matlab与FPGA数字滤波器设计、无线通信、FPGA数字信号处理系列（3）—— Matlab 与 Vivado 联合仿真 FIR 滤波器，fdatool工具箱

本讲使用 matlab 产生待滤波信号，并编写 testbench 进行仿真分析，在 Vivado 中调用 FIR 滤波器的 IP 核进行滤波测试，下一讲使用 两个 DDS 产生待滤波的信号，第五讲、第六讲开始编写verilog代码设计FIR滤波器，不再调用IP核。

MATLAB 与 FPGA无线通信、图像处理、数字信号处理系列 汇总

本例使用上一讲的FIR滤波器IP核工程。

1.新建仿真文件

（1）Simulation Sources -> sim_1 ->右键 Add Sources；
（2）Add or Create Simulation Sources，新建仿真文件 fir_ip_tb；

2.编写testbench

（1）例化加入的 IP 核，其中：
@ 输入时钟引脚为 clk，设置为 32MHz（此处暂时还未设定频率，后面会在 testbench 的 initial 块里给出）；
@ 输入数据引脚为 data_in，位宽 16-bit，表示待滤波数据；
@ 输出数据引脚为 data_out，位宽 40-bit，表示滤波后的数据；
@ 输出数据有效信号引脚 data_out_valid，位宽 1-bit，输出状态，为高电平时表示输出的 data_out 有效；
@ 输入数据准备好信号引脚 data_in_ready，位宽 1-bit，输出状态，为高电平时表示准备好接收输入数据；
@ 输入有效信号 S_AXIS_DATA_0_tvalid，为 1 时表示输入信号有效，为 0 时即使有输入信号 data_in 到 fir 的 ip 核 ，ip 核也不做处理，此处直接让其恒为 1，输入数据恒有效；
@ 总结，需要给ip核输入的数据目前只有两个，一个是时钟，一个是待滤波数据；

（2）产生32MHz时钟信号；
初始 initial 时设置时钟信号 clk 为低电平0，always 表示一直执行，#16表示每隔 16 ns（单位是在仿真文件开头自动有定义 ns）时钟取反一次，即每隔 16ns 时钟 0/1 间隔变化，相当于 32ns 一个时钟周期，约等于32 MHz；

3.产生待滤波数据data_in

（1）编写 matlab 程序，产生两个信号 0.5 MHz 和 5 MHz，采样频率32 MHz，采样 5 个周期，进行 16-bit 量化，并把量化后的数据写到 .txt 文件中；

可以看到，在 0.5 MHz 和 5 MHz处有两个峰，表示抽样后的两个信号，经过滤波器之后，5 MHz 信号被滤除，只剩下 0.5 MHz 信号，蓝色框内可以看到，在 3 MHz 以后滤波器的响应已经低于 -80 dB，相当于滤波后的幅度是滤波前的1/10000，滤波效果很好。

使用 32 MHz 的采样时钟采样 0.5 MHz 待滤波信号（相当于 0.5 MHz 信号叠加了5 MHz噪声），每个周期采样64个点，在 testbench 中读取一个周期的 64 个点，重复 30 个周期得到 30 个周期的输入待滤波信号给 FIR 滤波器；

4.仿真结果分析

点击 1 处开始仿真，一般默认只会仿真 1 us，这时候只看到了初始化的一部分，是看不到后续结果的，点击 2 处进行仿真，会将所有的仿真步骤完成，执行到上图中第64行的 $stop 语句停止仿真；

5.仿真结果分析

（1）data_out_valid：初始为 0，在 1.872 ns跳变为 1，输出数据开始有效，在为 0 的那段时间输出数据 data_out 无效，这段时间内是 FIR 的 IP 核进行一些内部的配置和初始化；

（2）更改数据表示模式
对 data_in，右键设置其数据格式 Radix 为有符号的十进制数（Signed Decimal），设置其波形为模拟波形（Analog）;
对 data_out同样设置；
对 Pattern 设置 无符号十进制，不需要设置波形。

（3）点击放大缩小可以查看整个仿真的效果
通过下面几图，可以看到仿真效果很好，5 MHz 高频噪声滤除干净，肉眼观察不出来杂波噪声。



（4）Matlab数据分析
肉眼观察时域的仿真图无法得知高频噪声具体被滤掉了多少，是否还混有噪声，此时需要将滤波后的数据按照类似前文读取仿真数据的方式，将仿真得到的滤波后的数据写入 .txt 文件，再通过 matlab 读取 FPGA 滤波后的数据进行FFT 频谱分析，通过频域的波形来观察滤波效果，通过 matlab 仿真，可以看到高频信号的确被滤除。


下一讲 使用两个 DDS 产生待滤波的信号，结合FIR滤波器搭建一个信号产生及滤波的系统，并编写 testbench进行仿真分析。

matlab与FPGA无线通信（1）——通过matlab的fdatool工具箱设计FIR滤波器

matlab与FPGA无线通信（2）——Vivado调用IP核设计FIR滤波器

matlab与FPGA无线通信（4）—— Vivado DDS 与 FIR IP核设计 FIR 滤波器系统

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