使用matlab产生待滤波信号并编写testbench进行仿真分析

本讲使用matlab产生待滤波信号，并编写testbench进行仿真分析，在Vivado中调用FIR滤波器的IP核进行滤波测试，下一讲使用两个DDS产生待滤波的信号，第五讲或第六讲开始编写verilog代码设计FIR滤波器，不再调用IP核。

本例使用上一讲的FIR滤波器IP核工程。

matlab与FPGA数字滤波器设计（2）——Vivado调用IP核设计FIR滤波器

matlab与FPGA数字滤波器设计（1）——通过matlab的fdatool工具箱设计FIR数字滤波器

1. 新建仿真文件

（1） Simulation Sources -》 sim_1 -》右键 Add Sources；

（2） Add or Create Simulation Sources，新建仿真文件 fir_ip_tb；

2. 编写testbench

（1） 例化加入的IP核，其中：

输入时钟引脚为 clk，设置为32MHz（此处暂时还未设定频率）；

输入数据引脚为data_in，位宽16-bit，表示待滤波数据；

输出数据引脚为data_out，位宽40-bit，表示滤波后的数据；

输出数据有效信号引脚data_out_valid，位宽1-bit，输出状态，为高电平时表示输出的data_out有效；

输入数据准备好信号引脚data_in_ready，位宽1-bit，输出状态，为高电平时表示准备好接收输入数据；

输入有效信号S_AXIS_DATA_0_tvalid，为1时表示输入信号有效，为0时即使有输入信号data_in到 fir 的 ip 核 ，ip 核也不做处理，此处直接让其恒为1，输入数据恒有效；

总结，需要给ip核输入的数据目前只有两个，一个是时钟，一个是待滤波数据。

（2） 产生32MHz时钟信号；

初始 initial 时设置时钟信号clk为低电平0，always 表示一直执行，#16表示每隔16 ns（单位是在仿真文件开头自动有定义ns）时钟取反一次，即每隔 16ns 时钟 0/1间隔变化，相当于32ns一个时钟周期，约等于32MHz；

3. 产生待滤波数据data_in

（1） 编写matlab程序，产生两个信号0.5MHz和5MHz，采样频率32MHz，采样5个周期，进行16-bit量化，并把量化后的数据写到 .txt 文件中；

可以看到，在 0.5MHz 和 5MHz处有两个峰，表示抽样后的两个信号，经过滤波器之后，5MHz 信号被滤除，只剩下 0.5MHz 信号，蓝色框内可以看到，在 3MHz 以后滤波器的响应已经低于 -80dB，相当于滤波后的幅度是滤波前的1/10000，滤波效果很好。

使用 32MHz 的采样时钟采样 0.5MHz 待滤波信号（相当于0.5MHz信号叠加了5MHz噪声），每个周期采样 64 个点，在testbench中读取一个周期的64个点，重复30个周期得到30个周期的输入待滤波信号给FIR滤波器；

4. 仿真结果分析

点击1处开始仿真，Vivado中一般默认只会仿真1us，这时候只看到了初始化的一部分，是看不到后续结果的，点击2处进行仿真，会将所有的仿真步骤完成，执行到上图中第64行的 $stop 语句停止仿真；

5. 仿真结果分析

（1） data_out_valid：初始为0，在1.872 ns跳变为1，输出数据开始有效，在为0的那段时间输出数据data_out无效，这段时间内是FIR的IP核进行一些内部的配置和初始化；

（2） 更改数据表示模式

对data_in，右键设置其数据格式Radix为有符号的十进制数（Signed Decimal），设置其波形为模拟波形（Analog）;

对 data_out 同样设置；

对 Pattern 设置 无符号十进制，不需要设置波形。

（3） 点击放大缩小可以查看整个仿真的效果

通过下面几图，可以看到仿真效果很好，5MHz高频噪声滤除干净，肉眼观察不出来。

（4） Matlab数据分析

肉眼观察时域的仿真图无法得知高频噪声具体被滤掉了多少，是否还混有噪声，此时需要将滤波后的数据按照前文读取仿真数据的方式，将仿真得到的滤波后的数据写入.txt文件，再通过 matlab 读取 FPGA 滤波后的数据并进行FFT 频谱分析，通过频域的波形来观察滤波效果，通过 matlab 仿真，可以看到高频信号的确被滤除。

下一讲使用两个 DDS 产生待滤波的信号，结合FIR滤波器搭建一个信号产生及滤波的系统，并编写testbench进行仿真分析。
编辑：lyn