基于Verilog语言的FIR滤波【程序和理解】

最新推荐文章于 2025-06-03 18:07:27 发布

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文章标签： matlab php

本文分享了一个简单的FIR滤波器设计过程，适合FPGA初学者。通过MATLAB设计8阶低通FIR滤波器，导出滤波器系数，并在QuartusII中编写Verilog代码实现。详细介绍了系数量化、滤波器结构及延时链、加法和乘法器的Verilog实现，最后讨论了根据输入数据位宽调整设计的方法。

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一直想找一个简单、清晰、明了的fir滤波器的设计，终于找到了一个可以应用的，和大家分享一下，有助于FPGA新手入门。

1.说道fir滤波器，滤波系数肯定是最重要的，因为后面程序中涉及到滤波系数问题，所以先来介绍，此处使用matlab来辅助求出。

①打开matlab中的start，toolbox，filter design，filter design & Analysis Tool，具体位置见下图。

②选择想要涉及的滤波器类型，本次以8阶fir滤波器为例。

设计参数：低通fir滤波器，采样精度是根据自己的输入数据来的，本例为25MHz，通过频率2MHz，截止频率8MHz，可以在specify order处选择几阶滤波器。

③把滤波器数据导出，选择export，在随后弹出的框中再次点击Export（本步骤可以改变数据的变量名），就可以看到命名为Num的滤波器系数出现在目录里。

④在matlab框中输入指令Num=Num'

可以看到如下结果，这个就是滤波器的系数了，新建一个txt文件，命名如图，把滤波器系数复制进去。

⑤编写matlab程序，进行系数量化。

运行下面一段程序，生成的COF就是最后的量化数据，记录这组数据。

clc;
clear all ;
load COFFICIENT.dat;%加载系数
a1=COFFICIENT(1:1:length(COFFICIENT));
width = 16;%数据宽度8位
% 量化滤波器系数
COF = round(a1 .* (2^(width-1) - 1));%量化正弦波形数据并取整

2.在quartusII中建立一个工程，新建一个fir_filter模块，把我们计算出来的滤波器系数写在程序里面

整体程序如下：

`timescale 1 ns / 1 ns

module fir_filter
               (
                i_fpga_clk ,
                i_rst_n    ,
                i_filter_in,
                o_filter_out
                );

input                   i_fpga_clk  ; //25MHz
  input                   i_rst_n     ;
  input   signed      [7:0] i_filter_in ; //数据速率25Mh
  output  signed      [7:0] o_filter_out; //滤波输出

//==============================================================
//8阶滤波器系数，共9个系数，系数对称
//==============================================================
  wire signed[15:0] coeff1 = 16'd239 ;
  wire signed[15:0] coeff2 = 16'd1507;
  wire signed[15:0] coeff3 = 16'd4397;
  wire signed[15:0] coeff4 = 16'd7880;
  wire signed[15:0] coeff5 = 16'd9493;

//===============================================================
// 延时链
//===============================================================
reg signed [7:0] delay_pipeline1 ;
reg signed [7:0] delay_pipeline2 ;
reg signed [7:0] delay_pipeline3 ;
reg signed [7:0] delay_pipeline4 ;
reg signed [7:0] delay_pipeline5 ;
reg signed [7:0] delay_pipeline6 ;
reg signed [7:0] delay_pipeline7 ;
reg signed [7:0] delay_pipeline8 ;

always@(posedge i_fpga_clk or negedge i_rst_n)
       if(!i_rst_n)
                begin
                    delay_pipeline1 <= 8'b0 ;
                     delay_pipeline2 <= 8'b0 ;
                     delay_pipeline3 <= 8'b0 ;
                     delay_pipeline4 <= 8'b0 ;
                     delay_pipeline5 <= 8'b0 ;
                     delay_pipeline6 <= 8'b0 ;
                     delay_pipeline7 <= 8'b0 ;
                     delay_pipeline8 <= 8'b0 ;
                end
       else
                begin
                    delay_pipeline1 <= i_filter_in     ;
                     delay_pipeline2 <= delay_pipeline1 ;
                     delay_pipeline3 <= delay_pipeline2 ;
                     delay_pipeline4 <= delay_pipeline3 ;
                     delay_pipeline5 <= delay_pipeline4 ;
                     delay_pipeline6 <= delay_pipeline5 ;
                     delay_pipeline7 <= delay_pipeline6 ;
                     delay_pipeline8 <= delay_pipeline7 ;
                end

//================================================================
//加法，对称结构，减少乘法器的数目
//================================================================
reg signed [8:0] add_data1 ;
reg signed [8:0] add_data2 ;
reg signed [8:0] add_data3 ;
reg signed [8:0] add_data4 ;
reg signed [8:0] add_data5 ;

always@(posedge i_fpga_clk or negedge i_rst_n) //x(0)+x(8)
       if(!i_rst_n)
           add_data1 <= 9'b0 ;
       else
           add_data1 <= i_filter_in + delay_pipeline8 ;

always@(posedge i_fpga_clk or negedge i_rst_n) //x(1)+x(7)
       if(!i_rst_n)
           add_data2 <= 9'b0 ;
       else
           add_data2 <= delay_pipeline1 + delay_pipeline7 ;

always@(posedge i_fpga_clk or negedge i_rst_n) //x(2)+x(6)
if(!i_rst_n)
add_data3 &l