1、    基于MATLAB與QUARTUSII的FIR濾波器設計與驗證1引言FIR數字濾波器能夠滿足濾波器對幅度和相位特性的嚴格要求，避免模擬濾波器的溫漂和噪聲等問題，具有精確的線性相位、易于硬件實現和系統穩定等優點，可廣泛應用于現代電子通信系統。實際信號處理應用往往要求系統兼具實時性和靈活性，而現有設計方案(如DSP)則難以同時達到這兩方面要求。而使用具有并行處理特性的FPGA實現FIR濾波器，具有很強的實時性和靈活性，因此為數字信號處理提供一種很好的解決方案。在嵌入式導航計算機1 引言   FIR數字濾波器能夠滿足濾波器對

2、幅度和相位特性的嚴格要求，避免模擬濾波器的溫漂和噪聲等問題，具有精確的線性相位、易于硬件實現和系統穩定等優點，可廣泛應用于現代電子通信系統。實際信號處理應用往往要求系統兼具實時性和靈活性，而現有設計方案(如DSP)則難以同時達到這兩方面要求。而使用具有并行處理特性的FPGA實現FIR濾波器，具有很強的實時性和靈活性，因此為數字信號處理提供一種很好的解決方案。    在嵌入式導航計算機工程項目中，石英撓性加速度計的輸出信號需進行數字濾波才能為導航計算機提供原始數據，為此需要設計一款FIR數字濾波器。這里使用MATLAB軟件和Altera公司的FPGA開發軟件Quar

3、tus進行FIR濾波器的設計仿真，該設計方案能夠直觀檢驗濾波器的設計效果，提高設計效率，縮短設計周期。2 使用FIR IP Core設計濾波器    Altera公司提供的FIR Compiler是一個結合Altera FP-GA器件的FIR Filter Core，DSP Builder與FIR Compiler緊密結合。DSP Builder提供一個FIR Core的應用環境和仿真驗證環境。而FIR濾波器設計實質上是確定能滿足所要求的轉移序列或脈沖響應的常數問題，設計方法主要有窗函數法、頻率采樣法和等波紋最佳逼近法等，這里采用窗函數法。21 濾波器指標設計&#

4、160;   FIR濾波器設計需達到以下指標：低通濾波，采樣頻率Fs為1 000 Hz，截止頻率Fc為100Hz，最小阻帶衰減As為50dB，16階濾波器，16位輸入數據寬度，14位系數數據寬度。22 利用FIR IP Core生成FIR模塊    在FIR編譯器中，將FIR濾波器設置為16階低通濾波器，單速率采樣。采樣頻率為1 000 Hz，截止頻率為100 Hz，窗類型選擇海明窗，然后生成系數并保存。濾波器系數的計算以所能達到最高精度為目的，計算出的濾波器系數未考慮有限字長效應，必須量化濾波器系數。由于在FPGA內要使用硬件實現濾波器，因此

5、采用定點計算。按照指標要求設置參數，生成的FIR模塊如圖1所示。3 驗證方法的確定    基于FPGA的復雜DSP系統的調試驗證是一項繁瑣工作，采用傳統的邏輯分析方法調試基于FPGA器件實現的設計幾乎不可能。驗證方法決定驗證結果的準確性和驗證工作量的大小。目前對基于FPGA的FIR數字濾波器的驗證，通常采用輸入一個信號序列(白噪聲、多頻譜混合信號等)作為激勵，對濾波器的輸出結果進行分析對照，判斷濾波器是否符合設計要求。4 利用Simulink檢驗濾波效果    Simulink是MATLAB中一個專門用于對動態系統進行建模、仿真和分析的軟件包。通過調用模塊，可以構成仿真數字濾波器特性的結構框圖。輸入低頻50 Hz和高頻400Hz的2個信號，利用所設計的濾波器進行濾波。建立仿真電路結構，導入前面所設計的FIR濾波器，如圖2所示。    圖3為輸入波形在Simulink中Scopel的波形，圖4為輸出波形在Simulink中Scope的波形。比較圖3和圖4