基于FPGA的数字FIR滤波器的设计与仿真

【摘要】数字信号的处理技术最为重要的组成部分就是数字滤波器，现阶段，数字滤波器普遍运用在整形、信号分离以及恢复等地方，FIR滤波器由于其有着严格的线型相位特征而运用非常普遍，本文利用系统研究数字，借助系统探讨数字滤波器其基本理论和基于现场可编程门阵列（即FPGA）的实现方法，并给出了通过MATLAB的仿真软件设计出能够符合规范的数字滤波器且对其实施仿真验证。

【关键词】FPGAFIR数字滤波器分析研究

实现数字化为控制系统非常重要的发展方向，现阶段，数字信号处理早已广泛应用在通信、图像、雷达航空航天以及军事、自动控制、语音等等领域。

一、FIR滤波器的设计和实现

1.1FIR滤波器系数的提取

所谓的线型相位FIR滤波器一般使用窗函数的方法来设计，此处使用MATLAB的窗函数实施设计。其窗函数设计最基本的思路为应该选取某一个合适的符合要求的频率选择性滤波，之后把它的脉冲响应阶段以此获取一个线型相位与因果的滤波器[1]。依照所给定的滤波器的技术指标，研究选用凯泽窗设计，它的幅频特性与相频特性。

1.2FPGA（即现场可编程门阵列）实现FIR滤波器

现场可编程门阵列使用FLEX系列之后的器件，而EDA根据则采用Quartus。采用FIR滤波器来描述程编，以此实现好FIR滤波器中的顶层原理图，下图1所示。

1.实验电路。在完成了FIR滤波器的程序设计之后，可以把程序编译时所生产的配置文件将其下载至选用器件中，而配置之后的器件就能够执行FIR滤波器中的功能。为了有效检验设计中的FIR滤波器其实际的滤波效果，本文设计了一个实验性电流，且借助测试仪器，将其组成了一个专门的测试系统。此测试系统所包括的内容有示波器、交流信号发生器以及实验电路，而实验电路又包含A/D型转换电路、D/A转换电路以及FIR数字类滤波电路，这是整个的测试系统所必不可少的部分。

2.转换电路。（1）D/A转换电路。所谓的D/A转换电路能够把数字输入信号用过该转换器转换成模拟信号，它的电量。此电路的模拟信号是电压信号，且有着十二位数据输入端，在此电路中，其MX7245已被配置为双极工作模式，它的模拟电压信号其输出范围在正负5伏，在相对时序的控制下，此转换器能把输入端所得到的数字信号转换为模拟信号输出。于模拟信号中的输出端把由电阻与电容所构成的低通滤波器连接起来，有着平滑滤波的效果。（2）FIR数字滤波电路，此电路包含有源晶体振荡器、案件开关以及十针插座、可编程逻辑器件。在配置好的滤波器设计之后，借助器件中的剩下来的资源，也就是FPGA控制其A/D转换器与D/A转换器其功能。所以，RD、WR、DACS以及LDAC、ADCS此类引脚就是为了控制A/D转换器的电路与D/A转换器中电路的输出引脚[3]。这其中引脚ADCS与RD分别和A/D转换器中的引脚CS与RD相连接，另外，引脚DACS、WR以及LDAC则分别和D/A转换电路中的引脚CS、WR以及LDAC相连接。（3）滤波效果测试。把设计好的低通滤波器中的配置文件下载至器件中实施实际滤波测试，使用示波器来观察所有频率点上所输出信号中的幅值大小。根据滤波测试的最终结果能够发现，此FIR滤波器的电路完全能够达到其低通滤波器5赫兹的采样频率，1.5赫兹的截止频率和十六阶的相关技术指标参数。

二、结束语

本文研究了于FPGA中使用分布式的算法实现了FIR滤波器的方法与原理，设计了滤波器且记住相关器件与软件对设计方案实施仿真验证，其测试结果显示完全能够满足系统的设计要求。

参考文献

[1]乐红兵，李雄文，熊元新，黎文安.一类逻辑器件实现FIR数字滤波器电路模型[J].武汉大学学报（工学版）. 2009（03）

[2] K.K.Parhi.VLSI Digital Signal Processing Systems：Design and Implementation. 2010.