時序控制單元是設(shè)計的核心部分。AFCLK作為整個FIR濾波器系統(tǒng)的啟動信號，此模塊檢測到AFCLK上升沿到來時會進行以下幾個步驟的處理：(1)首先啟動WEN寫使能信號把當(dāng)前DIN寫入緩存中，寫地址WRADDER累加一次。(2)然后啟動讀地址計數(shù)器RDADDER開始進行1 024次計數(shù)，同時把信號緩存和系數(shù)ROM中的數(shù)據(jù)送到乘加器中做1 024乘加運算，RST的作用是在第一個有效數(shù)據(jù)到來時進行累加器清零，RST_EN的作用是在完成1 024次運算時，準(zhǔn)確地把結(jié)果鎖存到輸出端口，如圖6所示。

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因為語音信號數(shù)據(jù)位寬是16位，經(jīng)過1 024次乘加，和濾波器系數(shù)是32位整型量化處理的所有最終結(jié)果要做必要的量化處理，以得到正確的結(jié)果。

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經(jīng)過編譯綜合后，發(fā)現(xiàn)占用邏輯單元158，僅占EP3C5邏輯單元的3%，RAM單元約占12%，9位乘法器4個，如圖7所示，效果理想。

4 FPGA數(shù)字濾波器功能仿真驗證

QuartusII不支持Testbench，采用*.vwf文件進行仿真需要手工輸入激勵，人工檢查輸出結(jié)果，此程序反饋，且效率較低。由于Quartus II的工程文件都是文本文件，所有的數(shù)據(jù)都以文件形式存儲，所以可以編寫文本過濾程序，將文本文件中的有用數(shù)據(jù)提取出來，然后進行后期處理，既提高了靈活性，又提高了效率。

QuartusII支持*.vwf、*.vec等激勵輸入，由于*.vec的文本操作性優(yōu)于*.vwf文件，所以文中選擇*.vec文件作為激勵輸入。使用Matlab產(chǎn)生8 000 Hz速率800 Hz，1000 Hz，1 300 Hz共3種頻率的混合信號的仿真樣本序列，帶入到QuartusII中進行仿真，產(chǎn)生的仿真文件再導(dǎo)出到Matlab中進行顯示，結(jié)果如圖8所示。

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由圖中可以看出，經(jīng)過FPGA濾波過后，800 Hz和1 300 Hz的信號都被濾波器濾除，僅有1 000 Hz信號保留。

5 結(jié)束語

通過設(shè)計實例，介紹了高速串行多階FIR濾波器的設(shè)計思路和流程。仿真結(jié)果說明，FPGA在FIR數(shù)字濾波器實現(xiàn)方面相比通用和專用DSP芯片具有更靈活的使用方法，可以做到速度和邏輯資源占用方面的均衡。