Xilinx中FIR滤波器IP的讲解与使用
上一篇论文中，我们已经讲解了DDS的IP与混频的实现。本篇论文我们将接着上篇文章接着做，在混频之后的信号进行滤波处理。数字滤波器主要有FIR、IIR两种滤波器，但在FPGA中几乎看不到使用IIR滤波器，因为IIR滤波器存在的有限字长效应经反馈后会使得系统不稳定。当然IIR滤波器也有优点，相比同样的频率响应，IIR滤波器的阶数要远小于FIR滤波器。其中因为FIR滤波器的稳定性得到了广泛使用，所以我们主要讲解FIR滤波器。在后面的文章中，我们会手写滤波器代码，并且学习现在信号处理中最重要的内容——自适应信号处理。我们按照循序渐进的步骤，先讲解FIR滤波器IP的使用。
FIR IP的定制及讲解我们定制FIR滤波器的IP核，必须知道响应的FIR系数的相关信息。这里给同学们提供两种方法：一是使用MATLAB，MATLAB中由专门的库供我们设计‘满足我们要求的函数；二是使用小软件Filter Solutions（随工程一起放入群中，需要的进群自取），使用该工具可以更加方便的设计出来滤波器。由于第二种简单，我们这里以第二种为例。
我们上一篇文章的混频是8MHz与5MHz的相乘，所以我们这篇文章的目的是设计一个低通滤波器滤除13MHz的成分。FIR的设计方法在数字信号处理中有两种方法，最常用的就是窗函数法。这里我们将使用汉明窗进行进一步的设计。整个小软件进行如下的配置：
1、设计滤波器的阶数，我们这里选择了64阶
2、设置低通滤波器的通带频率是8MHz
3、设置采样频率是100MHz
4、使用FIR滤波器
5、点击Frequency Resp观察幅频与相频响应，如下图：
点击Synthesize Filter,再点击其中的vec，如下图：
点击Copy Num/Den复制出相应的系数填入FIR IP的定制界面。
进入Xilinx的FIR IP订制界面，我们可以发现上述界面，其中对我们需要特别关注的配置具体说明一下：
1、我们这里选择系数向量，是指我们直接再IP的定制界面输入相应的滤波器系数。
2、我们将滤波器的系数输入到2中，注意这里可以是小数。
3、这里我们选择典型的单倍速率滤波器就可以。
这里我们选择FIR滤波器的抽样频率与参考频率都是100MHz，也就是说整个滤波器是全流水线结构。
1、这里选择滤波器系数整数部分的量化位宽。
2、在这里输入滤波器系数小数部分量化的位宽
3、这里对我们输入数据进行描述，我们这里使用有符号数、整数、位宽为16位、全精度类型，设置如3，4，5所示。
IP定制界面其余选择默认即可，想具体了解其中配置所代表的意义，可以查阅一下技术手册。
配置完成之后，我们查看一下滤波器的幅频响应与输入输出数据的位数关系，如下：
我们紧接着上一章我们设计的混频的工程继续设计该项目的block design，如下图：
上面便是这次实验的block design，我们除了测试模块没有写一句代码。上面的功能主要是把5MHz与8MHz的正弦波进行混频，然后再进行低通滤波，将其中3MHz分量的正弦波滤除出来。
我们为了验证我们工程的正确性，对我们搭建的block design进行书写测试模块的代码，如下：
`timescale 1ns / 1ps
// *********************************************************************************
// Project Name : OSXXXX
// Author : zhangningning
// Email : nnzhang1996@foxmail.com
// Website :
// Module Name : tb.v
// Create Time : 2020-04-04 15:35:56
// Editor : sublime text3, tab size (4)
// CopyRight(c) : All Rights Reserved
//
// *********************************************************************************
// Modification History:
// Date By Version Change Description
// -----------------------------------------------------------------------
// XXXX zhangningning 1.0 Original
//
// *********************************************************************************
module tb;
wire [15:0] P ;
reg aclk ;
wire [39:0] M_AXIS_DATA_tdata ;
wire M_AXIS_DATA_tvalid ;
initial begin
aclk = 1'b0;
end
always #5 aclk = ~aclk;
system_wrapper system_wrapper_inst(
.M_AXIS_DATA_tdata (M_AXIS_DATA_tdata ),
.M_AXIS_DATA_tvalid (M_AXIS_DATA_tvalid ),
.aclk (aclk )
);
endmodule
仿真测试结果
我们将上面的实验进行Modelsim仿真，仿真的测试结果如下：
从上面的图形中可以看出，我们从上面的波形可以看出来我们成功将13MHz的正弦波滤除掉，只剩下3MHz的正弦波分量。
创作不易，认为文章有帮助的同学们可以关注、点赞、转发支持。（txt文件、图片文件在群中）对文章有什么看法或者需要更近一步交流的同学，可以加入下面的群：
作者：朽月
