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FIR_01 基于FPGA的FIR濾波器 (FDATOOL ISE ) 第一篇:初步認識和應用1 簡介2 信号的混疊2 濾波器設計

1 簡介

        對于FIR濾波器的理論部分,在本系列部落格中不做論述,或許在後續更新的文章中會對其理論進行讨論。 

        本文為該系列部落格的第一篇文章,将以最簡單直覺的方式讓初學者體會到FIR濾波器的作用,采用最傻瓜的方式講解FIR濾波器的設計與應用。

         同時本系列部落格将講解多種FIR濾波器的設計方式,本篇文章就先講解其中一種。   本系列部落格涉及的工具将包括ISE,matlab、system genarator、moslesim、VIVADO等。

2 信号的混疊

        濾波器顧名思義就是将不需要的信号濾除掉,留下需要的信号。 在做這個直覺的實驗之前,講解一下信号的實驗的思路和方案,如下圖:

FIR_01 基于FPGA的FIR濾波器 (FDATOOL ISE ) 第一篇:初步認識和應用1 簡介2 信号的混疊2 濾波器設計

        産生有用信号和無用信号進行混頻  -> 信号通過濾波器 ->濾除無用信号 ,這就是本次實驗的方案與思路。

2.1 0.5Mhz有用信号源

       首先,使用ISE和Modlesim搭建一個産生0.5Mhz正弦波的信号源,信号源由XILINX DDS IP核制作的,并仿真如圖:

FIR_01 基于FPGA的FIR濾波器 (FDATOOL ISE ) 第一篇:初步認識和應用1 簡介2 信号的混疊2 濾波器設計

                                                                                         0.5Mhz信号源工程圖

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                                                                                        0.5Mhz信号源仿真圖

2.2  2Mhz無用信号源

        與0.5Mhz信号源是相同的,隻是頻率不同罷了,這裡給出工程圖和仿真圖:

FIR_01 基于FPGA的FIR濾波器 (FDATOOL ISE ) 第一篇:初步認識和應用1 簡介2 信号的混疊2 濾波器設計

                                                                                           2Mhz信号源工程圖

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                                                                                              2Mhz信号源工程圖

2.3 信号混疊

        使用數字合成技術将0.5Mhz與1Mhz的信号進行混頻,得到一個混頻信号,這裡給出工程圖和仿真圖:

FIR_01 基于FPGA的FIR濾波器 (FDATOOL ISE ) 第一篇:初步認識和應用1 簡介2 信号的混疊2 濾波器設計

                                                                                          混頻信号源工程圖

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                                                                                           混頻信号源仿真圖

       這樣就把兩個頻率的信号混疊在一起了,這樣就模拟了一個實際使用過程中含有幹擾的信号,接下來目标就是設計濾波器把無用信号率除掉,留下有用信号。

2 濾波器設計

2.1 使用FDATOOL設計濾波器

        使用MATLAB中攜帶的FDATOOL工具設計濾波器,并将參數導入XILINX FIR 濾波器IP核是一種比較常用的方式,如下圖給出FDATOOL設計截圖:

FIR_01 基于FPGA的FIR濾波器 (FDATOOL ISE ) 第一篇:初步認識和應用1 簡介2 信号的混疊2 濾波器設計

                                                                                          FDATOOL參數設計圖

FIR_01 基于FPGA的FIR濾波器 (FDATOOL ISE ) 第一篇:初步認識和應用1 簡介2 信号的混疊2 濾波器設計

                                                                                       導出XILINX FIR IP核需要的參數

        這樣就完成了FIR濾波器的設計,在設計界面上可以看出FIR濾波器的幅頻特性。

2.2 FIR濾波器的驗證

        2.1節中已完成了濾波器的設計與參數導出,本節就搭建工程驗證濾波器設計的正确性,這裡給出工程圖和仿真圖:

FIR_01 基于FPGA的FIR濾波器 (FDATOOL ISE ) 第一篇:初步認識和應用1 簡介2 信号的混疊2 濾波器設計

                                                                          FIR濾波器驗證工程截圖

         工程中包含了2節中的混頻信号源、FIR濾波器,其中FIR濾波器中導入了2.1節中設計的濾波器參數。

FIR_01 基于FPGA的FIR濾波器 (FDATOOL ISE ) 第一篇:初步認識和應用1 簡介2 信号的混疊2 濾波器設計

                                                                            FIR濾波器驗證工程仿真截圖

          仿真圖中将所有信号進行了排列對比,仿真圖從上至下排列依次是 0.5Mhz信号、2Mhz信号、混頻信号、FIR濾波器輸出信号,可以看出混頻信号經過FIR濾波器以後其中2Mhz的頻率成分被濾除掉了,隻剩下0.5Mh的頻率成分,證明濾波器的設計是成功的。

           本篇部落格講解了一種最為直覺簡單的方式來了解和使用FIR濾波器,在一些簡單的應用中是可以采用的,但是這種方式存在很多缺點,比如仿真時也是隻能從modlesim中信号的時域去進行分析,其實這是遠遠不夠的,接下來的文章将更加結合matlab的應用來完成FIR濾波器的設計。

           本篇部落格為粉絲準備了工程源碼和視訊教程哦!視訊課程中手把手教學建立工程、設計濾波器等展露更多細節,如圖:

FIR_01 基于FPGA的FIR濾波器 (FDATOOL ISE ) 第一篇:初步認識和應用1 簡介2 信号的混疊2 濾波器設計
FIR_01 基于FPGA的FIR濾波器 (FDATOOL ISE ) 第一篇:初步認識和應用1 簡介2 信号的混疊2 濾波器設計

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                                          使用system generator建立FIR濾波器

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