絕對值為15位；設(shè)置后2項(xiàng)（乘積、乘積和）的量化格式為“[32 30]”。注意在這里系數(shù)仍是用小數(shù)表示的，不同于量化前的系數(shù)，現(xiàn)在其二進(jìn)制表示的位數(shù)已滿足量化要求。圖816 量化后的噪聲分析（六）導(dǎo)出濾波器系數(shù)為導(dǎo)出設(shè)計(jì)好的濾波器系數(shù)，選擇FDATool菜單的“File”→“Export….”，打開導(dǎo)出（Export）對話框，如圖817所示。（八）導(dǎo)出濾波器系數(shù)的另一種方法按照上面介紹的導(dǎo)出濾波器系數(shù)的方法在FIR濾波器階數(shù)較大時就不太方便，而且在設(shè)計(jì)要求有所變化時系數(shù)的修改極為不利。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中，受精度、速度和器件選擇方面的影響，可以對其轉(zhuǎn)化的VHDL進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。由于時間上和個人學(xué)識上有限，系統(tǒng)還存在一些不足之處，還有一些功能更高更完善的功能沒有能實(shí)現(xiàn)，有待于以后進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。我深刻地認(rèn)識到，只有單純的理論知識是不行的，必須多實(shí)踐，多操作才可以使自己的知識得到鞏固，從而提高自身素質(zhì)。圖818 20階低通FIR濾波器 九、結(jié)束語通過仿真與驗(yàn)證，本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器能夠成功運(yùn)行，且所設(shè)計(jì)濾波器穩(wěn)定性好，精確度高，不易受環(huán)境影響。這時濾波器系數(shù)就存入到一個一維變量Num中了，不過這時Num中的元素是以小數(shù)形式出現(xiàn)的：Num=現(xiàn)在若要在FIR濾波器模型中使用這些數(shù)據(jù)，還需要將他們轉(zhuǎn)化為整數(shù)，在MATLAB主窗口的命令中鍵入：Num*（2^15）得到： Num*(2^15)ans = Columns 1 through 9 891 1435 1601 1240 2504 735 3729 360 5763 Columns 10 through 18 3184 11846 27093 27093 11846 3184 5763 360 3729 Columns 19 through 24 735 2504 1240 1601 1435 891（七）修改FIR濾波器模型添加參數(shù)把計(jì)算出的系數(shù)逐個填入到FIR濾波器模型中，見圖818。圖815為量化后的幅頻、相頻響應(yīng)波形圖。在此量化優(yōu)化設(shè)置對話框中選擇相關(guān)的優(yōu)化選項(xiàng)。如圖812所示。圖811 FIR濾波器系數(shù)（五）量化從圖811可以看到，F(xiàn)DATool計(jì)算出的值是一個有符號小數(shù)，而在DSP Builder下建立的FIR濾波器模型需要一個整數(shù)作為濾波器系數(shù)。(3) “Pole/Zero Plot”：零極點(diǎn)圖，見圖810。這可以通過菜單選擇“Analysis”→“Magnitude﹠Phase Response”來啟動分析。圖84 FIR濾波器的幅頻響應(yīng)2. 選擇菜單“Analysis”→“Phase Response”，啟動相頻響應(yīng)分析。分析操作步驟如下：1. 選擇FDATool的菜單“Analysis”→“Magnitude Response”，啟動幅頻響應(yīng)分析。圖83 濾波器設(shè)計(jì)界面注意：在濾波器階數(shù)選擇時，在此設(shè)置的是19階，而不是20階！這是由于在前面設(shè)計(jì)的20階FIR濾波器的常系數(shù)項(xiàng)。點(diǎn)擊MATLAB主窗口下方的“Start”（開始）按鈕，按圖81選擇“ToolBox”→“Filter Design”→“Filter Design amp。 八、基于MATLAB的濾波器設(shè)計(jì)工具（一）濾波器指標(biāo)若需要設(shè)計(jì)一個20階的FIR濾波器（h(0)=0），給定的參數(shù)如下：低通濾波器；采樣頻率Fs為48kHz，；輸入序列位寬為9位（最高位為符號位）。注意：在做好子系統(tǒng)后，要修改其Mask參數(shù)MaskType為“SubSystem AlteraBlockSet”。（建立子系統(tǒng)的方法：選中模塊，在選中模塊上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的右鍵菜單中選擇“Create subsystem”。比如要實(shí)現(xiàn)一個20階的低通濾波器，可以調(diào)用5個4階FIR濾波器來實(shí)現(xiàn)。為了使參數(shù)可變，F(xiàn)IR濾波器系數(shù)、也作為輸入端口。圖74 直接I型FIR濾波器結(jié)構(gòu)圖75是一個直接I型的4階FIR濾波器節(jié)結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)完3階FIR濾波器模型后，就可以添加Simulink模塊進(jìn)行仿真了，如圖73所示。這里采用直接I型來實(shí)現(xiàn)FIR濾波器。但是，如果采用FPGA來實(shí)現(xiàn)，就可以采用并行結(jié)構(gòu)，在一個時鐘周期內(nèi)得到一個FIR濾波器的輸出。通過ModelSim仿真生成的TestBench可以驗(yàn)證生成的VHDL代碼與Simulink中DSP模型的一致性。同時，一樣可以使用Quartus強(qiáng)大的LogicLock功能和SignalTap測試技術(shù)。由于這個過程操作可能比較繁瑣，所以DSP Builder的SignalCompiler相應(yīng)提供了一個接口，針對設(shè)計(jì)，自動產(chǎn)生一個TCL腳本與綜合器Synplify或者LelnardoSpectrum相接。采用手動流程時，除了行為級仿真驗(yàn)證和設(shè)計(jì)輸入外，其它過程與標(biāo)準(zhǔn)的
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