基于FPGA的FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方案

　　3.2 從模型文件到Verilog代碼的RTL級(jí)轉(zhuǎn)換和編譯適配

　　利用Signal Compiler模塊將電路模型文件即Simu-link 模塊文件(。mdl)轉(zhuǎn)換成RTL 級(jí)的Verilog 代碼表述和Tcl(工具命令語言)腳本。這種轉(zhuǎn)換是用來對數(shù)字濾波器Simulink模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分析的[5]。獲得轉(zhuǎn)換好的VHDL描述后就可以調(diào)用 Verilog綜合器，這里我們選用Quartus Ⅱ，用來生成底層網(wǎng)表文件，同時(shí)也就可以得到其網(wǎng)表文件對應(yīng)的RTL電路圖。如圖9所示。

　　3.3 數(shù)字濾波器的ModelSim功能仿真

　　ModelSim軟件可支持VHDL和Verilog混合仿真，無論是FPGA設(shè)計(jì)的RTL級(jí)和門級(jí)電路仿真，還是系統(tǒng)的功能仿真都可以用ModelSim來實(shí)現(xiàn)[4-5]。由Signal Com-piler生成的Verilog硬件描述語言模塊，在ModelSim中可以直接對Verilog代碼進(jìn)行仿真，檢測源代碼是否符合功能要求。圖 10所示的16階FIR數(shù)字濾波器的功能仿真結(jié)果圖。與圖8的Simulink仿真結(jié)果圖的波形一致，表明經(jīng)過轉(zhuǎn)換的Verilog源代碼可以實(shí)現(xiàn)正常的濾波功能。

　　3.4 FIR數(shù)字濾波器的FPGA硬件實(shí)現(xiàn)

　　FIR數(shù)字濾波器一般是嵌入在采集器的采集板卡中進(jìn)行工作的，把由數(shù)字濾波器的Verilog源代碼生成的模塊嵌入到采集板卡的FPGA邏輯中，如圖11所示。

　　在Quartus Ⅱ環(huán)境下，數(shù)字濾波器的內(nèi)部邏輯經(jīng)過編譯適配之后，以。sof文件的形式直接加載到FPGA中。

　　4 FIR 數(shù)字濾波器的FPGA 實(shí)時(shí)測試

　　進(jìn)行實(shí)時(shí)測試的電路是應(yīng)用FPGA和USB的數(shù)據(jù)采集電路，如圖12所示。

　　測試時(shí)把信號(hào)發(fā)生器設(shè)置好的輸入信號(hào)輸入到A/D，采樣得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過FPGA，再通過USB與PC機(jī)相連，應(yīng)用QuartusⅡ中的SignalTapⅡ工具進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，結(jié)果如圖13所示，其中，上面的波形為輸入波形，頻率為200 Hz，下面的波形為輸出波形，由于200 Hz在低通的帶通內(nèi)，所以兩者的波形相差不大。當(dāng)輸入波形為頻率533 Hz時(shí)，由于是在截頻點(diǎn)，其輸出波形的幅值約為輸入波形幅值的71%，如圖13和14所示。

　　5 結(jié)束

　　FIR數(shù)字濾波器在數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域有著廣泛的使用，本文通過仿真和實(shí)時(shí)驗(yàn)證兩種方式實(shí)現(xiàn)了一種基于FPGA和DSP Builder的FIR數(shù)字濾波器。先根據(jù)FIR濾波器的基本原理和結(jié)構(gòu)框圖搭建了濾波器的模型，再根據(jù)濾波器的性能指標(biāo)通過FDATool工具對其進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過系統(tǒng)級(jí)仿真和ModelSim功能仿真進(jìn)行了簡要的可行性分析，最后通過QuartusⅡ軟件對FIR數(shù)字濾波器進(jìn)行實(shí)時(shí)驗(yàn)證，表明本方案所設(shè)計(jì)的FIR 濾波器功能正確，性能良好。