基于DSPBuilder的FIR数字滤波器的设计与实现(共27页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 学校代码： 11059 学 号：Hefei University 毕业设计（论文）BACHELOR DISSERTATION论文题目： 基于DSPBuilder数字滤波器设计与实现 学位类别： 工 学 学 士 学科专业： 09电子信息工程（2）班 作者姓名： 冯 博 导师姓名： 谭 敏 完成时间： 2013年5月29日 专心-专注-专业基于DSPBuilder地数字滤波器地设计与实现中 文 摘 要DSP Builder是美国Altera公司推出地一个面向DSP开发地系统级设计工具，它能够在Quartus设计环境中集成Matlab和SimuIinkDSP开发软件.DS

2、PBuilder本质上就是 Matlab地一个Simulink，它能够让FPGA设计地DSP系统以Simulink地图形化界面进行建模和系统级地仿真.本文使用DSP Builder 实现有限冲激响应滤波器（FIR滤波器）地设计方案, 并以一个 20 阶低通 FIR 数字滤波器地实现为例,设计并完成软件仿真与验证以及硬件地实现.结果表明使用DSP builder来实现FIR滤波器简单易行,设计模型可直接向VHDL硬件描述语言转换，并自动调用Quartus等设计软件，完成综合、网表生成以及器件适配乃至FPGA地配置下载，使得系统描述与硬件实现有机地融合，充分体现了现代技术自动化开发地特点与优势.关

3、 键 词: FPGA；有限长脉冲响应滤波器；DSPBuilder；QuartusBased on the DSPBuilder the design and implementation of a digital filterAbstractDSP Builder is the Altera corporation launched a DSP development oriented system level design tool, it can in the Quartusintegration development software Matlab and SimuIinkDSP de

4、sign environment. DSPBuilder is essentially a Simulink toolbox of Matlab , it can save the FPGA design of DSP system with Simulink graphical interface modeling and system level simulation. In this paper, using DSP Builder realize finite impulse response filter (FIR) filter design, and with a 20 orde

5、r low pass FIR digital filter implementation, for example, design and complete the simulation and validation of software and hardware implementation. Results show that using DSP builder to implement FIR filter is a simple, easy to design model can be directly to the VHDL hardware description languag

6、e conversion, and automatically calls the Quartusand other EDA design softwares, comprehensive and complete net list generation and the device adapter and the FPGA configuration download, makes the system description and organically mix the hardware implementation, fully embodies the characteristics

7、 and advantages of modern automotive electronics technology development.Key words: the FPGA。 Finite impulse response filter。 DSPBuilder。 Quartus 目 录第一章 绪 论1.1研究背景近30年以来，由于超大规模集成电路地出现，数字信号在理论和应用方面有了惊人地发展，在越来越多地应用领域中迅速代替了传统地模拟信号处理方法并且开辟出许多地新应用领域.数字化、智能化、和网络化是现代信息技术发展地大势所趋，而数字化却是智能化以及网络化地重要基础.实际生活当中会遇到

8、多种多样地信号，例如广播信号、电视信号、雷达信号、通信信号、导航信号、射电天文信号、生物医学信号、控制信号、气象信号、地震勘探信号、机械振动信号、遥感遥测信号等等1.这些信号中大部分是拟信号，模拟信号是自变量连续地函数，自变量是一维、二维以及多维地.大多数情况下一维模拟信号地自变量是时间，经过时间上地离散化（采样）和幅度上地离散化（量化），这类模拟信号便成为一维数字信号1.因此，数字信号实际上是用数字序列表示地信号，语音信号经采样和量化后得到地数字信号会是一个一维离散时间序列；而图像信号经采样和量化后得到地数字信号会是一个二维离散空间序列.数字信号处理是数字序列与数值计算地方法对各种加工、信号

9、变换到符合需要地某种形式.例如,数字信号滤波器来限制他地乐队或过滤掉噪音和干扰,或将它们地信号分开从信号谱分析和功率谱分析来理解信号频谱,然后进行信号识别以及信号地变换,使其更适合于传输、存储和应用程序,等等.数字滤波技术是数字信号分析、处理技术地重要分支.无论是信号地获取、传输，还是信号地处理和交换都离不开滤波技术，它对信号安全可靠和有效灵活地传输是至关重要地.在所有地电子系统中，使用最多技术最复杂地要算数字滤波器了.数字滤波器地优劣直接决定产品地优劣.1.2研究现状在信号处理过程中，所处理地信号往往混有杂音，从接收到地信号中消除或减弱噪音是信号传输和处理中十分重要地问题.根据有用信号和噪音

10、地不同特性，提取有用信号地过程成为滤波，实现滤波功能地系统称为滤波器.在近代电信设备和各类控制系统中，数字滤波器应用极为广泛，这里只列举部分应用最成功地领域.1、语音处理语音处理是最早地数字滤波器地应用领域,也是最早推动数字信号处理理论领域发展地领域.主要包括五个方面地内容:第一,语音信号分析.即波形特征、统计特征地语音信号和模型地参数等进行分析和计算。第二,语音合成.它是使用特殊地数字硬件或软件运行在一台通用计算机生成地声音。第三,语音识别.用专用地硬件或计算机识别人地讲话,演讲者或识别。第四,语音增强.这是噪音或干扰中提取语音信号地封面.第五,语音编码.主要用于语音和数据压缩,并已经建立了

11、一系列地语音编码国际标准,用于通信和音频处理.近年来,这五个方面都取得了很多地研究成果,在市场,已经有一些相关地软件和硬件产品,例如,阅读机为盲人,哑巴语音合成器、听写、打印机、电话答录机、各种各样地谈话、仪表、玩具以及通信和视频音频压缩编码技术是广泛应用于产品.2、图像处理数字滤波技术成功地应用于图像恢复和增强静止图像和活动图像、数据压缩、噪声和干扰,图像识别和色谱x射线摄影,并成功地应用于雷达、声纳、超声波成像地图像和红外可见信号.3、通信在现代通信技术领域,几乎没有一个分支不需要数字滤波器技术.信源编码、信道编码、多路复用、调制、自适应信和数据压缩道均衡等,广泛应用数字滤波器,特别是在数

12、字通信、网络通信、图像通信和多媒体通信地应用,离开了数字滤波器几乎是不可逾越地.其中,被认为是一种通信技术未来发展方向地软件无线电技术也是基于数字滤波技术.4、电视取代模拟电视是数字电视发展地必然趋势.高清晰度电视地普及指日可待,视频光盘形式地一套完整地技术已形成行业巨大地市场，可视电话、会议电视产品不断升级.音频压缩技术和视频压缩标准化工作地成就,促成了电视产业地蓬勃发展,数字滤波器及其相关地技术是视频压缩和音频压缩技术地重要基础.5、雷达雷达信号占据了一个很宽地频带,数据传输速率也很高,所以压缩数据、减少数据传输速率是雷达信号数字处理地问题.所以数码设备地出现提高了进步地雷达信号处理技术.

13、在现代雷达系统中,数字信号处理部分是必不可少地,因为从信号、过滤、加工到目标参数估计和目标成像都离不开数字滤波器技术.雷达信号数字滤波器是一个非常活跃地研究领域.第二章数字滤波器基本理论2.1数字滤波器定义所谓数字滤波器，是指输入、输出均为数字信号，通过一定运算关系改变输入信号所含频率成分地相对比例或者滤除某些频率成分地器件.因此，数字滤波地概念和模拟滤波相同，只是信号地形式和实现滤波方法不同.如果要处理地是模拟信号，可通过A/DC和D/AC，在信号形式上进行匹配转换，同样可以使用数字滤波器对模拟信号进行滤波2.2.2数字滤波器与模拟滤波器地比较数字滤波器与模拟滤波器相比有着很多优点.第一，数

14、字滤波器可以做到很多模拟滤波器难以达到地精度，模拟滤波器所使用地器件精度一般不是很高，参数存在一定地离散性，由于受到了器件精度地影响，所以模拟滤波器一般不能十分精确地实现设计指标，但数字滤波器中地参数却很容易达到较高地精度，使得实现系统地指标自然就比模拟滤波器简单3.第二，数字滤波器地性能不易受到外界环境因素地干扰，其各项性能稳定性很高.而模拟滤波器由于其器件如（电容、电阻）容易受到湿度、温度、电磁干扰等外界环境地影响系统参数地稳定性得不到很好地保证3.第三，数字系统地系数、结构灵活性强可以根据需要随时变化.随着超大规模集成电路高速发展，数字技术和计算机数据处理容量和速度地不断提高，数字滤波器

15、地优势越来越明显，应用范围越来越广泛.目前数字滤波器不仅能实现一维信号处理，而且能够实现二维甚至更高维地信号地处理，在图像地传输、静态图像压缩、动态图像压缩等方面有着巨大地应用价值1 .2.3数字滤波器地分类与比较根据数字滤波器脉冲响应地时域特性，可以分为有限冲激响应滤波器(FIR滤波器)、无限冲激响应滤波器(IIR滤波器)4.FIR、IIR是常用地数字滤波器.特点是随着阶数地增加，滤波器过渡带越来越窄，也即矩形系数越来越小.FIR是线性相位地，无论多少阶，在通带内地信号群时延相等，即无色散，对于PSK这类信号传输尤为重要，IIR通常是非线性地，但是目前也有准线性相位设计方法得到IIR数字滤波

16、器地系数，其结果是使得通带内地相位波动维持在一个工程可接受地范围内.IIR比FIR最大地优点是达到同样地矩形系数所需地阶数少，往往5阶地IIR滤波器就可以比拟数十上百阶地FIR滤波器.但是另一方面，FIR滤波器地系数设计方法很多，最普遍地是加窗，种类繁多地窗函数可以得到各种你所需要地通带特性.有限长单位冲激响应滤波器是数字信号处理系统中最基本地元件之一，它可以在保证任意幅频特性地同时又具有非常严格地线性相频特性，并且其单位抽样响应是有限长地，因此FIR滤波器是稳定地系统.FIR滤波器在图像处理、通信、模式识别等诸多领域都有着广泛地应用.与IIR滤波器相比较，在设计和实现上FIR滤波器具有如下优

17、越性：相位响应可为严格地线性，因此他不存在延迟失真，只有固定地时间延迟.由于不存在稳定性问题，所以设计相对简单.2.4滤波器地实现方法FIR数字滤波器可以分为两种实现方法,软件和硬件地实现.软件实现方法简单,但实时性能差.硬件实现方法是较为困难地,但有良好地实时性能,本文只讨论由硬件实现FIR滤波器.经常用在硬件实现地FIR数字滤波器装置有DSP设备、专用集成电路（ASIC）、FPGA器件等. DSP 器件，DSP 集成了许多专用函数，设计数字滤波器相对简单方便，其应用也最为广泛，DSP 器件性能也不断提高，但在某些要求实时性、高速处理场合则受到很大限制5.ASIC 器件可靠性高，实时性好，但

18、过长地开发周期使其不适合于科研和小批量生产. FPGA 器件结合了上面两种器件地优点，具有很好地实时性、可靠性和灵活性，它支持片上编程，可以在不改变电路地情况下通过编程下载地方式改变电路功能，开发周期短，开发软件投入少，这些特点令 FPGA 对于科研和小批量生产成为首选.FPGA以其优越地实时性和设计地灵活性成了控制系统中重要地一部分，在 FPGA 上实现滤波器，使滤波器能适用高速场合5.第三章FIR滤波器设计原理3.1 FIR滤波器地数学原理假设FIR滤波器地单位冲激响应地长度等于N，则滤波器地系统函数为： （3-1）只要滤波器地单位函数响应地波形关于 呈偶对称，即 （3-2）则此滤波器必定

19、满足线性相位条件.如果滤波器地单位函数响应地波形关于奇对称，即 （3-3）相比之下，这种系统地相频特性上多了地相移.所以这种系统并不满足相位不失真条件.但是，这种系统对信号产生地地相移对微分器、正交变换器、希尔伯特变换器等系统都特别有用，所以这种FIR系统在实际应用中也有很大价值.FIR数字滤波器有级联型、直接型、快速卷积型和频率抽样型等四种基本结构.由线性相位 FIR 数字滤波器系数对称地特点可知直接型结构是其最佳选择,式（3-1）地差分方程表达式为： （3-4）直接型结构所对应地滤波器结构就是式1-4，为滤波器地阶数，为滤波器地系数（性能确定地FIR数字滤波器所对应地一组系数也是确定地，因

20、此为常数）,为第个单位时间地采样输入，是第n个单位时间上地采样输入所对应地输出.其结构方框图如图1所示， 直接型FIR数字滤波器地滤波运算包括三种运算方式：1.输入采样序列地延时；2.常系数地乘法；3.乘积项求和.滤波器地阶数越高其滤波效果越好但同时其电路越复杂. . . 图1 直接型FIR数字滤波器FIR数字滤波器设计方法地基础就是要求所设计地滤波器频率响应逼近性能指标要求地频率响应,FIR数字滤波器设计方法之中较常用地设计方法是窗函数设计法.一般用窗函数设计 FIR 数字滤波器时，先要给出所求地理想滤波器频率响应，再通过设计来逼近.由于设计是在时域进行地，因此需要通过傅里叶反变换导出即 (

21、3-5)是个无限长地序列，但FIR 数字滤波器，其单位冲激响应是有限长地，所以要用来逼近，可用一个有限长度地窗口函数序列来截断，即 (3-6)即所谓地窗函数，它是有限长序列. (3-7)按照复卷积公式，在时域相乘，则频域上是周期卷积关系，即 (3-8)因而逼近地好坏完全取决于窗函数地频率特性窗函数地频率特性为： (3-9)常用地窗函数有：三角窗、矩形窗、汉宁（hanning）窗、海明（hamming）窗、布莱克曼（Blackman）窗、凯塞（Kaiser）窗. 表1常用地窗函数窗函数旁瓣峰值/dB主瓣宽度过渡带宽度阻带最小衰减/dB矩形窗-134/N0.9-21三角形窗-258/N2.1-25

22、汉宁窗-318/N3.1-44海明窗-418/N3.3-53布莱克曼窗-5712/N5.5-74凯泽窗-575-803.2 20阶FIR滤波器原理模型对本系统地设计指标为：设计一个20阶地低通FIR 滤波器，截止频率：4kHz；通带最大衰减-1dB；阻带最小衰减-50dB；6.5kHz处衰减为-50dB。一个20阶地低通FIR滤波器其系统函数可以表示为： （3-10）20阶地FIR滤波器系统函数如果用原理框图表示，则如下图:X(0)X(19)X(18)X(1). .寄存器19寄存器20寄存器2寄存器1乘h(0)乘h(17)乘h(18)乘h（19)求和电路 图2 系统原理框图波器原理Yaobao

23、Yaobao第四章滤波器设计4.1滤波器设计流程1. 首先使用Matlab中地FDATool计算滤波系数并做基本地分析，MATLAB地名称源自Matrix Laboratory，是一种用来进行科学计算地软件，专门以矩阵地形式处理数据.而Matlab中地FDATool工具是功能强大地滤波器设计工具可以设计多种滤波器并且可以进行分析和性能评估.2. 对上面得到地滤波系数量化取整得到式(2-6)中地.3. 使用在Matlab中建立一个新地L模型文件，使用DSPbuilder建立20阶滤波器地模型，将量化取整后地滤波系数填入模型中完成滤波器并进行仿真.DSP Builder是美国Altera公司推出地

24、一个面向DSP开发地系统级设计工具，它能够在Quartus设计环境中集成Matlab和SimuIinkDSP开发软件.DSPBuilder本质上就是 Matlab地一个Simulink，它能够让FPGA设计地DSP系统以Simulink地图形化界面进行建模和系统级地仿真.设计模型可直接向VHDL硬件描述语言转换，充分体现了现代技术自动化开发地特点与优势.4. 在Quartus中完成AD/DA驱动模块，完成顶层文件编译下载到FPGA中完成 FIR滤波器地设计.4.2使用FDATool工具设计滤波器启动Matlab 地 (Filter Design & Analysis Tool)工具，首先点击M

25、atlab左下角地“START”，选择“ToolBox”点击“Filter Design”再点击“Filter Design & Analysis Tool”进入滤波器设计界面图4 FDATool界面选择设计滤波器，进入其页面.由于本系统地设计指标为：设计一个20阶地低通FIR 滤波器，截止频率：4Hz；通带最大衰减-1dB；阻带最小衰减-50dB；7kHz处衰减为-50dB.显然由于本系统设计地是低通滤波器所以Filter Type（滤波器类型）选择Lowpass（低通）；由于设计地是FIR滤波器所以选择Design Method（设计方法）为FIR，由于祖带最小衰减为-50dB更具第三章3

26、.1节FIR滤波器地数学原理以及表一种各种窗函数地参数本文使用window（窗口法）并选择窗口类型为Hamming；Fiter Order(滤波器阶数)选择19，而不是20因为FIR滤波器地常系数是从开始地；由于7kHz处衰减为-50dB所以Fs设置为20kHz Fc设置为4kHz，采样频率越低滤波器会越锋利，理论上来说采样频率只要是截止频率地两倍就可以了，但事实上采样频率一般都需要是截止频率地5、6倍才能有比较好地效果；最后点击最下面地按钮“Design Fiter”让Matlab计算FIR滤波器地系数并且做必要地分析.点击幅频响应，可以得到按照以上参数设置后所设计FIR低通滤波器地理论幅频

27、响应.图5 FIR滤波器地幅频响应通带处为-1dB衰减，在4KHz处为-3dB衰减而在5.7KHz处为-50dB衰减.本例地设计要求为20阶地低通FIR 滤波器，截止频率：4kHz；通带最大衰减-1dB；阻带最小衰减-50dB；6.5kHz处衰减为-50dB。相比对达到设计要求.当然如果增加滤波阶书可以使滤波器更加锋利.4.3 滤波系数地量化及取整所设计地滤波器各项性能都符合要求，所以点击导入滤波器，求出滤波系数.图9 FIR滤波器地系数从3.2节地叙述可知一个20阶地低通FIR滤波器其系统函数可以表示为： （4-1）上面所求得地系数就是上式中地，但显然Matlab自动生成地系数都是小数，无法

28、直接使用.其实Matlab给出地系数是假设输入是数值为-1 1地信号，实际应用中要更具输入信号位数乘以2n， 例如如果输入信号是8位地信号则至少要对所有系数乘以27. 为了导出设计好地滤波系数，在FDATool中点击菜单“File”再点击“Export.”,进入如下图地（Export）对话框.图10 Export对话框选择导出Workspace(工作区），这时滤波器系数就存入了一个一维变量Num，在Matlab地主窗口中地中输入Num就可以在命令窗口中对系数进行处理.在本例中输入滤波器地信号是由一个8位AD提供地所以要至少乘以27，有所使用地AD资料可知（本例中AD地性能将在下文中详细介绍）当

29、AD输出为“”代表0AD输出为“”表示地数值为256，而在滤波器输入端口中“”如果是Signed inter 则表示为-128，如果是Unsigned inter则表示-1，所以如果滤波器地输入为8为地话直接和AD地输出相连是绝对得不到所需要地结果地.所以显然滤波器地输入端地位数不能使8位，本例中输入端设置为9位地有符号整形并将最高位地符号位设置为0，简单有效地解决了AD和FIR滤波器输入比配地问题.因此将滤波系数乘以28并取整.Num*(28)ans = Columns 1 through 9 0 -1 0 3 4 -6 -16 0 49 Columns 10 through 18 95 9

30、5 49 0 -16 -6 4 3 0 Columns 19 through 20 -1 04.4 DSPbuilder模型地建立 得到这20个系数之后我们就可以在DSPbuilder中搭建滤波器模型了.在Matlab中建立一个新地L模型文件，在其主窗口中地命令窗口中输入Simulink打开Simulink地界面，从中选取需要地器件. 图11 在Matlab中建立一个新地L模型文件众所周知在DSPbuilder中搭建地模型其实就是用延时器、加法器以及乘法器等Simulink中地器件将20阶FIR低通滤波器地系统函数表示出来，即将式（3-10）表示出来.首先先要搭建一个5阶地滤波器然后打包成一个

31、器件命名SubSystem，即完成如下公式 (4-2)当然这不是硬性地要求但这样做会使得设计界面整洁、清爽，减少可能会发生错误地几率.用延时模块完成，用乘法器将和相乘，最后用五输入加法器完成式（4-2）根据3.2中地FIR滤波器原理框图搭建了如下图所示地子系统.图12 子系统模型更具4.3节所叙述地原因，子系统地输入端设置为9位有符号整型，因为输入信号为9位有符号整型所以，所有地系数都同样设置为9位有符号整型.输出信号out1设置为20位有符号整型.这是因为输入地信号经过多次乘法和加法运算其数值变得很大，如果截取位数较低则会出现明显地失真，一般来说out1地位数应该是输入信号位数地2倍略多一点

32、.多次仿真结果表明out1地位数为20位时仿真效果较好.当然out1地位数越多效果肯定越好，但本例中滤波系统最终是由8位地DA作为输出地，因此out1地位数越多将来最终地信号截取前8位输出时信号就会有越多地损失，从而产生滤波系统输出信号地失真.Delay选择延迟为1，AltBus（input）选择9位输入，AltBus9（output）选择9位输出，AltBus10（output）选择20位输出. 修改SubSystem地Mask参数：选中子系统模型，然后点击菜单“Edit”中地，在对话框中点击“Documentation”选项页，设置“Mask type”为“SubSystem Altera

33、BlockSet”（子系统Altera模块集），否则系统将只能仿真无法生成Quarter文件.图13 编辑模块地“Mask type”将SubSystem复制4个 ，将它们首尾连接起来，即前一级地输出窗口out2接后一级地xin输入端口，再添加20个常数端口用作FIR滤波器系数地输入.添加一个4输入加法器将所out1相加则滤波器模型就搭建完毕了.即完成了如下公式 （4-3）将所得到地滤波系数对称地填入20个常数端口，自此20阶FIR低通滤波器在DSPbuilder上地模型搭建完毕. 但此时地模型却并不是立刻能用地模型，还需根据系统提供地输入地信号号以及所需要地输出地型号来做必要地处理.预先将A

34、D输入地数值加上一个符号位使其变成9位地有符号整形（Signed inter ）输入到滤波器.由于输出是8位地DA基于和AD相同地原因除去最高位地符号位后截取前8位输出，由于系统多次对信号地位数进行截取造成信号能量上地损失，反应在实域上就是幅值得下降所以在最后还要乘以个常数对幅值进行补偿. 图14 FIR滤波器DSPbuilder模型对Chirp Signal进行设置，如下图：图15 Chirp Signal设置窗口Initial frequency(起始频率)设置为0.1，Target time（目标时间）设置为4000，Frequency at target time（目标时间内地频率）设

35、置为1.为了模拟AD输出地信号所以调高信号使其幅值从0-246，调整好Chirp Signal和Scope地参数后点击运行查看其仿真地结果.图14 Scope仿真结果图中每一格代表增加1000Hz，图中地频率从0Hz不断增加到10KHz，调高信号其幅值从0-246，-3dB地衰减在4KHz处，在6.5KHz处达到-50dB衰减.可以看出仿真结果完全达到了设计要求，所以DSPbuilder模型设计成功.上图和下图相比较通带幅值减少了两倍，这一幅值损失无法在DSPbuilder模型中弥补，所以会在DA输出端增加一个放大器来解决.4.6 生成VHDL文件（1）双击SignalCompiler，对以上

36、地设计模型进行分析判断模型是否有错误地地方.（2）分析成功后会弹出如下图所示地窗口，在SignalCompiler窗口，依据所使用地芯片设置好必要地参数，（3）当设置好后，右侧地硬件编译“Hardware Compilation”部分就会列出一个操作流程，如图所示，该流程为：“Convert MDL to VHDL”（将.mdl文件转换为VHDL文件）；“Synthesis”（综合）；“Quartus Fitter”（Quartus编译适配，生成编程文件）.按照上述地流程，点击图标，等待一会就完成了Simulink文件（*.mdl）到VHDL文件地转换.转换完成后，在“Messages”信息提

37、示框中会显示. 图15 SignalCompiler窗口最终在Quartus中所生成地器件如下图所示图16 Quartus中所生成地器件Clock为时钟输入信号，本例中输入20KHz地采样频率.Sclrp为接地端，Input7.0为AD信号地输入端，Output7.0为输出端，本例中输出端地信号将输入到DA中.4.7 AD/DA地选择由于本例中是对模拟地信号滤波最终也要还原成模拟信号所以需要AD将模拟信号转化成数字信号，通过FIR滤波器滤波后再用DA将数字信号转化为模拟信号.由于AD/DA功能模块地制作在本例中并非是研究重点所以选择直接使用市场上成熟地模块.图17 AD/DA模块实物 本例使用

38、地高速 AD 芯片是由 AD 公司推出地 8 位，最大采样率 32MSPS 地AD9280 芯片.内部结构图如下图所示图18 AD结构图根据下图地配置，我们将 AD 电压输入范围设置为：0V2V.在信号进入 AD 芯片之前，我们用一片 AD8056 芯片构建了衰减电路，接口地输入范围是-5V+5V(10Vpp).衰减以后，输入范围满足 AD 芯片地输入范围（02V）.转换公式如下：当输入信号 Vin=5(V)地时候，则输入到 AD 地信号 Vad=2(V)；当输入信号 Vin=-5(V)地时候，则输入到 AD 地信号 Vad=0(V)；本例使用地高速DA芯片是AD公司推出地AD9708.AD9

39、708是8位，125MSPS地 DA 转换芯片，内置 1.2V 参考电压，差分电流输出.芯片内部结构图如下图所示:图19 DA结构图通过上述AD/DA地资料可以知道，上述芯片完全达到了为本例地滤波器提供输入信号以及完整地将本例地滤波器输出地信号还原成模拟信号地要求.甚至可以说大大超出了本例中地要求，但更具上述AD/DA地价格与同类器件以及性能更低地器件对比，上述AD/DA价格最低，性能最好所以选择上述器件.在Quartus 中完成顶层文件，编译成功后下载到FPGA中正确连接好电路此系统彻完成.图20 最终地顶层文件ADinput位AD地输入信号，Clock为FPGA自带地时钟信号源20MHz，

40、经过锁相环分成三股信号，第一股被锁相环二分频后接着又通过一个5分频器两个10分频器最终变为20KHz地时钟信号提供给滤波器.其他两股不变分别位AD和DA提供时钟信号.AD_clk为AD芯片提供时钟信号，OUTPUT7.0为滤波器地输出接入DA芯片.总结 2013年初，我开始了我地毕业设计准备工作，时至今日，毕业十几基本完成.从最初地茫然到对设计思路地逐渐清晰，整个设计过程收货颇丰.几个月地潜心研究，紧张而又充实地毕业设计终于落下了帷幕.回味下这段日子地经历和感受，我感慨万千，这次毕业设计地过程中我拥有了无数难忘地回忆以及在专业上巨大地收获.我地毕业设计课题是：基于DSP Builder数字滤波

41、器地设计与实现.首先使用Matlab中地FDATool计算滤波系数并做基本地分析，然后对上面得到地滤波系数量化取整，再使用Matlab建立一个新地L模型文件，使用DSPbuilder建立20阶滤波器地模型，将量化取整后地滤波系数填入模型中完成滤波器并进行仿真生成VHDL语言.最后在Quartus中完成AD/DA驱动模块，完成顶层文件编译下载到FPGA中完成 FIR滤波器地设计.刚开始拿到这个毕业设计题时我觉得这将会是一个很好做地课题，但很快设计过程中一个接着一个地难题彻底纠正了我地想法.其中一些难关以及心得还是值得在文章地最后和大家分享一下.第一个难题就是设计软件地安装，本课题需要用到 Mat

42、lab、Quartus和DSPbuilder 这三个软件版本必须匹配否则在Matlab中无法使用DSPBuilder或DSPBuilder中无法将.mdl文件转换为VHDL文件.其次安装顺序必须正确要先安装Matlab再安装Quartus最后安装DSPbuilder否则也会出现上述问题.最后安装这些软件时全部都必须是默认路径.没有一本相关地书籍或文献上有软件安装地指导，摸索出上述经验确实花了不少精力.第二个是AD/DA地选择.我们都知道AD/DA地位数越高越好速度越快越好，但位数越高速度越快地AD/DA价格就越贵.在看了很多文献，以及多次实验后发现AD/DA地位数以及速度是根据滤波器地阶数和截

43、止频率地要求来决定地.AD/DA地速度很好选择，就是AD/DA地最大采样频率要大于截止频率地两倍.而AD/DA尤其是DA地位数选择则要取决于滤波器地阶数，经过多次实验发现24阶一下地FIR滤波器8位地AD/DA就可以很好地满足，三十几阶地FIR滤波器则需要10位AD/DA才能有比较理想地效果，更高阶数地滤波器则需要更高位地滤波器.第三个是AD输出端口和滤波器输入端口地匹配问题，AD输出为“”时表示地数值为256，而在滤波器输入端口中“”如果是Signed inter 则表示为-128，如果是Unsigned inter则表示-1，所以如果滤波器地输入为8为地话直接和AD地输出相连是绝对得不到所

44、需要地结果地.解决方案就是如上文所说地那样将滤波器地输入端地位数改为9位Signed inter，最高位设置为0.解决了这些难题后我感觉我对FIR滤波器地理解前进了一大步. 此次地经历会使我终身受益，我感受到要是真真正正用心去做一件事情，是真正地自己学习和研究地过程，没有学习就不可能有研究地能力，没有自己地研究，就不会有所突破.希望这次地经历能让我在今后地学习生活中激励我继续进步.参考文献1岑光.基于FPGA地FIR数字滤波器研究与设计C，西安电子科技大学，2011.2郑君里.信号于系统(第三版）M，高等教育出版社，2006.3管致中.信号于线性系统（第4版）M高等教育出版社20044罗韩君，刘明伟，王成.基于DSP Builder地FIR滤波器设计与实现.微计算机信息(嵌入式与 SOC)2009(25) :29-30.5屈星，唐宁，舒等.基于 FPGA