基于FPGA的MATLAB-FIR滤波器设计与NCO/PLL应用

本文档详细阐述了如何在基于FPGA的系统中实现FIR滤波器的设计过程。首先，作者介绍了设计的背景，包括使用环境如Windows 7操作系统、Quartus II版本13.0和Altera DE2开发板。设计目标是利用Matlab的Simulink工具设计一个将10M和1M正弦波相加，再通过低通滤波器提取1M正弦波。 在Matlab中，设计者使用Spectrum Scope和FDATool进行预处理。Spectrum Scope被设置为Buffer Input模式来捕捉信号，而FDATool则用于调整滤波器的参数，如采样频率（设为100M），以及根据开发板性能选择合适的滤波器阶数。为了确保FPGA核正确接收滤波器系数，系数表需转换为ASCII格式并清除无关字符和空格。 滤波器设计完成后，进入FPGA硬件层面。涉及到的主要IP核包括： 1. NCO（数字频率合成器）：生成所需的正弦波信号，并设置输入时钟和位宽，特别是phase increment value这一关键参数。 2. PLL（锁相环路）：负责为系统提供高速时钟，本次设计要求100M时钟频率，选择了2倍频，时钟偏移设为0。 3. 加法器：用于合并正弦波，设置输入位数，可能需要将有符号输入转换为无符号输入。 4. FIR滤波器：IP核直接导入Matlab导出的系数表，软件会根据参数自动生成滤波器配置。 在硬件设计过程中，开发者需要注意系数表导入的正确性，确保所有参数无误。最后，通过设置仿真参数如结束时间来优化仿真效率，并验证滤波效果。仿真结果显示，滤波前后的波形对比明显，滤波器成功实现了目标功能。 整个流程涉及了从软件仿真到硬件实现的完整过程，展示了如何有效地利用MATLAB和Altera FPGA IP核进行FIR滤波器设计和调试，这对于理解和应用数字信号处理技术在FPGA中的实际应用具有重要意义。