MATLAB+VIVADO设计FIR滤波器

提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

 

文章目录

• 前言
• 一、滤波器系数的生成
• 二、FPGA的实现
  • 1.FIR滤波器IP核
  • 2.导入参数
• 总结

 

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前言

        数字信号处理中需要用到FIR滤波器进行一些滤波处理或加窗，XILINX 7系列的FPGA，在vivado下通常使用IP核生成可使用的滤波器，下面介绍配置方法。

一、滤波器系数的生成

首先在matlab的APP中找到filter designer或在命令行里输入： fdatool 

弹出界面如下：

其中Fs为采样率，滤波器有效频率范围为Fs/2, 下面的值不能超出这个范围，另外注意Specify order的值，这里是数字滤波器阶数，阶数越高其复杂度越高滤波器带内越平滑，具体取值取多少应在工程中取舍，在类型中选择需要的滤波器类型，依次为低通、高通、带通、带阻，这里设计一个带通滤波器。

选择带通后，在Frequency Specifications里，先确定采样率，这里选择50MSPS的采样率，设计一个中心频率为10MHz，带宽为5MHz的滤波器，设置通带阻带后点击Design Filter，通带与阻带设置如图：

Analysis工具栏中，可以看频响以外的其他特性，读者可以自己尝试。

此时，我们打开File-Expore,进入如下画面：

保持默认值点击Export。（注意，如果Workspace中已经存在Num变量请先备份删除，否则会报错）

滤波器参数会保存在工作区中的Num变量中

二、FPGA中的实现

1.FIR滤波器IP核

在IP Catalog中搜索FIR，找到FIR滤波器的IP核， 

打开后的界面如下：

这里有两种方法导入滤波器参数，在Select Source中，Vector对应手动输入滤波器参数，选择COE file即使用读取COE文件的方式初始化参数（文件内数值必须是整形）。

滤波器的其他参数根据工程中的使用需要读者自己完成定义，需要定义的主要是通道数、时钟、采样率以及滤波器类型等，采样率需要与matlab中设置的严格一致。

2.导入参数

导入参数时，无论浮点型还是整形，FPGA都只接收量化后的参数，不接受浮点型运算，因此需要先将matlab中的参数量化后加入IP核中。

导入参数如前文所述有两种方法，首先讨论直接导入数据：

在命令行中输入：

coeff = round(Num/max(abs(Num))*(2^15));
fid=fopen('e:/fir_num.txt','wt');
fprintf(fid,'%16.0f,',coeff);
fclose(fid);

打开文件可以看到量化后的数据，复制粘贴到Coefficient Vector中即可，需要注意最后一个数后的逗号要去掉。

左图中可以看到我们设计的滤波器。

 

另一种方法是使用COE文件，matlab是可以直接生成的，但是必须要整型量化数据，因此直接生成会报错。

上一种做法结束后生成了一个.txt文件，我们修改这个文件，在开头加上下面这段：

radix=10;
Coefficient_Width = 14;
coefdata=

然后将文末的逗号改成分号（虽然不改也无所谓的样子），再将尾缀改为.coe，在IP核中将其导入：

至此，就完成了FIR滤波器的IP设计，这种方式更适合于商业代码与IP的备份。

 

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总结

本文主要用于记录Matlab-VIVADO的FPGA FIR滤波器设计。