高阶FIR滤波器的计算机设计与FPGA实现

2 基于Matlab和QuartusⅡ的FIR滤波器设计

2．1 利用Matlab进行滤波器系数设计

设计指标：采样频率为2 MHz，f1=200 kHz，f2=330 kHz，通带衰减1 dB，阻带衰减70 dB。通过参数指标确定所需的阶数和参数值，部分程序如下：

由图6验证设计指标。

如果设计指标不满足，则可通过调整滤波器参数直至满足设计要求。

2．2 利用QuartusⅡ进行设计和仿真

对Matlab产生的FIR滤波器抽头系数，用QuartusⅡ进行仿真。QuartusⅡ软件是Altera公司主推的FGPA设计软件，是集设计输入、编译、综合、仿真、布线、下载于一体的设计软件。由于Matlab产生的滤波器抽头系数为小数，根据工程需要将其转换为18位二进制系数使用。过程如下：

由Matlab产生的FIR数字滤波器系数如下：

按第2．3节提出的方法在QuartusⅡ中完成FIR滤波器的设计，通过编译综合功能对设计文件进行编译和综合，然后生成顶层模块，见图7。

通过QuartusⅡ的波形仿真功能，对其进行波形仿真并进行定量分析。波形仿真如图8所示。其中，cp50为系统时钟，由它控制输入信号xin_data的输入速率(本例为2 MHz)。data_result为滤波器未经取高位处理的乘加结果；data_result_out，为最终滤波输出结果。经验证，data_result与Matlab的运算结果一致，data_result可满足工程精度的要求。

3 结语

本文在结合Matlab和FPGA软件QuartusⅡ的基础上，完成了一种基于LPM参数化宏功能模块的FIR滤波器设计，该法是基于工程实际应用提出的，它对信号处理速率的要求不高，但对滤波器的阶数较高。当设计指标改变，只需调整各模块的参数，即可完成新的设计，该法已应用在实际工程中。