基于谐波检测中的数字低通滤波器的MATLAB设计

　　Scopel显示的是50Hz正弦波，Scope2显示的是50Hz叠加上250Hz、350Hz正弦波后的波形，Scope显示的是通过我们设计的低通滤波器后的波形，对比图3(a)、(b)可以看出，滤波后的波形保留了50Hz的信号，且略有延迟，并将高频部分有效地滤除，说明设计的滤波器符合要求。

　　3 数字低通滤波器FPGA实现

　　数字滤波器的实现方法一般有以下几种：

　　(1)采用加法器、乘法器、延时器设计专用的滤波电路。

　　(2)在通用计算机系统中加上专用的加速处理机设计实现。

　　(3)用通用的可编程DSP芯片实现。

　　(4)用专用的DSP芯片实现。在一些特殊的场合，要求的信号处理速度极高，用通用DSP芯片很难实现。这种芯片将相应的滤波算法在芯片内部用硬件实现，无需进行编程。

　　(5)采用FPGA/CPLD设计实现。

　　在上述几种方法中，第(2)种方法的缺点是速度较慢，一般可用于DSP算法的模拟。第(1)、(4)种方法专用性强，应用受到很大的限制。第(3)、(5)种方法都可以通过编程来实现各种数字滤波，使用DSP器件实现虽然简单，但由于程序顺序执行，执行速度必然不快。FPGA有着规整的内部逻辑阵列和丰富的连线资源，特别适合于数字信号处理任务，相对于串行运算为主导的通用DSP芯片来说，其并行性和可扩展性更好。但长期以来，FPGA一直被用于系统逻辑或时序控制上，很少有信号处理方面的应用，其原因主要是因为在FPGA中缺乏实现乘法运算的有效结构。现在这个问题得到了解决，使FPGA在数字信号处理方面有了长足的发展。

　　文献中是在MATLAB中设计出数字低通滤波器后，得到其系统函数H(z)的系数，然后将系数转换为二进制，再利用VHDL语言进行编程，而编程的过程非常繁琐。

　　本文利用FDATool可以直接得到VHDL文件，在其菜单栏中的选择FargetsGenerate HDL，在打开的界面中选择VHDL file，建立文件名为filter.vhd，同时可以得到测试文件filter tb.vhd。利用QuartusII软件打开以上文件进行编译、综合，最后将其下载到FPGA中即可实现低通滤波器的功能。

　　4 结束语

　　本文利用Matlab中的FDATool实现了IIR数字低通滤波器的设计及仿真，设计过程简单、直接，大大缩减了设计开发的时间。采用FPGA进行滤波器的硬件设计，能够达到谐波检测实时性和准确性的要求，为电力有源滤波器谐波检测中低通滤波器的设计提供了参考。同时在实际应用中，可以方便地对滤波器参数进行修改，很容易实现其他各种滤波器的设计，具有一定的工程设计参考价值。