基于諧波檢測中的數字低通濾波器的MATLAB設計

　　打開Simulink新建一個文件untitledl如圖2，在FDATool界面中點擊Realize Model，將設計好的濾波器模型導入Simulink中，然后添加三個頻率分別為50Hz、250Hz、350Hz的正弦波，利用Scope見察通過數字低通濾波器Filter的濾波效果。

　　Scopel顯示的是50Hz正弦波，Scope2顯示的是50Hz疊加上250Hz、350Hz正弦波后的波形，Scope顯示的是通過我們設計的低通濾波器后的波形，對比圖3(a)、(b)可以看出，濾波后的波形保留了50Hz的信號，且略有延遲，并將高頻部分有效地濾除，說明設計的濾波器符合要求。

　　3 數字低通濾波器FPGA實現

　　數字濾波器的實現方法一般有以下幾種：

　　(1)采用加法器、乘法器、延時器設計專用的濾波電路。

　　(2)在通用計算機系統中加上專用的加速處理機設計實現。

　　(3)用通用的可編程實現。

　　(4)用專用的DSP芯片實現。在一些特殊的場合，要求的信號處理速度極高，用通用DSP芯片很難實現。這種芯片將相應的濾波算法在芯片內部用硬件實現，無需進行編程。

　　(5)采用FPGA／CPLD設計實現。

　　在上述幾種方法中，第(2)種方法的缺點是速度較慢，一般可用于DSP算法的模擬。第(1)、(4)種方法專用性強，應用受到很大的限制。第(3)、(5)種方法都可以通過編程來實現各種數字濾波，使用DSP器件實現雖然簡單，但由于程序順序執行，執行速度必然不快。FPGA有著規整的內部邏輯陣列和豐富的連線資源，特別適合于數字信號處理任務，相對于串行運算為主導的通用DSP芯片來說，其并行性和可擴展性更好。但長期以來，FPGA一直被用于系統邏輯或時序控制上，很少有信號處理方面的應用，其原因主要是因為在FPGA中缺乏實現乘法運算的有效結構。現在這個問題得到了解決，使FPGA在數字信號處理方面有了長足的發展。

　　文獻中是在MATLAB中設計出數字低通濾波器后，得到其系統函數H(z)的系數，然后將系數轉換為二進制，再利用VHDL語言進行編程，而編程的過程非常繁瑣。

　　本文利用FDATool可以直接得到VHDL文件，在其菜單欄中的選擇Fargets＼Generate HDL，在打開的界面中選擇VHDL file，建立文件名為filter．vhd，同時可以得到測試文件filter tb．vhd。利用QuartusII軟件打開以上文件進行編譯、綜合，最后將其下載到FPGA中即可實現低通濾波器的功能。

　　4 結束語

　　本文利用Matlab中的FDATool實現了IIR數字低通濾波器的設計及仿真，設計過程簡單、直接，大大縮減了設計開發的時間。采用FPGA進行濾波器的硬件設計，能夠達到諧波檢測實時性和準確性的要求，為電力有源濾波器諧波檢測中低通濾波器的設計提供了參考。同時在實際應用中，可以方便地對濾波器參數進行修改，很容易實現其他各種濾波器的設計，具有一定的工程設計參考價值