第7章IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)ppt課件

1、第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 第第7章章 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 7.1 IIR濾波器原理濾波器原理 7.2 使用使用DSP Builder設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)IIR濾波器濾波器 7.3 在在Quartus II中使用中使用IIR濾波器濾波器IP核核 第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 7.1 IIR濾波器原理濾波器原理 IIR濾波器一般采用遞歸方式來實(shí)現(xiàn)。也就是說，濾波器當(dāng)前輸出是輸入序列和以前各輸出值、的函數(shù)，這可以用下列差分方程來表示：NiiMiiinyainxbny10)()()(7-1)第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾

2、波器設(shè)計(jì) 其中MN，N是IIR濾波器的階數(shù)。 相應(yīng)地，IIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)可以表示為 NiiiMiiizazbzH101)( (7-2)第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 在上一章已經(jīng)提及到，F(xiàn)IR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)只有零點(diǎn)。而IIR濾波器除了具有極點(diǎn)以外，一般還存在零點(diǎn)。由于極點(diǎn)的存在，IIR濾波器用遞歸結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)較為簡單。實(shí)現(xiàn)IIR濾波器的基本結(jié)構(gòu)共有三中：直接型、級聯(lián)型和并聯(lián)型。下面簡單介紹前兩種IIR濾波器的結(jié)構(gòu)。第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 1. 直接型直接型 利用公式利用公式(7-2)，可以直接導(dǎo)出直接，可以直接導(dǎo)出直接I型的型的I

3、IR濾波器濾波器結(jié)構(gòu)，可用下式來表示：結(jié)構(gòu)，可用下式來表示：NiiiMiiizazbzH1011)( (7-3)第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 可以看出， 和反饋環(huán)節(jié) 中的延時(shí)單元不能共用，需要個(gè)延 時(shí)單元。為了減少延時(shí)單元，對于線性系統(tǒng)，公式(7-3)也可以寫成：Miiizb0Niiiza111MiiiNiiizbzazH0111)(第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 由此可以導(dǎo)出直接型的濾波器結(jié)構(gòu)。圖7-1表示了一個(gè)直接型IIR濾波器的結(jié)構(gòu)，該濾波器的階數(shù)是2階，共存在兩個(gè)反饋環(huán)節(jié)。第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) z

4、1z1x(n)a1a2b0b1b2y(n)圖7-1 直接型IIR濾波器結(jié)構(gòu)第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 2. 級聯(lián)型級聯(lián)型 對式對式(7-2)的分子、分母進(jìn)行因式分解，由于中的系的分子、分母進(jìn)行因式分解，由于中的系數(shù)都為實(shí)數(shù)，的極、零點(diǎn)只可能是實(shí)數(shù)或者復(fù)共軛對，數(shù)都為實(shí)數(shù)，的極、零點(diǎn)只可能是實(shí)數(shù)或者復(fù)共軛對，對于復(fù)共軛對因子，可以復(fù)合成二階因子：對于復(fù)共軛對因子，可以復(fù)合成二階因子：212112312111231211)1 ()1 ()1 ()1 ()(NiiiNiiMiiiMiizazaazbzbbAzH第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 式

5、中系數(shù)都為實(shí)數(shù)。如果把實(shí)數(shù)因子(一階因子)看成是二次項(xiàng)系數(shù)為0的二階因子，則上式可以寫成：101022112211)(11)(ssNiiNiiiiizHAzazazbzbAzH2211221111)(zazazbzbzHiiiii其中 第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 由此可見，是一個(gè)2階的IIR濾波器，N階IIR濾波器可以看成是由多個(gè)2階IIR濾波器級聯(lián)而成的，即IIR濾波器可以采用下列結(jié)構(gòu)來表示，也就是級聯(lián)型結(jié)構(gòu)(見圖7-2)： 第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) z11a11b10b12x(n)G1a21b20a12z1b11y1(n)a22

6、z1z1y(n)b21b22圖7-2 級聯(lián)型IIR濾波器結(jié)構(gòu)第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 7.2 使用DSP Builder設(shè)計(jì)IIR濾波器 7.2.1 4階直接階直接型型IIR濾波器設(shè)計(jì)濾波器設(shè)計(jì) 在此需要設(shè)計(jì)一個(gè)在此需要設(shè)計(jì)一個(gè)4階階IIR濾波器。給定濾波器的系濾波器。給定濾波器的系統(tǒng)函數(shù)如下：統(tǒng)函數(shù)如下：4321432112. 072. 074. 195. 1105. 020. 031. 020. 005. 0)(zzzzzzzzzH第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 即濾波器系數(shù)為 a0=1b0=0.05 a1=-1.95b1=0.20

7、 a2=1.74 b2=0.31 a3=-0.72b3=0.20 a4=0.12 b4=0.05 可以看出，這是一個(gè)4階IIR濾波器，我們采用直接型結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)該濾波器，其具體結(jié)構(gòu)可由信號流圖(見圖7-3)來表示。第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 1a1b0 x(n)a2a3a3z1z1z1z1b1b2b3b4y(n)圖圖7-3 直接直接型型4階階IIR濾波器信號流圖濾波器信號流圖第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 在DSP Builder中，建立一個(gè)新模型，按照圖7-3調(diào)用DSP Builder模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)完的4階IIR濾波器模型如圖7-4所

8、示。第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 圖圖7-4 4階階IIR濾波器模型濾波器模型第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 該模型中各個(gè)模塊的參數(shù)設(shè)置如下：X模塊：(Altbus)庫：Altera DSP Builder中Bus Manipulation庫參數(shù)“Bus Type設(shè)為“signed Fractional”(有符號小數(shù))參數(shù)“Node Type設(shè)為“Input port”參數(shù)“number of bits.”設(shè)為“2”參數(shù)“.number of bits”設(shè)為“8”第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) Y模塊：(Altbu

9、s)庫：Altera DSP Builder中Bus Manipulation庫參數(shù)“Bus Type設(shè)為“signed Fractional”參數(shù)“Node Type設(shè)為“Output port”參數(shù)“number of bits.”設(shè)為“4”參數(shù)“.number of bits”設(shè)為“23” BusConversion模塊：(BusConversion)庫：Altera DSP Builder中Bus Manipulation庫第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 參數(shù)“Input Bus Type設(shè)為“signed Fractional”參數(shù)“Input number

10、 of bits.”設(shè)為“4”參數(shù)“Input .number of bits”設(shè)為“23”參數(shù)“Output Bus Type設(shè)為“signed Fractional”參數(shù)“Output number of bits.”設(shè)為“2”參數(shù)“Output .number of bits”設(shè)為“8” FeedBack Adder模塊：(Parallel Adder Subtractor)庫：Altera DSP Builder中Arithmetic庫參數(shù)“Number of Inputs設(shè)為“2”參數(shù)“Add(+)Sub(-)”設(shè)為“+-”第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) F

11、eedBack Adder1模塊：(Parallel Adder Subtractor)庫：Altera DSP Builder中Arithmetic庫參數(shù)“Number of Inputs設(shè)為“4”參數(shù)“Add(+)Sub(-)”設(shè)為“+” FeedForward Adder模塊：(Parallel Adder Subtractor)庫：Altera DSP Builder中Arithmetic庫參數(shù)“Number of Inputs設(shè)為“5”參數(shù)“Add(+)Sub(-)”設(shè)為“+”第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) Delay、Delay1、Delay2、Delay

12、3模塊：(Delay)庫：Altera DSP Builder中Storage庫參數(shù)“Depth設(shè)為“1”參數(shù)“Clock Phase Selection設(shè)為“1” A1、A2、A3、A4、B0、B1、B2、B3、B4模塊：(Gain)庫：Altera DSP Builder中Arithemtic庫參數(shù)“Gain Value按照設(shè)計(jì)要求中指定的系數(shù)設(shè)置(直接輸入)參數(shù)“Map Gain Value to Bus Type設(shè)為“Signed Fraction”參數(shù)“Gain value number of bits.”設(shè)為“2”參數(shù)“.Gain value number of bits”設(shè)為“1

13、2”參數(shù)“Number of Pipeline Levels設(shè)為“0”第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 另外，用于Simulink仿真的模塊的參數(shù)設(shè)置如下：Pulse Generator模塊：(Pulse Generator)庫：Simulink中Sources庫參數(shù)“Pulse type設(shè)為“Sample based”參數(shù)“Amplitude設(shè)為“1”參數(shù)“Period(number of samples)”設(shè)為“1000”參數(shù)“Pulse width(number of samples設(shè)為“1”參數(shù)“Phase delay (number of samples)”設(shè)

14、為“10”參數(shù)“Sample time設(shè)為“1” “Interpret vector parameters as 1-D設(shè)為“” 第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) Scope模塊：(Scope) 庫：Simulink中sinks庫 參數(shù)“Number of Axes為“2” 在這個(gè)實(shí)現(xiàn)中，使用了增益(Gain)模塊來完成常數(shù)系數(shù)的乘法。這里使用了有符號小數(shù)(Signed Fractional)來簡化IIR濾波器系數(shù)的代入過程。值得注意的是，參數(shù)“number of bits.”設(shè)置的是整數(shù)部分的位寬，其中最高位為符號位；參數(shù)“.number of bits”設(shè)置了小數(shù)部

15、分的位寬。假如把參數(shù)“number of bits.”設(shè)置為“2”，那就意味著該小數(shù)的整數(shù)部分只能是0、1、-1、-2(分別對應(yīng)00、01、10或10、10)，而且整數(shù)部分要為-2，必須是小數(shù)部分為全零。第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 建立IIR濾波器模型后就可以進(jìn)行仿真了。Simulink仿真模塊“Pulse Generator”(脈沖發(fā)生器)模擬了一個(gè)單位沖激函數(shù)。通過“Scope模塊來觀察該直接型IIR濾波器的沖激響應(yīng)。 修改Simulink的仿真參數(shù)設(shè)置，設(shè)置“Stop time仿真停止時(shí)間為“50”，“Solver options中“Type為“Fixed-

16、Step”。啟動仿真。仿真結(jié)果見圖7-5。第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 圖圖7-5 IIR濾波器仿真結(jié)果濾波器仿真結(jié)果第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 7.2.2 4階級聯(lián)型階級聯(lián)型IIR濾波器設(shè)計(jì)濾波器設(shè)計(jì) 1. 建立模型建立模型 參照圖參照圖7-2，建立一個(gè)，建立一個(gè)4階的級聯(lián)型階的級聯(lián)型IIR濾波器模型，濾波器模型，該模型共由兩節(jié)該模型共由兩節(jié)2階直接階直接型型IIR濾波器構(gòu)成，見圖濾波器構(gòu)成，見圖7-6。 第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 圖圖7-6 4階級聯(lián)型階級聯(lián)型IIR濾波器濾波器第第7 7章章 IIRI

17、IR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 模型中各個(gè)模塊的參數(shù)設(shè)置如下：X模塊：(Altbus)庫：Altera DSP Builder中Bus Manipulation庫參數(shù)“Bus Type設(shè)為“signed Fractional”(有符號小數(shù))參數(shù)“Node Type設(shè)為“Input port”參數(shù)“number of bits.”設(shè)為“2”參數(shù)“.number of bits”設(shè)為“8”第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) Y模塊：(Altbus)庫：Altera DSP Builder中Bus Manipulation庫參數(shù)“Bus Type設(shè)為“signed Fract

18、ional”參數(shù)“Node Type設(shè)為“Output port”參數(shù)“number of bits.”設(shè)為“4”參數(shù)“.number of bits”設(shè)為“23” BusConv模塊：(BusConversion)庫：Altera DSP Builder中Bus Manipulation庫參數(shù)“Input Bus Type設(shè)為“signed Fractional”參數(shù)“Input number of bits.”設(shè)為“4”第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 參數(shù)“Input .number of bits”設(shè)為“18”參數(shù)“Output Bus Type設(shè)為“signe

19、d Fractional”參數(shù)“Output number of bits.”設(shè)為“2”參數(shù)“Output .number of bits”設(shè)為“15”第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) BusConv1、BusConv4模塊：(BusConversion)庫：Altera DSP Builder中Bus Manipulation庫參數(shù)“Input Bus Type設(shè)為“signed Fractional”參數(shù)“Input number of bits.”設(shè)為“3”參數(shù)“Input .number of bits”設(shè)為“15”參數(shù)“Output Bus Type設(shè)為“si

20、gned Fractional”參數(shù)“Output number of bits.”設(shè)為“2”參數(shù)“Output .number of bits”設(shè)為“15” 第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) BusConv2、BusConv3、BusConv5模塊：(BusConversion)庫：Altera DSP Builder中Bus Manipulation庫參數(shù)“Input Bus Type設(shè)為“signed Fractional”參數(shù)“Input number of bits.”設(shè)為“4”參數(shù)“Input .number of bits”設(shè)為“25”參數(shù)“Output

21、Bus Type設(shè)為“signed Fractional”參數(shù)“Output number of bits.”設(shè)為“2”參數(shù)“Output .number of bits”設(shè)為“15”第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) FeedBackAdder、FeedBackAdder2模塊：(Parallel Adder Subtractor)庫：Altera DSP Builder中Arithmetic庫參數(shù)“Number of Inputs設(shè)為“2”參數(shù)“Add(+)Sub(-)”設(shè)為“+-” FeedBackAdder1、FeedBackAdder3模塊：(Parallel

22、Adder Subtractor)庫：Altera DSP Builder中Arithmetic庫參數(shù)“Number of Inputs設(shè)為“2”參數(shù)“Add(+)Sub(-)”設(shè)為“+”第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) FeedForwardAdder、FeedForwardAdder1模塊：(Parallel Adder Subtractor)庫：Altera DSP Builder中Arithmetic庫參數(shù)“Number of Inputs設(shè)為“3”參數(shù)“Add(+)Sub(-)”設(shè)為“+” Delay、Delay1、Delay2、Delay3模塊：(Delay

23、)庫：Altera DSP Builder中Storage庫參數(shù)“Depth設(shè)為“1”參數(shù)“Clock Phase Selection設(shè)為“1” 第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) G、A11、A12、A21、A21、B10、B11、B12、B20、B21、B22模塊：(Gain)庫：Altera DSP Builder中Arithemtic庫參數(shù)“Map Gain Value to Bus Type設(shè)為“Signed Fraction”參數(shù)“Gain value number of bits.”設(shè)為“2”參數(shù)“.Gain value number of bits”設(shè)為“

24、10”參數(shù)“Number of Pipeline Levels設(shè)為“0”第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 2. IIR濾波器系數(shù)的計(jì)算濾波器系數(shù)的計(jì)算假設(shè)假設(shè)4階階IIR濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)如下：濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)如下： 采樣頻率采樣頻率Fs為為50MHz； 濾波器類型為高通濾波器類型為高通(HighPass)； 濾波器濾波器Fc為為5MHz； 濾波器設(shè)計(jì)類型為濾波器設(shè)計(jì)類型為Butterworth。打開打開MATLAB中的中的FDATool進(jìn)行濾波器系數(shù)計(jì)算，見圖進(jìn)行濾波器系數(shù)計(jì)算，見圖7-7。第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 圖圖7-7 計(jì)算計(jì)算I

25、IR濾波器系數(shù)濾波器系數(shù)第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 設(shè)置階數(shù)為4，輸入相關(guān)參數(shù)指標(biāo)，點(diǎn)擊“Design Filter按鈕完成IIR濾波器設(shè)計(jì)，接著打開相關(guān)分析。圖7-8顯示的是IIR濾波器的相頻特性，圖7-9顯示了IIR濾波器的階躍響應(yīng)。第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 圖圖7-8 相頻特性相頻特性第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 圖圖7-9 階躍響應(yīng)階躍響應(yīng)第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 3. 設(shè)置系數(shù)設(shè)置系數(shù) 選擇選擇FDATool的的“File菜單中的菜單中的“Export”，導(dǎo)，導(dǎo)出

26、出IIR濾波器系數(shù)。對于級聯(lián)型濾波器系數(shù)。對于級聯(lián)型IIR濾波器，導(dǎo)出的系濾波器，導(dǎo)出的系數(shù)分成兩個(gè)部分：數(shù)分成兩個(gè)部分：SOS矩陣和矩陣和G增益，其中對于多個(gè)級增益，其中對于多個(gè)級聯(lián)的聯(lián)的IIR濾波器，濾波器，SOS矩陣為一個(gè)二維矩陣。矩陣為一個(gè)二維矩陣。 在此先把在此先把SOS矩陣和矩陣和G導(dǎo)出到導(dǎo)出到Matlab的工作區(qū)的工作區(qū)(Workspace)，設(shè)置上面級聯(lián)型，設(shè)置上面級聯(lián)型IIR濾波器中的各個(gè)增濾波器中的各個(gè)增益模塊的益模塊的“Gain Value(增益值增益值)”。第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) G模塊的“Gain Value是G；B10模塊為SOS(

27、1,1)，B11模塊為SOS(1,2)，B12模塊為SOS(1,3)；A11模塊為SOS(1,5)，A12模塊為SOS(1,6)；B20模塊為SOS(2,1)，B21模塊為SOS(2,2)，B22模塊為SOS(2,3)；A21模塊為SOS(2,5)，A22模塊為SOS(2,6)。 設(shè)置完增益值后更新一下模型，IIR濾波器模型的系數(shù)就全部設(shè)置完成了，見圖7-6。 第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 4. Simulink仿真仿真 設(shè)置設(shè)置Simulink仿真參數(shù)仿真參數(shù)“Stop time(停止時(shí)間停止時(shí)間)”為為1e-6，類型為，類型為“Fixed-step”。模型中的。

28、模型中的Simulink仿真模仿真模塊的參數(shù)設(shè)置如下：塊的參數(shù)設(shè)置如下：第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) Step模塊：(Step)庫：Simulink中Sources庫參數(shù)“Step time設(shè)為“1e-7”參數(shù)“Initial value設(shè)為“0”參數(shù)“Final value設(shè)為“1”參數(shù)“Sample time設(shè)為“2e-8”“Interpret vector parameters as 1-D設(shè)為“”第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) Scope模塊：(Scope)庫：Simulink中sinks庫參數(shù)“Number of Axes為“2”

29、啟動仿真。由于Step模塊生成了一個(gè)階躍函數(shù)，故仿真結(jié)果為IIR濾波器的階躍響應(yīng)，見圖7-10。 5. 由Simulink模型轉(zhuǎn)成VHDL 打開SingalCompiler，選定對應(yīng)器件，把模型轉(zhuǎn)成VHDL文件，并在SignalCompiler中選擇QuartusII進(jìn)行綜合。第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 圖7-10 Simulink仿真結(jié)果一階躍響應(yīng) 第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 6. 適配下載適配下載 在在QuartusII中打開中打開SignalCompiler建立的建立的Quartus項(xiàng)目文件，選擇具體器件，鎖定管腳，完成適配后下

30、項(xiàng)目文件，選擇具體器件，鎖定管腳，完成適配后下載至載至FPGA DSP開發(fā)板中。開發(fā)板中。 在在FPGA DSP開發(fā)板上加入高頻信號源，驗(yàn)證開發(fā)板上加入高頻信號源，驗(yàn)證IIR濾濾波器的高通濾波效果。波器的高通濾波效果。第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 7.3 在QuartusII中使用IIR濾波器IP核 從上面的流程來看，雖然借助DSP Builder中豐富的DSP功能模塊和MATLAB強(qiáng)大的計(jì)算環(huán)境，不再需要關(guān)心DSP模塊的具體實(shí)現(xiàn)過程，也就不會陷入復(fù)雜的濾波器設(shè)計(jì)算法，從而大大簡化了IIR濾波器的設(shè)計(jì)過程。但是，以上述設(shè)計(jì)方法得到的IIR濾波器，在資源利用上和性能上

31、往往不是最優(yōu)的。第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 同F(xiàn)IR Filter Core一樣，Altera以及其它FPGA廠商也提供了IIR Filter Core。 IIR Filter Core同F(xiàn)IR Filter Core一樣，與DSP Builer相結(jié)合，可以在Simulink環(huán)境中使用(圖7-11)。 IIR濾波器核在DSP Builder中的使用，與FIR濾波器核大致是相同的，因此本節(jié)就不再一一詳述了。 IIR濾波器核除了與DSP Builder可以銜接開發(fā)之外，也可以在QuartusII中直接使用。由于在前文中沒有詳細(xì)提及在QuartusII中使用IP Cor

32、e，因而在這里加以介紹。第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 圖圖7-11 IIR Core模塊模塊第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 7.3.1 配置配置QuartusII以便使用以便使用IIR濾波器核濾波器核 首先，必須確認(rèn)首先，必須確認(rèn)IIR濾波器核濾波器核(IIR Compiler)和和QuartusII是否安裝。是否安裝。 打開打開QuartusII集成環(huán)境，新建一個(gè)項(xiàng)目。選擇菜單集成環(huán)境，新建一個(gè)項(xiàng)目。選擇菜單“Assignments”“Settings”，打開，打開QuartusII的設(shè)的設(shè)置對話框，在對話框的左側(cè)選擇置對話框，在對話框的

33、左側(cè)選擇“User Libraries(用戶用戶庫庫)”，見圖，見圖7-12。第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 圖圖7-12 設(shè)置用戶庫設(shè)置用戶庫第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 7.3.2 使用使用IIR濾波器核濾波器核 首先完成首先完成IIR濾波器核的安裝配置，然后按照第濾波器核的安裝配置，然后按照第2章章給出的相類似的方法，定制使用給出的相類似的方法，定制使用IIR濾波器核。具體步濾波器核。具體步驟如下：驟如下： 1. 打開打開MegaWizard Plug-In Manager 選擇菜單選擇菜單“Tools”“MegaWizard Plu

34、g-In Manager”，接著打開，接著打開MegaCore向?qū)?。在窗口的左?cè)向?qū)?。在窗口的左?cè)選中選中“IIR Compiler”，在右側(cè)選擇實(shí)現(xiàn)時(shí)的，在右側(cè)選擇實(shí)現(xiàn)時(shí)的HDL類型，類型，并輸入生成并輸入生成IIR濾波器核的名字濾波器核的名字(見圖見圖7-13)。 第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 圖圖7-13 選擇選擇IIR Core第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 2. 選擇選擇IIR濾波器結(jié)構(gòu)濾波器結(jié)構(gòu) 在前文中已經(jīng)提到，常用的在前文中已經(jīng)提到，常用的IIR濾波器結(jié)構(gòu)共有三種：濾波器結(jié)構(gòu)共有三種：直接型直接型(Direct Form)，

35、級聯(lián)型，級聯(lián)型(Cascaded)和并聯(lián)型和并聯(lián)型(Parallel)。 Altera的的IIR濾波器核對這三種濾波器核對這三種IIR結(jié)構(gòu)都是支持的。結(jié)構(gòu)都是支持的。圖圖7-14是是IIR濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)置對話框，在這里我們選擇濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)置對話框，在這里我們選擇了級聯(lián)型進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，濾波器階數(shù)設(shè)為了級聯(lián)型進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，濾波器階數(shù)設(shè)為8。 圖圖7-15、圖、圖7-16分別表示了另外兩種濾波器結(jié)構(gòu)的分別表示了另外兩種濾波器結(jié)構(gòu)的計(jì)算公式和結(jié)構(gòu)。計(jì)算公式和結(jié)構(gòu)。第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 圖7-14 IIR濾波器結(jié)構(gòu)第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 圖圖7

36、-15 直接直接型型IIR結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 圖7-16 并聯(lián)型IIR結(jié)構(gòu) 第第7 7章章 IIRIIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 3. 導(dǎo)入濾波器系數(shù)導(dǎo)入濾波器系數(shù) 由于由于IIR濾波器系數(shù)的計(jì)算要比濾波器系數(shù)的計(jì)算要比FIR濾波器復(fù)雜得多，濾波器復(fù)雜得多，對于對于Altera的的IIR濾波器核，其系數(shù)計(jì)算需要通過其它濾波器核，其系數(shù)計(jì)算需要通過其它工具進(jìn)行，比如可以使用工具進(jìn)行，比如可以使用MATLAB的的FDATool來完成，來完成，再通過圖再通過圖7-17的對話框?qū)氲膶υ捒驅(qū)?通過文件通過文件)。系數(shù)導(dǎo)入后，。系數(shù)導(dǎo)入后，IIR Compiler可以顯