二相并行FIR滤波器的matlab及modelsim仿真

二相FIR滤波器即并行FIR滤波器，以面积换取速度，可以在同样的时钟频率下，提高原始滤波器的有效吞吐量，或者降低原始滤波器的功耗。

1 并行FIR滤波器的多项式分解表示

(以上内容来自陈弘毅、白国强等，VLSL数字信号处理系统--设计与实现，机械工业出版社)

因此为了实现并行处理，我们需要将序列以奇偶形式分为两个并行序列，滤波器则需要调用4个阶数为一半的ip核（自己写的仿真没通过），相应的滤波器系数也需要分奇偶分别送入。本实验以32阶低通滤波器，处理一路20M与80M的混频信号为例。

2 用matlab产生混频信号、滤波器系数，并进行仿真

（1）产生混频信号的代码如下（混频信号要输出到文件，用于modelsim仿真）：

（2）产生的正弦波及混频信号波形如下图

（3）接下来，我们用matlab的fdatool仿真FIR滤波

在MATLAB Command Window中输入fdatool并按回车键，得到fdatool工具框。再设置单位Units为MHz，采样频率为Fs为500，通带Fpass为20，阻带Fstop为60；再点击Design Filter（滤波器阶数刚好为32阶）。最终工具框如下图所示：

现在我们将此滤波器生成为.m文件，以在MATLAB中调用。点击File，点击Generate M-file，保存为mylowfilter.m。其内容为下图

接下来，可以在MATLAB中调用此.m文件对混频信号进行滤波，其程序如下（还对滤波后数据进行绘制，并输出到文件，再读回，为了全部以16进制表示，做了细微处理）

所有波形图如下

（4）输出滤波器系数（用于modelsim仿真）

现需取出滤波器系数。点File，点Export，得到下图

点击Export即可。

此时MATLAB主界面的workplace中会出现Num，如下图，

双击Num，即可在Editor界面中得到滤波器系数，直接将这些系数复制到文本文件Num.txt中

接下来，将Num的值量化后以16进制输出到文件，用于modelsim仿真（modelsim读数时，读取正数；故我们将Num的值量化后，需加上偏移量，在modelsim中再将偏移量减去）

此时，我们已用MATLAB产生了混频信号和滤波器系数。

3 使用xilinx的ip核设计两相滤波器

根据图9-1的结构框图进行设计。本实验中为了避免不可预料的麻烦（最初是调用两个ip核分别做H0和H1，但仿真时发现两个核的工作状态不一致），只生成一个16阶滤波器，通过系数加载的方式得到两个具有不同滤波系数的滤波器，其中H0对应偶系数，H1对应奇系数。

这里不再阐述工程的建立过程。16阶FIR滤波器IP核的生成过程如下：

另外，由图9-1可见，还需要两个有符号数加法器，这里也调用xilinx的IP核。

接下来的工作是例化4个FIR和2个有符号数加法器，注意数据的对齐。

4 使用modelsim仿真

这是加载系数时的时序图，我们关注LD, WE, DIN三个信号。在tb中，以最简单的方式加载，给ld一个脉冲，马上给16拍的we高电平和16个系数。

测试代码如下，modelsim的输出结果还要将奇偶合并起来，并输出到文件，再由MATLAB回读后，画出波形。

仿真波形如下，从图中可以看到输入的奇偶序列是有混频的，而输出的波形已经只含有低频成分。

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