基于Matlab&Dsp-Builder的DSP系统设计技术

2010-12-1现代数字系统设计1一、Matlab/DSPBuilder设计流程二、FIR数字滤波器设计三、DDS设计第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术四、m序列发生器五、DSPBuilder设计规则六、DSPBuilder库2010-12-1现代数字系统设计2DSPBuilder是Altera公司提供的一种DSP系统设计工具，算法级、图形化的设计工具。它是Mathworks公司的Matlab/Simulink设计工具和QuartusII设计工具之间的一个桥梁，把Matlab/Simulink中的DSP设计转化为HDL文件，在QuartusII中实现到具体的器件中。„SupportsthefollowingAlteradevicefamilies:●Stratix,StratixII,andStratixGXdevices●CycloneandCycloneIIdevices●APEX™II,APEX20KC,andAPEX20KEdevices●Mercury™devices●ACEX®1Kdevices●FLEX®10KandFLEX6000devices第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术2010-12-1现代数字系统设计3■SupportstheSignalTap®IIlogicanalyzer■IncludesblocksthatyoucanusetobuildcustomlogicthatworkswithNios®IIandotherSOPCBuilderdesigns■Includesastatemachineblock■AutomaticallygeneratesaHDLtestbenchorQuartusIIVectorFile(.vec)fromMATLABandSimulinktestvectors■AutomaticallystartsQuartusIIcompilation■Providesavarietyoffixed-pointarithmeticandlogicaloperatorsforusewiththeSimulinksoftwareDSPBuilderSoftwareRequirements:■MATLABversion6.5orhigher■Simulinkversion5.0or5.1■Quartus®IIversion4.1orhigher第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术2010-12-1现代数字系统设计4一、Matlab/DSPBuilder设计流程MATLABSimulink建立模型Simulink建立仿真mdl转成VHDL综合（QuartusIILeonardoSpectrumSynplify）ATOMNetlist生成QuartusII适配综合（QuartusIILeonardoSpectrumSynplify）QuartusIIModelsim仿真Pof/sof文件下载SignalTap测试第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术自动流程手动流程2010-12-1现代数字系统设计5¾自动设计流程①Matlab/Simulink建模。②系统仿真。③完成VHDL转换、综合、适配、下载。④嵌入式逻辑分析仪测试。¾设计手动流程①Matlab/Simulink建模。②系统仿真。③完成VHDL转换、综合、适配、下载。④ModelSim对Testbench仿真。⑤QuartusII适配。⑥QuartusII顺序仿真。⑦引脚分配。⑧下载⑨嵌入式逻辑分析仪测试。第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术2010-12-1现代数字系统设计6第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术¾设计举例：正弦波发生器设计1sin1(21)sin2()MoutMDtω−−=−+2outftθπ=2outclkfTθπΔ=M位输出数字量：单极性输出正弦相位：单位时钟相位变化：2/outclkffπ=输出频率：(N位表地址)2outclkffθπΔ=22NπθΔ=12clkNf=11(21)sin(2)2MoutMftπ−−=−+2010-12-1现代数字系统设计7第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术电路结构：电路波形：2010-12-1现代数字系统设计8第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术1.设计模型建立：①打开Matlab。②建立工作库：cdf:/mkdir/dsp_testcd/dsp_test③启动Simulink：simulink④建立模型文件(.mdl)：sinwave.mdl⑤放置SignalCompiler组件。2010-12-1现代数字系统设计9⑥放置IncrementDncrement模块(递增/递减)：第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术功能：产生增/减计数序列；输出类型：有/无符号整数，有符号小数；设置：递增、无符号、8位、Inc_count。⑦放置LUT模块(查找表)：功能：产生ROM表，是一维矢量数组；总线类型：有/无符号整数，有符号小数；数组定义：初始值:增量:终值；设置：10位无符号、8位地址、511*sin([0:2*pi/(2^8):2*pi])+512。2010-12-1现代数字系统设计10第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术⑧放置Output模块(输出)：功能：形成输出端口等；总线类型：有/无符号整数，有符号小数、信号位；设置：10位无符号。⑨放置仿真Scope模块(示波器)：10.放置仿真clock模块(时钟)：2010-12-1现代数字系统设计11第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术2.Simulink仿真：仿真时间固定步长没有连续状态2010-12-1现代数字系统设计12第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术3.用SignalCompiler转换设计：①设计模型分析：双击，将Simlink转化为VHDL。器件选择点击转换VHDL2010-12-1现代数字系统设计13第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术②SignalCompiler转化成功：SignalTap仿真结果：2010-12-1现代数字系统设计14现场演示(1)正弦信号发生器2010-12-1现代数字系统设计15三、DDS设计DDS是一种新型的频率合成技术，具有高的频率分辨率、快速的频率切换，易实现频率、相位、幅度的数控调制。¾DDS原理M位输出数字量：11sin(21)sin(22)MutMoutoDftπ−−=−+输出正弦波频率：(频率控制字K、累加器字长N)K2Ntkouclff=频率分辨率：min2clkNffΔ=频率控制字计算：2NoutclkfKf=第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术2010-12-1现代数字系统设计16¾DDS结构图：第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术2010-12-1现代数字系统设计17¾DDS设计模型：¾设计模型说明：‡控制字：16位无符号‡Delay：同步、寄存‡AltBus：内部节点，限定累加器20位‡BUS转换：20转8位第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术2010-12-1现代数字系统设计18第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术¾单极性输出：BUSTYPE：SignedInteger511*sin([0:2*pi/(2^8):2*pi])[phone]现代数字系统设计19第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术¾双极性输出：BUSTYPE：SignedInteger511*sin([0:2*pi/(2^8):2*pi])2010-12-1现代数字系统设计20现场演示(2)DDS信号发生器2010-12-1现代数字系统设计21二、FIR数字滤波器设计FIR(有限冲击响应)滤波器在数字通讯系统中被大量使用，可以实现LPF、BPF、抗混叠、抽取、内插等等。¾FIR滤波器原理对于FIR滤波器系统，系统函数可以表示为：0();MkkkHzbz−==∑基本FIR滤波器可用下式表示：10()()();Llynhixni−==−∑x(n)输入序列、h(i)滤波器系数、L阶数、y(n)输出序列第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术2010-12-1现代数字系统设计22¾三阶FIR滤波器设计()((0)()(1)(1)(2)(2)(3)(3));qynChxnhxnhxnhxn=+−+−+−输出序列:结构图:Z－1Z－1Z－1h(0)h(1)h(2)h(3)x(n)y(n)Cq:量化因子、h(0)=63、h(1)=127、h(2)=127、h(3)=63第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术2010-12-1现代数字系统设计23设计模型:第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术2010-12-1现代数字系统设计24第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术模块参数设置:InputBUSType：SignedInteger位数：9Name：inputDelayDepth：1GainPipeline：2ClockPhaseSelection：1Numberofpiplinestages0ParallelAdderSubtractor输入数：4Add(+)Sub(-)：++++Pipeline：onClockPhaseSelection：1outputBUSType：SignedIntegerNodeType：OutputPort位数：9Name：output2010-12-1现代数字系统设计25•现场演示（3）16阶FIR滤波器设计2010-12-1现代数字系统设计26第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术¾幅度调制：载波信号：()cos()ccmcVtVtω=调制信号：()cos()mVtVtΩΩ=Ω调幅信号：(1cos())cos()ocmcVVmttω=+Ωm：调制系数2010-12-1现代数字系统设计27第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术设计模型：2010-12-1现代数字系统设计28第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术模型仿真结果：m*＝2m*＝3作业：利用DSPBuilder设计一个能输出调频信号的DDS发生器。要求：调制信号由外部输入，载波频率为100kHz，最大频偏30kHz。LH6幻灯片28LH6到此LiHong,2005-12-52010-12-1现代数字系统设计29第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术四、m序列发生器许多数字通信理论的结论都基于这样一个假设：原始的信源信号为0、1等概并相互独立的随机数字序列。同样，实际数字通信系统的设计，也是基于相同假设。而数字基带信号由于载有信息，在时间上一般是不均匀的，这样不利于数字信号的传输。可以通过加扰（随机化）处理，使信号频谱在通带内平均化，接收端再进行解扰，恢复原来信号。m序列是一种伪随机序列。可以用于加扰、误码检测等。2010-12-1现代数字系统设计30第六章基于Matlab/DSPBuilder的DSP系统设计技术¾m序列原理m序列可以由线性反馈移位寄存器产生(LinearFeedbackShiftRegisters，LFSR)，其原理方框图：-11-12-13n-1-1n输出kk-1k-2k-3k-n+1k-n每级移位寄存器的输出被反馈系数Ci加权（Ci可以取1或0），经“模2和”运算再反馈到