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  • verilog matlab fir 滤波器设计

    千次阅读 2021-02-03 20:59:50
    这里写自定义目录标题欢迎使用Markdown编辑...丰富你的文章UML 图表FLowchart流程图导出与导入导出导入FPGA FIR滤波器设计最近课程项目中需要用到低通滤波器,对已调信号进行低通滤波。之前altera的fir ip核来做,但

    FPGA FIR滤波器设计

    最近课程项目中需要用到低通滤波器,对已调信号进行低通滤波。之前用altera的fir ip核来做,但是fir ip核的仿真实在是太难了,一直找不到库,弄了好久也没搞好。直接上板用signaltap抓信号的话由于电脑太垃圾编译一次时间太长,调试的心累。只好先暂时不用ip核。这两天看到用matlab软件生成verilog语言的fir滤波器,感觉挺有意思,记录一下。

    matlab滤波器设置界面

    先进入matlab输入fdatool进入滤波器设置界面。

    设置想用的窗函数和滤波器类型,设置采样率和截止频率(理论上采样率不低于奈奎斯特频率)。这里我的测试波形选用的是一个4Mhz的正弦波和一个0.04Mhz的正弦波的混叠波形。于是我将截止频率设置为1M。

    同时在生成滤波器的时候要注意一点就是最好在设置的时候结合自己生成的波形的位宽来设置滤波器的输入输出位宽,否则后续处理会比较麻烦。

    在这里插入图片描述

    点击design fiter之后再点Targets–Generate HDL,选择语法为verilog,生成filter文件和tb_filter文件。

    生成的filter文件有五个信号,我没有具体研究,我将clk_enable使能信号直接置1,reset信号直接置0。剩下的2个信号连接我的用来测试的正弦波文件的时钟引脚和混叠信号引脚,一个输出引脚用来观察滤波之后波形。

    最终效果不错,滤波非常成功。

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  • matlab滤波器设计

    2013-10-14 15:05:48
    如何使用fdatool设计滤波器: http://blog.csdn.net/celerychen2009/article/details/6034864#comments 如何用c实现: http://charmvi.blog.163.com/blog/static/128808039201011311436714/
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  • 关于MATLAB辅助设计数字滤波器

    千次阅读 2012-03-06 23:32:01
    关于matlab如何辅助设计滤波器最近大致搞明白一些,这里主要是一些比较传统的数字滤波器设计方法(还有一些直接转换到CCS,VHDL或者C Header的这里没有提到),通过matlab算出相应的传递函数,然后C语言进行仿真测试...

    关于matlab如何辅助设计滤波器最近大致搞明白一些,这里主要是一些比较传统的数字滤波器设计方法(还有一些直接转换到CCS,VHDL或者C Header的这里没有提到),通过matlab算出相应的传递函数,然后C语言进行仿真测试,最后再改写到所需要用的设备上。

    首先谈谈matlab的设计方式,主要两种

    1.辅助设计 Filter Designe & analysis Tool,通过辅助工具设计,比较省事


    进去观察下有哪些选项可以设置


    大部分还是基本看了就知道需要怎么设,然后就是准备导出传递函数


    FILE中的EXPORT,然后设置10进制输出


    最后就能导出相应的传函

    %
    % Generated by MATLAB(R) 7.8 and the Signal Processing Toolbox 6.11.
    %
    % Generated on: 06-Mar-2012 23:13:19
    %
    
    % Coefficient Format: Decimal
    
    % Discrete-Time IIR Filter (real)                                     
    % -------------------------------                                     
    % Filter Structure    : Direct-Form II, Second-Order Sections         
    % Number of Sections  : 2                                             
    % Stable              : Yes                                           
    % Linear Phase        : No                                            
    
                                                                         
    SOS matrix:                                                           
    1  -0.3274034970481377  1  1  -1.487740666582311   0.62366222645998592
    1  -1.4109006645592876  1  1  -1.5591910986997555  0.90887414412475032
                                                                          
    Scale Values:                                                         
    0.072426444477067295                                                  
    0.59358927160118591   

    得出一个SOS矩阵

    这个可以通过下图看下怎么转换


    对于以零点-极点-增益为参数的传递函数H(Z),可用函数zp2sos将其转换为LX6sos数组。函数sos2ss将二阶滤波器节映射为直接II型状态空间形式,而函数sos2tf将一组  2阶滤波器节转换为传递函数。对于滤波器节为1阶的情况,系数b2i和a2i将被没为零。函数sos2zp将2阶滤波器节转换为零点-极点-增益的形式。

    2.通过matlab函数进行实现

    由于设计的方法挺多了,就不列举了,直接通过函数调用就行了

    这里主要是为了方便实现转换为比较容易实现的是级联的设计方式

    相关的函数

    function [b0,B,A] = dir2cas(b,a);
    % 直接型到级联型的型式转换(复数对型)
    % ---------------------------------------------------------
    % [b0,B,A] = dir2cas(b,a)
    %  b = 直接型的分子多项式系数
    %  a = 直接型的分母多项式系数
    % b0 = 增益系数
    %  B = 包含各bk的K乘3维实系数矩阵
    %  A = 包含各ak的K乘3维实系数矩阵
    
    % compute gain coefficient b0
    b0 = b(1); b = b/b0;
    a0 = a(1); a = a/a0;
    b0 = b0/a0;
    %
    M = length(b); N = length(a);
    if N > M
    	b = [b zeros(1,N-M)];
    elseif M > N
    	a = [a zeros(1,M-N)]; N = M;
    else
    	NM = 0;
    end
    %
    K = floor(N/2); B = zeros(K,3); A = zeros(K,3);
    if K*2 == N;
    	b = [b 0];
    	a = [a 0];
    end
    %        
    broots = cplxpair(roots(b));
    aroots = cplxpair(roots(a));
    for i=1:2:2*K
    	Brow = broots(i:1:i+1,:);
    	Brow = real(poly(Brow));
    	B(fix((i+1)/2),:) = Brow;
    	Arow = aroots(i:1:i+1,:);
    	Arow = real(poly(Arow));
    	A(fix((i+1)/2),:) = Arow;
    end     
    
    获得了相关的传函之后,就可以进行测试了,测试也是两部分
    首先通过matlab测试一些相关的幅频特性
    %对于有理分式H(jw),MATLAB提供freqs函数处理方法。调用格式为H=freqs(b,a,w)
    %其中,b为分子多项式的系数,a为分母多项式系数,w为需计算的频率特性
    clear all
    clc
    w=linspace(0,5,200);
    b=[1];
    a=[1 2 2 1];
    H=freqs(b,a,w);
    plot(w,abs(H));

    测试下


    其次是用C语言大致模拟下,大致也体现了怎么使用传递函数,如下

    #include <math.h>
    #include <stdio.h>
    #include <string.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <conio.h>
    #include <dos.h>
    #include <time.h>
    #include <io.h>
    #include <process.h>
    void main()
    {
      int i;
      int x0,x1,x2,y0,y1,y2,q0,q1,q2;
      FILE *fp;
      x0=0;x1=0;x2=0;
      y0=0;y1=0;y2=0;
      q0=0;q1=0;q2=0;
      system("cls");
      fp=fopen("C:\\data0.txt","wt");
      printf("Press any key to continue when ready\n");
      printf("or Press ESE to Cancel\n");
      getch();
      for(i=0;i<500;i++)
      {
        x2=1600;
        if(i==200) x2=3200;
        if(i==350) x2=800;
        y2=(113*x2-107*x1+113*x0+1618*y1-662*y0)/1024;
        q2=(252*y2-436*y1+252*y0+1818*q1-913*q0)/1024;
        y0=y1;y1=y2;x0=x1;x1=x2;q0=q1;q1=q2;
        printf("%d %d\n",x2/16,q2/16);
        fprintf(fp,"%d %d\n",x2/16,q2/16);
      }
      fclose(fp);
      system("pause");
    }

    这里113,107,113,1618,662为传函的参数调理之后,如下


    这样大致就设计好了,这个C语言的版本只是一个直流信号的测试,不过大致可以明白,将传函的微分方程改写成差分方程,并进行计算,通过这个思想,可以很方便的将其移植到其他的单片机或者FPGA上,还是比较好实现的。

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    如何matlab用带通滤波器进行滤波? matlab中fdatool使用说明 Matlab fir滤波(conv) 以上链接详细记录了带通滤波器设计matlab自带fdatool的使用步骤。 自己编的一个带通滤波器的程序及解释 fs=500; % ...

    最近初入信号处理,对带通滤波器的资料进行总结。
    转载自:

    1. 如何在matlab用带通滤波器进行滤波?

    2. matlab中fdatool使用说明

    3. Matlab fir滤波(conv)

    以上链接详细记录了带通滤波器的设计及matlab自带fdatool的使用步骤。

    自己编的一个带通滤波器的程序及解释

    fs=500;                                                 % 采样率
    n=length(data);                                         % 滤波数据长度
    t = 0:1/fs:(n-1)/fs;                                    % 横坐标刻度值
    lpass=100;
    hpass=200;                                              % 带通滤波的带宽
    filterorder =2;                                         % 滤波器阶数
    filtercutoff = [2*lpass/fs 2*hpass/fs];                 % 频率归一化 对应频率/nyquist频率,nyquist频率是采样率的一半 
    [f_b, f_a] = butter(filterorder,filtercutoff);          % 调用butter()函数返回巴特沃斯滤波器传递函数的零极点系数和增益
    sig= filtfilt(f_b,f_a,data);                            % 零相位数字滤波 通过x在正向和反向两个方向上处理输入数据来执行零相位数字滤波 。在向前过滤数据后,反转过滤后的序列,然后将其运回过滤器。
    noise=data-sig;                                         % 噪声为原始信号减去滤波后信号的剩余信号
    SNR=10*log((sig.^2)/(noise.^2));                        % 10lg(Ps/Pn),其中Ps和Pn分别代表信号和噪声的有效功率,也可以换算成电压幅值的比率关系:20Lg(Vs/Vn),Vs和Vn分别代表信号和噪声电压的“有效值”。用dB表示。
    

    有需要可以自行修改,不保证正确。

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  • 这是一篇讲述如何用MATLAB实现FIR数字滤波器的仿真方法,并用DSP芯片实现的论文。
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如何用matlab设计滤波器

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