Multi_phase_filter

来源：互联网发布：中国铁矿石进口数据编辑：程序博客网时间：2024/06/02 17:21

通过将近一周的时间，初步掌握了利用FPGA完成一个简单项目的开发流程，具体包括算法的设计，程序的编写，程序的仿真，结果对比。

目标是利用FPGA生成一个多向滤波器，实现降采样的过程。首先利用MATLAB生成ISE FIR compiler 所需的滤波器的参数。下面是代码。这段代码是根据《利用赛灵思FGPA 实现降采样FIR 滤波器》这篇文章参考而写。然后通过MATLAB生成的.COE的文件以后就可以利用ISE IP核来生成所需的滤波器，方法也是参考上篇文章。

clc;close all;clear;%% 设计一个2倍抽取的降采样滤波器Fs_in=400e6;%原始信号采样率400mFs_out=200e6;%降采样之后成为200m采样率M=Fs_in/Fs_out%抽取倍数%低通FIR滤波器设计Fp = 0.4*Fs_out%通带截至频率Fst = 0.5*Fs_out%阻带截至频率Ap = 0.1;%通带衰减幅度（dB）Ast = 100;%阻带衰减频率（dB）%调用FDA toolj进行滤波器设计h1=fdesign.decimator(M,'Lowpass','Fp,Fst,Ap,Ast',Fp,Fst,Ap,Ast,Fs_in);Href = design(h1);info(Href)%显示滤波器信息fvtool(Href);title('Lowpass single stage filter');legend('Lowpass single stage filter');axis([0 200 -120 5])%生成COE文件ref_filter = Href.Numerator;% gen_coe_rad10(Href.Numerator,'Low_pass_down_2.coe');%% 设计多相滤波器ph1=ref_filter(1:M:end);ph2=ref_filter(2:M:end);%生成COE文件gen_coe_rad10(ph1,'Low_pass_down_first.coe');gen_coe_rad10(ph2,'Low_pass_down_second.coe');

配置好IP CORE以后就是调用问题，参考的《基于IPCore的FIR数字滤波器的FPGA实现_许金生》来调用信号。具体内容如下：

各管脚功能如下：
DIN(15:0)：数据输入管脚，在 ND 有效（高电平）时，滤波器从 DIN端口读入数据。
CLK：时钟信号输入管脚。
ND：输入数据有效信号输入管脚，高电平有效。
RST：复位信号输入管脚，高电平有效。
DOUT(32:0)：数据输出管脚，在 RDY 信号有效时，输出滤波后的数值。文中设计的 FIR 滤波器的各抽头系数在（- 1， 1）区间，且和为 1，量化时，采用 Q15 （15 位小数位）的方式，去除低位小数位和高位多余的符号位，将 DOUT(32:0)中的(30:15)作为有效数据输出信号。
RDY：输出数据有效信号输出管脚，高电平表示 DOUT端口输出数据有效。
RFD: 新数据输入允许信号输出管脚，高电平表示可以输入新数据, 当且仅当 RESET信号为高时， RFD才为低电平。

在完成滤波器的设计以后需要进行ISE和MATLAB的联合仿真，需要的操作是:

1.ISE读取相关数据从txt中（注意：路径中“/“的使用）

reg [15:0] sin_input[0:2047];initial begin// 读出MATLAB产生的波形数据信号        $readmemh("E:/matlab_wave_data.txt", sin_input); //将 matlab_wave_data.txt中的数据读入x_in        end

2.ISE写出相关数据到txt中

integer write_out_file;//定义一个文件指针initial write_out_file = $fopen("E:/PROGECT/FIR/LPF_DESIGN/write_out_file.txt");       always @ (posedge rdy1) begin        if(data_out1 != 1'b0) begin            $fdisplay(write_out_file,"%h", data_out1);// 33bit数            if(j == 11'd2048)begin    //共写入2048个数据            $stop;            end        end    end

3.MATLAB写入数据到txt中（在此过程中需要把数据转换成补码进行计算）

 fid = fopen('E:\PROGECT\FIR\LPF_DESIGN\matlab_wave_data.txt', 'wt'); fprintf(fid, '%x\n', x); % 在写文件时量化为16bit的定点实数 fclose(fid);

 for k=1:1:2048   % 转化为补码总共的次数         if(x(k)>=0)             x(k)=x(k);         else             x(k)=65536+x(k);  %需要加上2的16次方,因为数据是16bit         end end

4.MATLAB读取数据从txt中

fid = fopen('E:\matlab_wave_data.txt','r');for i = 1 : 2048;%一共有2048个数据num(i) = fscanf(fid, '%x', 1);%从fid所指的文件中，以16进制的方式读出一个数据endfclose(fid);

然后剩余ISE中的程序我是从《MATLAB设计FPGA实现联合ISE和Modelsim仿真的FIR滤波器设计》中参考而写成的。

在我写代码的这段时时间，师兄进行了好几次耐心的指导：

FPGA(ISE+MODELSIM)：
1.定点数和浮点数、round（四舍五入去整）
2.波形与matlab对比：频域和时域、modelsim不好画图的话需要生成波形数据然后导入到matlab中通过仿真对比

MATLAB:
1.生成的图形怎么看、频点
2.生成数据需要转化、转成补码、
3.参考滤波器（信号没有经过分离直接滤波）和多向滤波器（信号经过处理以后滤波）是做对比作用，图形一致说明设计的多向滤波器的方法正确
4.仿真文件和源文件的变量在modelsim下看是不相同的。
5.输入数据和输出数据产生的时钟速率可以不相同的，可以多设置几个时钟来满足需求。

补充：
FPGA：
1.在给变量赋值的时候注意标明位宽和进制
2.在使用$readmemh来进行给memory赋值的时候：（1）应该使数据的类型和大小一致（2）文件的路径应当使用“/”来表示，否则会读不进去数据

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