并行结构FIR滤波器设计

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1.FIR滤波器的原理与MATLAB设计   
    可以参考之前的串行FIR设计串行结构FIR滤波器设计

串行结构FIR滤波器设计
http://www.corecourse.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=28287
(出处: 芯路恒电子技术论坛)

2.并行FIR滤波器设计与仿真验证
（1）原理框图设计
    根据FIR直接型结构，滤波器是一个乘累加运算，乘累加的次数由滤波器的阶数决定。可以先设计出并行FIR的框图。

图1 并行FIR滤波器原理图

（2）程序设计

    FIR滤波器接口设计：

1. module Fir_filter(
   
2.         rst_n,
   
3.         clk,
   
4.         Signal_in,
   
5.         Signal_out
   
6. );
   
7.         input rst_n;
   
8.         input clk;                                                                //采样时钟
   
9.         input [11:0]Signal_in;                                //采样数据输入
   
10.         output [28:0]Signal_out;                        //滤波输出
    
11.                
    
12.         wire signed [11:0]Signed_in;                //输入数据转换成有符号数
    
13.         assign Signed_in = Signal_in;
    

复制代码

   将输入的数据缓存并对应相加：

1. /*----------------移位寄存器，用来存储采样数据----------------*/        
   
2.         reg signed [11:0]In_reg[15:0];
   
3.         reg [3:0]i,j;
   
4.         always@(posedge clk or negedge rst_n)
   
5.         if(!rst_n)begin
   
6.                 for(i=4'd0;i<15;i=i+1'b1)
   
7.                         In_reg[i] = 12'd0;
   
8.         end
   
9.         else begin
   
10.                 for(j=4'd0;j<15;j=j+1'b1)
    
11.                         In_reg[j+1] <= In_reg[j];
    
12.                 In_reg[0] <= Signed_in;
    
13.         end
    
14. 
    
15. /*----------------将对称系数的输入数据相加----------------*/
    
16.         reg signed [12:0]Add_reg[7:0];        //为避免溢出，将两数相加的和扩展一位
    
17. //        reg [3:0]k,l;
    
18.         always@(posedge clk or negedge rst_n)
    
19.         if(!rst_n)begin
    
20.                 for(i=4'd0;i<8;i=i+1'b1)
    
21.                         Add_reg[i] = 13'd0;
    
22.         end
    
23.         else begin
    
24.                 for(i=4'd0;i<8;i=i+1'b1)
    
25.                         Add_reg[i] = {In_reg[i][11],In_reg[i]} + {In_reg[15-i][11],In_reg[15-i]};
    
26.                                                                                                 //要扩展一位符号位，使三个数长度相同，但其值不变
    
27.         end

复制代码

   调用IP核进行乘法运算，并行执行需要8个乘法器：

1. /*----------------例化有符号数乘法器----------------*/
   
2.         wire signed [24:0]Mout[7:0];  
   
3.         mult mult0 (
   
4.                 .clock (clk),
   
5.                 .dataa (coe0),
   
6.                 .datab (Add_reg[0]),
   
7.                 .result (Mout[0])
   
8.         );

复制代码

   最后将乘法器的输出相加：

1. /*----------------将乘法结果累加----------------*/
   
2.         reg signed [28:0]sum;
   
3.         reg signed [28:0]yout;
   
4.         reg [3:0]m;
   
5.         always@(posedge clk or negedge rst_n)
   
6.         if(!rst_n)begin
   
7.                 sum = 29'd0;
   
8.                 yout <= 29'd0;
   
9.         end
   
10.         else begin
    
11.                 yout <= sum;
    
12.                 sum = 29'd0;
    
13.                 for(m=4'd0;m<8;m=m+1'b1)
    
14.                         sum = sum + Mout[m];
    
15.         end

复制代码

（3）仿真验证

    在串行FIR设计时通过加入混频来验证滤波正确性。也可以直接例化两个DDS，将其结果相加输入滤波器。这里我通过在仿真文件中读取TXT的方式来仿真。

    首先使用MATLAB产生波形，并存入TXT文件。MATLAB代码参考下面。

使用MATLAB将波形数据存入TXT
http://www.corecourse.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=28290
(出处: 芯路恒电子技术论坛)

    在仿真文件中读取TXT文件中的数据，文件必须放置在"工程目录\simulation\modelsim"路径下。

1. //从外部TXT文件(SinIn.txt)读入数据作为测试激励
   
2.         integer Pattern;
   
3.         reg [11:0] stimulus[200:0];
   
4.         initial
   
5.         begin
   
6.                 //文件必须放置在"工程目录\simulation\modelsim"路径下
   
7.                 $readmemb("E4_7_Bin_s.txt",stimulus);//读取原始波形数据读到stimulus中
   
8.                 Pattern = 0;
   
9.                 repeat(200)begin
   
10.                         Pattern = Pattern + 1;
    
11.                         Signal_in = stimulus[Pattern];
    
12.                         #(`Clk_Period*1);
    
13.                 end
    
14.         end
    

复制代码

    然后将仿真数据写入另一个TXT文件，便于MATLAB对其数据进行分析。

1. //将仿真数据dout写入外部TXT文件中(out.txt)
   
2. integer file_out;
   
3. initial
   
4. begin
   
5.    //文件放置在"工程目录\simulation\modelsim"路径下
   
6.         file_out = $fopen("E4_7_Sout.txt");
   
7.         if(!file_out)
   
8.                 begin
   
9.                         $display("could not open file!");
   
10.                         $finish;
    
11.                 end
    
12. end
    
13. wire clk_write;
    
14. wire signed [28:0] dout_s;
    
15. assign dout_s = Signal_out;                //将dout转换成有符号数据
    
16. assign clk_write = clk & rst_n;//产生写入时钟信号，复位状态时不写入数据
    
17. always @(posedge clk_write)
    
18.         $fdisplay(file_out,"%d",dout_s);

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    下面是仿真结果：

图2 滤波器modelsim仿真结果

    最后使用MATLAB读取滤波器输出的数据，得到频谱。MATLAB程序在附件。

图3 使用MATLAB绘制滤波器输出的频谱

xiaoxiao

太棒了，给楼主点赞，还有字数限制