利用Matlab设计滤波器（FDAT)

转自：http://blog.csdn.net/jbb0523/article/details/6782800

 

在matlab中有一个滤波器设计和分析工具FDAT,可以通过此工具来对滤波器进行设计。

matlab中一些简单的命令：round(x)把x舍入到最近的整数（四舍五入）

                                        abs(x)计算x的绝对值

                                        sqrt(x)计算x的平方值

                                        fix(x)把x沿0的方向舍入到最近的整数值

                                        floor(x)把x舍入到比x小的最近的整数

                                        ceil(x)把x舍入为比x大的最近的整数

要设计滤波器，首先要做的就是要知道各个系数。其实系数我们是可以通过matlab的FDAT工具来进行计算的。步骤如下：

（1）先打开matlab,然后点击左下脚的start按钮，选择Toolboxes——>Filter Design ——>Filter Design &Analysis Tool,即可启动FDATool。也可在matlab中执行fdatool来启动FDATool。FDATool启动后如下图所示的窗口。

 

（2）按照要求自己设计滤波器。启动FDATool后的界面就是滤波器的设计界面，如上图所示，要从其它的界面进入滤波器的设计界面可以倒垃圾FDATool窗口坐下侧的一列工具按钮中的最下一个图标filter design ,即可进入设计界面。在该界面中要进行滤波器的设计。首先要选择滤波器的类型，滤波器的类型有高通、低通、带通和带阻，以及其它的好几种。选择好类型之后就要选择设计方法，设计方法从大类上有两种，一种是FIR,另一种是IIR。每一大类中又有很多种不同的方法。针对不同的设计方法，后面有不同的选项。然后就是滤波器的阶数（filter order)，如果是11阶的滤波器则输入10就可以了。设置完这些就需要设置滤波器的频率特性和幅度特性了。其中Fs是采样频率，Fp是通带截止频率，Fs是阻带截止频率。后面的Apass是指通带内允许的最大衰减，Astop是指阻带内允许的最小衰减。设置完这些参数之后，按Design Filter就可以按要求设计出该滤波器了。

在本次举例中设置如下图：

（3）滤波器设计和性能分析

设计完成后需要对滤波器进行性能分析，检查是不是符合要求。性能分析可通过单击Analysis菜单，下面有很多子菜单来进行。

1、Magnitude Response(幅频响应）图略

2、Phase Response(相频响应）

3、相幅联合分析

4、冲击响应（Analysis——>Impulse  Response后可得到如下的图形）

 

5、滤波器的系数（这个是很重要的，也是我们想要的）

Analysis——>Filter Coefficients之后会看到系数的。（图略）

还有其他的分析，都省略了吧！

（4）设置量化参数

matlab在计算系数时只是追求高精度而没有考虑有限字长。我们在fpga中实现时字长是有限的，所以要对系数首先进行量化。点击左下脚的Set Quantization parameter就可以设置量化参数了。

 默认时Turn quantization on是没有选中的，只有选中之后才可以设置后面的各个项。选中Convert coefficients to 就可以设置系数的格式了。因为我们要在fpga要实现，所以在此次选择定点数（fixed),如果选择定点数则就需要选择舍入模式，其中有round、fix、floor、ceil等各个的意义见开头提到的几个函数。也可在matlab中用help来查看各个命令的作用哦！（看看matlab是不是很人性啊！）后面是选择溢出模式和定点数的数据格式的。Format中有两个数字，前面一个呢是字的总长度，后面一个呢是小数的长度。如果你对某些选项还不太明白，那就找到这个选项对应的命令，然后help一下就可以了。

设置完成后在Filter Coefficient窗口最下面还可以看到对应的命令呢！这是不是很令人兴奋啊！如下图：

量化之后，依然可以用前面说过的几种分析方法来对比量化前后的不同。

（5）导出系数

点击File——>export，出现如下对话框。可以将系数导出到workspace空间中，以变量Num的形式存在。

但是变量Num都是小于1的数，所以还是不能用fpga来进行处理，所以要把它进行扩大。那到底要扩大多少倍呢，通过看资料我的理解就是在fpga处理中你的系数是几位数就可以扩大多少倍。比如你的系数准备是9位数，那么你可以给Num乘以2的9次方。

 

又查了一些资料才发现，系数的量化实际可以直接通过下面的命令来实现：

coeff=round(Num*2^9),（或者也可以coeff=round(Num/max(abs(Num))*32767))这样得到的系数也是可以用的。如果要检查你得到的系数是否可用，可以通过在matlab输入这条指令：freqz(coeff,1,512)。输入这个指令以后会出现下图：

通过观察这个图就可以知道这个系数是不是正确了。

 

得到系数之后在fpga中如何实现呢，这篇写的太长了，下篇继续吧