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【经验分享】STM32H7的FIR带阻滤波器实现(支持逐个数据的实时滤波)

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STMCU小助手 发布时间:2021-12-31 18:00
40.1 初学者重要提示
$ p7 c' C1 ]( q/ E. ^. \" s/ g1、  本章节提供的带阻滤波器支持实时滤波,每次可以滤波一个数据,也可以多个数据,不限制大小。但要注意以下两点:  c" H$ v3 h: z6 W( e8 u; J5 J
0 Z' o- Y$ _5 V
  所有数据是在同一个采样率下依次采集的数据。
+ F1 G& q, Q1 U$ s1 Y7 s+ R4 g  每次过滤数据个数一旦固定下来,运行中不可再修改。' m0 z/ y: @* ^$ m" f# E% |
2、  FIR滤波器的群延迟是一个重要的知识点,详情在本教程第41章有详细说明。2 i, C- V+ g+ c, g4 P

3 i7 }; b+ i/ u- X$ h6 H40.2 带阻滤波器介绍
3 L! a7 K6 P6 d减弱一个范围内的频率信号通过,让范围之外的频率信号通过。比如混合信号含有50Hz + 200Hz + 400Hz信号,我们可通过带通滤波器,让50Hz + 400Hz信号通过,而阻止200Hz信号通过。" C6 p  A$ m& Q6 h0 R

3 }7 B0 l: w6 t: T3 F4 L* X$ f
eb07af4703783e5f46e002099968ab94.png
0 {8 h$ P( ~, n$ g0 G

; U- D& r- `. x$ g0 T# w2 I; D40.3 FIR滤波器介绍
: ~0 i+ \$ r* [  }) b9 z1 ~0 KARM官方提供的FIR库支持Q7,Q15,Q31和浮点四种数据类型。其中Q15和Q31提供了快速算法版本。6 k9 X% U. @+ M8 A5 ~5 I

5 K7 l) h) q3 }2 UFIR滤波器的基本算法是一种乘法-累加(MAC)运行,输出表达式如下:
9 w& @5 L  N" I0 U. Y5 [! O. m( s; V2 h9 y7 s* [# q
y[n] = b[0] * x[n] + b[1] * x[n-1] + b[2] * x[n-2] + ...+ b[numTaps-1] * x[n-numTaps+1]
- N: m3 t2 `, E
2 }( ?$ ?2 _6 q8 P( d结构图如下:
6 H6 h# J- y6 X+ I# }4 l3 D2 y8 f- h' t$ a' a7 f
90e8ce626ba20176e8f8a370fe3d3a24.png
6 s1 M! L: Y3 J* L2 V5 }; k& f

) r* s% I% U& U. t) E( b& z9 M& y5 f. d9 X* U* n8 z
& A/ @- H+ G- f5 H
这种网络结构就是在35.2.1小节所讲的直接型结构。
$ E% z8 Z0 y: V7 P0 D/ P" q* s+ ]' G
40.4 Matlab工具箱filterDesinger生成带阻滤波器C头文件- A  p# k- p$ o8 g# ~
下面我们讲解下如何通过filterDesigner工具生成C头文件,也就是生成滤波器系数。首先在matlab的命窗口输入filterDesigner就能打开这个工具箱:( X  s. Y. N! H+ T7 {
+ W# s% N, Q: Q: B
5e14332b29b2594dc996e0064ae98798.png
( P2 m4 E* c7 U" q5 J/ q

: L1 t$ }- s7 E. S8 kfilterDesigner界面打开效果如下:4 j3 O0 t; ^% @3 ~( s+ c$ i, O/ G

$ _; {6 }1 I* V7 w* Q
d1a63d0da79f50ac93f367c073710727.png
" J1 d: Q( d3 ]/ m& w0 N

4 C# V) B9 H8 k2 w8 ~; g. qFIR滤波器的低通,高通,带通,带阻滤波的设置会在后面逐个讲解,这里重点介绍设置后相应参数后如何生成滤波器系数。参数设置好以后点击如下按钮:
; ]. `9 K: y7 i6 |$ d. d; ~. ?6 O
5 D% |2 M6 a9 I% z, p+ ^
35d982a9816fc3b4e4b3df474c264710.png

% H2 P2 |" M' O- ~
! N9 X8 V6 a: b  t点击Design Filter按钮以后就生成了所需的滤波器系数,生成滤波器系数以后点击filterDesigner界面上的菜单Targets->Generate C header ,打开后显示如下界面:" t# h  ]7 ~9 z- w0 a' h
8 Q5 b. ?* S0 e& n3 |' T* B0 a' N
220bb228e2f80fce9805e85e75e61d15.png

4 n9 W/ y/ ]& |8 W) V) N! X( l% x3 M! M
然后点击Generate,生成如下界面:
, U  K9 W& q, I/ ?' K5 J# h; H" S* B+ H% @8 l- b! T; A  x5 h2 M
84a01de7e8391be7a8456ac6ad24f23e.png
0 ?- i: ]$ \9 w" a; k

; u0 t: B; B; @8 l6 n' {再点击保存,并打开fdatool.h文件,可以看到生成的系数:
- ^  d4 S  k7 Z% c: v9 ~
- G% \. `0 R  v
  1. /*
    . L9 S* h& K4 j2 D' X
  2. * Filter Coefficients (C Source) generated by the Filter Design and Analysis Tool
    ( J& S6 A4 k! K+ Y: y
  3. * Generated by MATLAB(R) 9.4 and Signal Processing Toolbox 8.0.) e) l* E/ T1 ~) [4 d7 }) L
  4. * Generated on: 20-Jul-2021 12:19:30
    % R4 G( C3 H" j6 F
  5. */$ k2 e9 O6 B, T& n" N0 P

  6. , G3 H8 Q8 @3 X( U+ z9 g$ @
  7. /*& X' y" z0 z# B4 ^" t8 D
  8. * Discrete-Time FIR Filter (real)
    * m! c" Y! h0 C& W! p: U
  9. * -------------------------------* d! n# P( [! J" P
  10. * Filter Structure  : Direct-Form FIR; r9 M7 R) ]1 K1 C$ ^" L  t# R
  11. * Filter Length     : 517 y/ X* P7 K  K
  12. * Stable            : Yes
    5 D* s0 S# E3 n2 ]' M
  13. * Linear Phase      : Yes (Type 1)& z8 n# i7 ]9 C" B% t% w
  14. */
    8 J! j7 o1 ^1 q' K7 @1 Z; E
  15. ' ]5 T  i' y! Y1 _
  16. /* General type conversion for MATLAB generated C-code  */
      a! \9 s% v" }' P5 E1 G5 x7 ~
  17. #include "tmwtypes.h"" n- k/ ~" O  N: B
  18. /*
    - X: b1 q  a: h, }' F* V: |
  19. * Expected path to tmwtypes.h
    ! C+ ?, q) \( l
  20. * D:\Program Files\MATLAB\R2018a\extern\include\tmwtypes.h
    $ P$ Q' {9 g2 t6 Q8 l
  21. */
    + M3 ?3 s- O4 G) w1 Z3 d* u; ?/ B
  22. /*0 F( r: b- \3 G& @9 w
  23. * Warning - Filter coefficients were truncated to fit specified data type.  ; t7 b; @8 U1 n% D4 O5 x
  24. *   The resulting response may not match generated theoretical response.8 ]0 w* V, c+ c& h, B
  25. *   Use the Filter Design & Analysis Tool to design accurate
      c  u  t  y, n8 o' Z# ?2 L
  26. *   single-precision filter coefficients.
    5 q% B) g; B6 t) x# S& d
  27. */& l+ g4 R0 x# N5 R8 K
  28. const int BL = 51;
    8 x* W. B& Q$ D$ N( c/ R- p+ A
  29. const real32_T B[51] = {
    % e2 _% C4 V+ P2 i% i9 {3 I
  30.   -0.0009190982091, -0.00271769613,-0.002486952813, 0.003661438357,   0.0136509249,
    + x. J. j' W( T3 G" p5 @4 m- f3 G) X
  31.     0.01735116541,  0.00766530633,-0.006554719061,-0.007696784101, 0.006105459295,
      s. `" q5 Z4 R$ V& R3 R
  32.     0.01387391612,0.0003508617228, -0.01690892503,-0.008905642666,  0.01744112931,
    0 Q4 Z$ g8 Z$ l4 ?/ q
  33.     0.02074504457,  -0.0122964941, -0.03424086422,-0.001034529647,  0.04779030383,
    - b1 a6 U6 J3 D. l* w" H
  34.     0.02736303769, -0.05937951803, -0.08230702579,  0.06718690693,   0.3100151718,1 y5 r1 e" @' K+ _
  35.      0.4300478697,   0.3100151718,  0.06718690693, -0.08230702579, -0.05937951803,
    6 ~* N' h; ^0 Z, e3 t6 J
  36.     0.02736303769,  0.04779030383,-0.001034529647, -0.03424086422,  -0.0122964941,( G, |& ^8 i+ ?
  37.     0.02074504457,  0.01744112931,-0.008905642666, -0.01690892503,0.0003508617228,' n! L- c+ C  D0 k& j: f
  38.     0.01387391612, 0.006105459295,-0.007696784101,-0.006554719061,  0.00766530633,
    , O0 S/ _; Y  B
  39.     0.01735116541,   0.0136509249, 0.003661438357,-0.002486952813, -0.00271769613,. A0 u6 U1 K" s  w% x2 h; e% ]; I# i
  40.   -0.0009190982091
    ! Z2 P  K. o1 v" [3 e0 Z
  41. };
复制代码
# e3 C3 M9 |  \& ~0 I
上面数组B[51]中的数据就是滤波器系数。下面小节讲解如何使用filterDesigner配置FIR低通,高通,带通和带阻滤波。关于Filter Designer的其它用法,大家可以在matlab命令窗口中输入help filterDesigner打开帮助文档进行学习。& `- G4 a6 R3 a5 P
$ U* c( H$ _( F
2b24513b974f0554c59651f8b94b60da.png

; o% I9 K% u: d, O' x2 \
  P( h+ B/ X# {# `4 ?' F! ?
' ]. O" {2 ?' W* ?: c! D9 N- J
6 B4 D+ d& x* B  P) T. ^- j. x40.5 FIR带通滤波器设计
9 M+ ]- W: _; [# P# K
本章使用的FIR滤波器函数是arm_fir_f32。使用此函数可以设计FIR低通,高通,带通和带阻
( P  o( j3 d& Q4 D2 r
7 J! l5 g) n2 Y" K6 Y滤波器。
5 ^8 b) ]% k( R4 h: t" T$ y/ w! f- o8 ~6 e  z
40.5.1 函数arm_fir_init_f32
+ ]) h4 n! e/ @  r0 @5 ?函数原型:
. A+ m0 i8 l9 X8 v/ k  ?% G7 C6 `4 I6 W5 |2 O
  1. void arm_fir_init_f32(
    % z8 m" O4 }9 b) d
  2.         arm_fir_instance_f32 * S,
    " L! [" {, E1 S% H
  3.         uint16_t numTaps,
    ! K, m, b+ Z/ ]/ D8 c) J3 D
  4.   const float32_t * pCoeffs,3 B7 q) n( L& \) f6 y& i% O
  5.         float32_t * pState,4 I- ~  d# O3 @
  6.         uint32_t blockSize);
复制代码
/ x: F5 H" v7 \6 f3 m5 V+ `
函数描述:' V8 ~6 z8 Q8 y) _( }  g

& P+ H( B4 y' Z. H这个函数用于FIR初始化。
) J3 b8 U1 [! ^0 N
4 j6 `: Y5 R1 e) d  y函数参数:
6 Y4 v3 M6 @& z1 B6 q: L. }$ `. \) C  m; L# ^$ Y
  第1个参数是arm_fir_instance_f32类型结构体变量。
% o" v; v4 P) z( O4 {  第2个参数是滤波器系数的个数。
% R6 }. X8 ]3 x% u  第3个参数是滤波器系数地址。
/ C0 S7 O1 K" p  第4个参数是缓冲状态地址。1 p: x, Z7 ^) N5 @
  第5个参数是每次处理的数据个数,最小可以每次处理1个数据,最大可以每次全部处理完。$ P$ ~! {7 s5 C8 o
注意事项:. U, R& t, W( O. f0 v
, B4 i$ u$ I- \8 S1 E6 D
结构体arm_fir_instance_f32的定义如下(在文件arm_math.h文件):: r3 S* m, K% J' O1 m! ^9 h  Z

7 j" C  G7 O$ o
  1.   typedef struct
    ) I% {& @, `! l) t! }
  2.   {
    3 z5 t! n/ v2 N# u+ P
  3.     uint16_t numTaps;     /**< number of filter coefficients in the filter. */# S* W) b' z$ g; D5 Y) L
  4. float32_t *pState;      /**< points to the state variable array. The array is of length */
    $ X; p! I; @2 i1 O) B( l! c
  5. numTaps+blockSize-1.
    1 t. ^  b. Z) D# Y
  6.     float32_t *pCoeffs;    /**< points to the coefficient array. The array is of length numTaps. */
    - e* W) k0 ^' Q/ P7 E# y3 }" R- [4 A
  7.   } arm_fir_instance_f32;
复制代码

" f; d4 ?6 v) n1、参数pCoeffs指向滤波因数,滤波因数数组长度为numTaps。但要注意pCoeffs指向的滤波因数应该按照如下的逆序进行排列:* u, Q9 I, G8 C3 M  l( o! M

( O( O1 N( X& B+ ]) J* Z  q{b[numTaps-1],  b[numTaps-2],  b[N-2],  ...,  b[1],  b[0]}
) x4 o0 ~/ r1 O' l" f$ t3 N6 @) z  E; O' t( S- l- L  [; C
但满足线性相位特性的FIR滤波器具有奇对称或者偶对称的系数,偶对称时逆序排列还是他本身。
1 m+ ~1 @2 v' f+ T, ~6 y2 q" v2 v- O! [9 m
2、pState指向状态变量数组,这个数组用于函数内部计算数据的缓存。
. x! {/ m) V0 k7 U+ b4 P# }7 Y, u) v6 _
3、blockSize 这个参数的大小没有特殊要求,最小可以每次处理1个数据,最大可以每次全部处理完。
* N. U. ~( F* Y9 ^! K. W1 ?: G3 t0 Z/ q! b5 d1 }( D" z8 a# X
40.5.2 函数arm_fir_f32

0 I! ]+ s$ y9 O9 O* z函数原型:
6 v) c' m& N/ b4 a+ O! T# j: Z# X0 }1 e, e& o" O8 k
  1. void arm_fir_f32(
    2 u' B0 s8 o; J- k
  2. const arm_fir_instance_f32 * S,
    0 |6 h, a0 R4 @+ l. I7 h) ]
  3. const float32_t * pSrc,  P9 @5 \# i/ d0 D' L
  4. float32_t * pDst,& u9 p6 e& v. C& Y* F. Z  P
  5. uint32_t blockSize)
复制代码
) i+ I# S1 u+ K$ x" }
函数描述:- ~" G5 K3 [7 N& i8 \& V1 V+ d

4 K. c1 b$ k8 J9 p# u$ V( N这个函数用于FIR滤波。
1 x2 r7 P7 b! A: [/ v6 P) r( Y  [
% t  Q/ r* ], V& Y. e) o' T9 V/ v函数参数:4 h) A+ o1 \1 e9 Y7 i+ M
, h$ j9 S+ _, {: p& {
  第1个参数是arm_fir_instance_f32类型结构体变量。
: d, e; z1 }, b! R. X  第2个参数是源数据地址。
4 V0 D2 g+ i2 n. J- ^; L  P  第3个参数是滤波后的数据地址。
" C$ y$ [: [, e. q3 E  第4个参数是每次调用处理的数据个数,最小可以每次处理1个数据,最大可以每次全部处理完。2 Y' m* |; J0 S( a: @
. ^1 c8 N9 @+ [6 p7 e% {( r# S- t& V
40.5.3 filterDesigner获取低通滤波器系数" J- |7 f8 L3 M" ]! t/ S! `  q1 i
设计一个如下的例子:
- O* B% _& [- y* H5 k( c/ F. i- Z; s
信号由50Hz正弦波和200Hz正弦波组成,采样率1Kbps,现设计一个带阻滤波器,截止频率125Hz和300Hz,采样1024个数据,采用函数fir1进行设计(注意这个函数是基于窗口的方法设计FIR滤波,默认是hamming窗),滤波器阶数设置为28。filterDesigner的配置如下:/ j1 {1 ~; L* }. p) }6 D8 P1 \

$ X3 h- T3 Y, @* K+ V# ^
c5d13a97f5445a4be6bd0adeda75b3a6.png
/ e$ x4 h5 Y* H8 ~& M
2 h. ~7 v: M2 H4 B) z
配置好带阻滤波器后,具体滤波器系数的生成大家参考本章第4小节的方法即可。
7 {; j4 [0 X: H# v' f1 {, m% Z0 x, p4 J& A& P9 f6 |! @9 M; g* X7 K
40.5.4 带阻滤波器实现- H1 @& M( e# L8 t' ]
通过工具箱filterDesigner获得低通滤波器系数后在开发板上运行函数arm_fir_f32 来测试带阻滤波器的效果。5 I3 A( X' n& H" k  n! p  k# W) B: l

  I: A! g$ y" p# S1 d% {6 x) e: \
  1. #define TEST_LENGTH_SAMPLES  1024    /* 采样点数 */
    0 }$ J% ]- ^. u" R
  2. #define BLOCK_SIZE           1         /* 调用一次arm_fir_f32处理的采样点个数 */9 G7 P* s7 g! ?
  3. #define NUM_TAPS             29      /* 滤波器系数个数 */3 C0 h) T3 F) g1 M! W/ S
  4. 4 t, d1 I( Y7 R
  5. uint32_t blockSize = BLOCK_SIZE;
    & w" V9 s+ \- d7 `: j; y* w( B- Y8 U! R
  6. uint32_t numBlocks = TEST_LENGTH_SAMPLES/BLOCK_SIZE;            /* 需要调用arm_fir_f32的次数 */' Q& Y# {" n+ k' g
  7. 4 T& e( a+ o0 k0 y6 _6 c+ @  \$ l
  8. static float32_t testInput_f32_50Hz_200Hz[TEST_LENGTH_SAMPLES]; /* 采样点 */. c9 ^# W1 q! Y, x
  9. static float32_t testOutput[TEST_LENGTH_SAMPLES];               /* 滤波后的输出 */! |" {0 e: R, h  w$ h# v3 G
  10. static float32_t firStateF32[BLOCK_SIZE + NUM_TAPS - 1];        /* 状态缓存,大小numTaps + blockSize - 1*/% P0 k. B) k. P4 v. D" I

  11. 4 \- y) u* K$ h1 |& a
  12. 0 b9 T" \1 G2 l: H, i/ Y
  13. /* 低通滤波器系数 通过fadtool获取*/  _# N  z! N* p3 j/ H7 @
  14. const float32_t firCoeffs32LP[NUM_TAPS] = {; |0 U  q, k0 L+ P7 I' J) Q4 J
  15.   -0.001822523074f,  -0.001587929321f,  1.226008847e-18f,  0.003697750857f,  0.008075430058f,: V. U2 y& w2 p& X$ n" J' w
  16.   0.008530221879f,   -4.273456581e-18f, -0.01739769801f,   -0.03414586186f,  -0.03335915506f,. ^" i0 _  f2 |9 Y2 l4 v1 Y
  17.   8.073562366e-18f,  0.06763084233f,    0.1522061825f,     0.2229246944f,    0.2504960895f,
    9 v2 [$ `# q, q
  18.   0.2229246944f,     0.1522061825f,     0.06763084233f,    8.073562366e-18f, -0.03335915506f,8 d5 x' E3 |8 t  O( D# z
  19.   -0.03414586186f,   -0.01739769801f,   -4.273456581e-18f, 0.008530221879f,  0.008075430058f,3 L. C, T/ G, Y1 [) [0 N
  20.   0.003697750857f,   1.226008847e-18f,  -0.001587929321f,  -0.001822523074f
    5 a  e5 W( @  ?% w
  21. };/ b$ X7 ~' D7 J0 H$ N$ {$ I
  22. 1 X! W& r4 f+ x

  23. ' i& a. A& F# @6 i8 @+ u- b# ]
  24. /*
    ) Z7 ^) @3 H) z$ S9 L  }8 K
  25. *********************************************************************************************************
    , z( W1 ?) m5 v% Q# S( c. S
  26. *    函 数 名: arm_fir_f32_lp
    9 K% u- z1 F" z# J* F
  27. *    功能说明: 调用函数arm_fir_f32_lp实现低通滤波器" |1 W4 `& L5 d( x' ~# [& N
  28. *    形    参:无
    6 {) B1 K5 C5 |$ }  r- x- |
  29. *    返 回 值: 无
    : y7 c7 i( W7 n2 c1 B$ |
  30. *********************************************************************************************************; z- H7 b* |5 O" X7 z
  31. */6 O2 e1 q# H. D+ x) |, @! a( b
  32. static void arm_fir_f32_lp(void)* p: W1 r2 {8 O" b# [9 E
  33. {
    - T: c/ f$ e3 Y3 E7 d4 \. Q' w
  34.     uint32_t i;
    " k2 l; c% F- d. \% R/ h5 w& T' h" w
  35.     arm_fir_instance_f32 S;
    9 H- @# e0 q6 b* v; c  ~
  36.     float32_t  *inputF32, *outputF32;; e& @$ q' w* `! \( L5 O% I

  37. 6 V( G. K0 K9 M; x& y, u* j' L
  38.     /* 初始化输入输出缓存指针 */
    5 j2 R3 m  m& [& Q8 D" [
  39.     inputF32 = &testInput_f32_50Hz_200Hz[0];
    1 S! R4 F" e7 X' W; J# q; {. B9 S7 H
  40.     outputF32 = &testOutput[0];
    0 @! P2 e+ z. `% O/ i0 p; N

  41. " |- }- I' q! {: T- ~: w4 U* Y
  42.     /* 初始化结构体S */
    2 a6 Z2 i1 z# W# s
  43.     arm_fir_init_f32(&S,                            % D6 g& t% C1 H7 S% V/ i
  44.                      NUM_TAPS, : h( M, f, r  Q8 e) C3 V$ j
  45.                     (float32_t *)&firCoeffs32LP[0], $ @' i: _" T' r. \. _' l$ S% H
  46.                      &firStateF32[0],
    6 a9 p9 I6 Z5 n% J" k
  47.                      blockSize);
    * c. s  g7 s5 H
  48. 5 q. x" Q: X/ h1 k
  49.     /* 实现FIR滤波,这里每次处理1个点 */
    8 J  l2 R/ h! @- ^6 a
  50.     for(i=0; i < numBlocks; i++)% E5 m" z, W9 G8 M
  51.     {
    9 C9 H; {5 n& z& f" f
  52.         arm_fir_f32(&S, inputF32 + (i * blockSize),  outputF32 + (i * blockSize),  blockSize);; A. \7 k7 |* {* G7 ?
  53.     }8 |8 Q$ ~$ W3 y! i1 c9 m

  54. 1 S9 i0 s$ @# F/ W) e) i) y

  55. 6 l3 k/ u% K5 p: `  v
  56.     /* 打印滤波后结果 */
    & X4 A+ _/ N9 M$ ~; u7 S0 v2 X
  57.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    8 Z( B8 r( T8 I) N0 C* K
  58.     {
    6 N# `7 {# a0 t) |" A; B  A
  59.         printf("%f, %f\r\n", testOutput, inputF32);
    " P4 {/ N! @. g0 O
  60.     }0 k& C1 A7 S: v: g
  61. * h2 X$ l* |' @" ^6 {5 H
  62. }
复制代码

4 p( o% v. N) B* R3 V$ r$ S运行如上函数可以通过串口打印出函数arm_fir_f32滤波后的波形数据,下面通过Matlab绘制波形来对比Matlab计算的结果和ARM官方库计算的结果。
8 _7 `. y4 Y; ^% f  R( @7 I
$ }  O7 j: E9 v& T( c对比前需要先将串口打印出的一组数据加载到Matlab中, arm_fir_f32的计算结果起名sampledata,加载方法在前面的教程中已经讲解过,这里不做赘述了。Matlab中运行的代码如下:
  z! \. ?- Z5 S/ G4 E- U, C. r* l! p3 T
  1. %****************************************************************************************
    4 c7 h; ?1 ~0 \7 B: ?/ t  u# C
  2. %                             FIR带阻滤波器设计- v  @# [  t4 r5 W8 ^* }
  3. %***************************************************************************************
    $ R8 E: L# R" }
  4. fs=1000;                  %设置采样频率 1K0 [) I& d% p8 J& }. w
  5. N=1024;                   %采样点数      6 V! F! Y: |+ y2 d! z
  6. n=0:N-1;
    * G8 O7 o! d- {5 n; Y. p
  7. t=n/fs;                    %时间序列
    5 {3 g$ b( R* D- R8 g: h1 S
  8. f=n*fs/N;                  %频率序列; |- x, {; Y5 y3 ~4 p
  9. . }  S! u* c: [# ~# c" C2 P
  10. x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*200*t);       %50Hz和200Hz正弦波混合           
    ! r, W' Y  D- P* o
  11. b=fir1(28, [125/500 300/500], 'stop');   %获得滤波器系数,截止频率125Hz和300,带阻滤波。
    1 G2 H1 Y% z* _& K/ r2 O3 I
  12. y=filter(b, 1, x);                        %获得滤波后的波形  Y# l% f- N. p( v$ Z
  13. subplot(211);3 p' {6 z. C$ L  I+ N' d6 `
  14. plot(t, y);
    5 {9 ?  d1 l2 {! K
  15. title('Matlab FIR滤波后的实际波形');. u% z- i, }4 V* b- L" w; G0 m) B" s# q
  16. grid on;+ m/ j1 ~! ~. X/ ^. p; ^6 @0 a* J

  17. 9 I! o3 u+ ]0 L# s7 d2 L4 j
  18. subplot(212);
    " N4 |* _, i: Z' b9 o
  19. plot(t, sampledata);        %绘制ARM官方库滤波后的波形。: i/ `" y5 [( @+ _
  20. title('ARM官方库滤波后的实际波形');
    . n; K5 E  W2 a8 ?. L
  21. grid on;
复制代码

" |# J9 p- \0 k# W% F/ `! L6 NMatlab运行结果如下:" B' _* X3 ]$ I! y; r

3 u* _) ?0 `6 O+ t2 C
916e866865e182e874925fe4e2fdc08f.png

6 i1 S# t4 W9 f0 Z8 `( D
/ J  n5 d7 k3 {. u% G$ r% Q# ]从上面的波形对比来看,matlab和函数arm_fir_f32计算的结果基本是一致的。为了更好的说明滤波效果,下面从频域的角度来说明这个问题,Matlab上面运行如下代码:, k- j* L# u! P& p9 J4 N2 C! U, r
0 c$ `0 r' G/ r
  1. %****************************************************************************************: d# p$ k0 O% n: e. D8 b
  2. %                             FIR带阻滤波器设计
    5 z+ [4 T& e+ a/ [% U: s
  3. %***************************************************************************************, w4 r5 e  W& ]$ Z# d/ W: l
  4. fs=1000;                   %设置采样频率 1K
    0 X2 E2 m, G5 J4 h" \0 B
  5. N=1024;                    %采样点数      7 c4 |/ `/ v; O. O6 j3 S5 {/ }
  6. n=0:N-1;
    7 _8 k& R- M2 k/ U2 F
  7. t=n/fs;                    %时间序列9 [; N7 z4 F9 K" k  K6 Y
  8. f=n*fs/N;                  %频率序列
    1 r/ B' O, M) v- U. l6 m
  9. 5 M& ~  v; m, [; _
  10. x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*200*t);  %50Hz和200Hz正弦波混合           + m: X( X% N1 [9 o8 j; G
  11. subplot(221);  x0 a, v/ N  ~1 h. Y9 e
  12. plot(t, x);   %绘制信号x的波形                                                
    : s. ?3 I9 I. p3 ]. h% z  U& l
  13. xlabel('时间');: }- A) z7 K- l6 J
  14. ylabel('幅值');
    ( G1 ]& M( w- X9 M/ F
  15. title('原始信号');
    ; S  m8 y4 q' g6 w/ \* b7 V
  16. grid on;
    . w4 K# E+ d4 G% \+ d$ ]( E2 G! i% y

  17. 4 B6 c0 G8 D" a" K! D$ L% Q0 c- A3 g
  18. subplot(222);
    3 k" M# T5 }+ w5 ]! d& R1 m0 ^3 Q
  19. y=fft(x, N);     %对信号x做FFT   
    + @# h2 x% g5 m- R$ p3 N* Q2 ^" v
  20. plot(f,abs(y));" d6 z2 _& L$ X  P+ `  o
  21. xlabel('频率/Hz');
    - L2 a4 q0 p% F
  22. ylabel('振幅');
    - T9 H% z  \2 _- T6 N& X9 L( s
  23. title('原始信号FFT');
    ; [1 h: w: [2 t" w
  24. grid on;
    + s: V! i/ l5 Z) i; }

  25. & S% f  Q; F# f7 b- d+ ~8 k6 U
  26. y3=fft(sampledata, N);       %经过FIR滤波器后得到的信号做FFT
    / L) [* p; ?0 P
  27. subplot(223);                               ) B. }- b3 y  P6 [5 `
  28. plot(f,abs(y3));& P, D) p) u8 X
  29. xlabel('频率/Hz');
    8 [7 S$ |; f( b1 n
  30. ylabel('振幅');+ B' z. D7 }5 T* M
  31. title('滤波后信号FFT');
    ; L& T9 |8 E  V/ |/ l- s' D# f
  32. grid on;* V% \/ `8 L: f$ p, d7 \

  33. / o& r$ U- `# }$ |' a
  34. b=fir1(28, [125/500 300/500], 'stop');  %获得滤波器系数,截止频率125Hz和300Hz,带阻滤波。     - ?% L) R# X8 V0 ~) f9 j# |
  35. [H,F]=freqz(b,1,160);                  %通过fir1设计的FIR系统的频率响应: S. K* a% A6 y* u
  36. subplot(224);
    % Q) r2 ?, P+ A
  37. plot(F/pi,abs(H));             %绘制幅频响应
    & @& `; o" f# v# h" Q$ C
  38. xlabel('归一化频率');        
    - S! C. k. m* b% c( e
  39. title(['Order=',int2str(28)]);+ W' ?5 ^/ o; M' [# u
  40. grid on;
复制代码

9 B6 M9 Q. [# ]6 g( A: oMatlab显示效果如下:
$ F' I0 r3 ~7 z( u" Y2 S  \8 e5 [( r* o5 I
73baea66269631da516a74e98da45b88.png

6 {. j/ v! h% C( ]* t- e! R: u2 t8 B
上面波形变换前的FFT和变换后FFT可以看出,200Hz的正弦波基本被滤除。. p& _7 h4 D7 ^/ |9 m/ }
; k: _: R6 l+ [" X" R
40.6 实验例程说明(MDK)- H3 E' t3 d6 [+ |3 Z
配套例子:! F# G) ~1 F) X" {9 _! r9 l

" a: i2 q/ j! X, XV7-228_FIR带阻滤波器设计(支持逐个数据的实时滤波)
" x, S7 V* p- [  B& I
# r% o0 J; p$ N2 Z5 k3 p  ?* h  p' X实验目的:
7 X, L" u' F0 ]; d$ L# B' Z' a学习FIR带阻滤波器的实现,支持实时滤波3 _5 _5 F. b  |) _: O
# s7 \7 s* c. b# J& Z
实验内容:
/ {$ M9 U1 O6 A" d5 g1 z启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。1 v7 t- F4 |7 P/ T) g
按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。, d9 W: A+ V1 h: p- L

# o: a5 H3 D% u使用AC6注意事项/ v& i$ ^$ k! @; a" b$ W, X
特别注意附件章节C的问题) e  e* O" M  h7 c" {
1 [& f/ @/ |0 j! Y
上电后串口打印的信息:
! n* H0 [% w5 \
; v: n, B- Q2 Y波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。
% V# j: |/ {7 T: v: h: ?0 @( ]0 p
9820ba6145f7d8a3406f4cccd06e4b4c.png

# z- Y. s9 H7 P5 U) {* |" X
3 _/ d: b! X! E6 Q2 fRTT方式打印信息:
7 e' n. y' Z; v4 s
$ Y, C+ h! T/ k- L" @/ o( X
803e36294ac8bbc76428bcbe5613d79d.png

9 _( O( e1 Y* C. Y$ Y: ?  X0 Q$ h* M; j% C9 o
程序设计:$ i2 i* r5 |4 ~: H* B
  Y* Z* ~; b1 B! B' P1 B$ m
  系统栈大小分配:' J6 H8 H! f, [( `$ [, j, T/ K

2 p6 ?% {% J& A  Y' H! Q. X; g
ec342c78f71466987e218f42f92187c5.png

( I% o1 a& T3 ~* F& T0 t2 l
) q1 S; ~7 x6 ^+ O/ f, n  RAM空间用的DTCM:1 u" l. t& v9 s4 u( k
  j* J& V7 E/ X/ A2 J. ~1 B
7f807913bee995db3a40e79477f226c9.png

0 n3 `9 g$ {8 u) B
# Y, U( }* ?2 i; n$ T1 C9 J  硬件外设初始化
* o6 `+ x. M" e$ M% G& m* a/ B+ A6 |) k/ i0 d/ y/ I8 ]
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:
, P( H8 ^, z* u+ L9 S# B! Q
6 `' a. t3 ?1 O$ u( l
  1. /** z% z" y* W" l9 E2 S* j: n
  2. *********************************************************************************************************3 k8 S- D4 h2 n5 [4 ?0 d* x! {# o$ r
  3. *    函 数 名: bsp_Init
    : U# z  x7 J  t3 Q% q
  4. *    功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
    # p% U% N! o5 o
  5. *    形    参:无! h& o* P6 L0 ]$ |: Z0 p0 w
  6. *    返 回 值: 无1 P  _) |+ b% [, {  ^; y
  7. *********************************************************************************************************  t: U) i9 S" M- G
  8. */
    0 y; e" u$ D. N1 L  L' d
  9. void bsp_Init(void)6 L- @6 Q' @) r$ e
  10. {7 g7 H- h8 M) o3 d7 P% v" |; ^
  11.     /* 配置MPU */
    1 M- R3 V1 ^4 ~. @+ V; G
  12.     MPU_Config();- m8 o5 s. E4 X7 ^5 i* ]

  13. ' F+ m+ J, f5 e0 V/ j. L# F5 q
  14.     /* 使能L1 Cache */9 [! Y, g5 p8 H' Q' h3 g
  15.     CPU_CACHE_Enable();( a9 @5 Y$ K% L9 U. `# C% l
  16. " ?% @$ P9 x& N6 l6 j5 u
  17.     /*
    0 G/ V2 M$ R* f4 R. s0 K1 _" \4 U
  18.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:- {- E7 S+ t& k7 a: z1 x0 |
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
    # O% |3 T0 F% {6 [, N# G. I4 k
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。. h0 G: E4 [% a, X6 x% H' Q
  21.      */0 ~2 U& |, e; |  F# V
  22.     HAL_Init();2 y/ U9 T/ N$ P+ r; b

  23. + m+ i& E6 r" K0 V# W5 [: r
  24.     /*
    - M. ]: {- d6 m: B; H
  25.        配置系统时钟到400MHz
    " L6 L- N- n+ c
  26.        - 切换使用HSE。
    - D* F% l/ P# J( y  o& a' f+ T
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。- G( P& c1 ~. H
  28.     */& s- j6 s" [4 b# R* [# L( f- _
  29.     SystemClock_Config();
    " }, B! H4 G1 ~8 }4 F
  30.   D$ k! Z8 x4 M' v. W+ I
  31.     /* $ {4 y. N/ c/ K* y
  32.        Event Recorder:
    : L" n2 f! v- }
  33.        - 可用于代码执行时间测量,MDK5.25及其以上版本才支持,IAR不支持。
    1 F+ X3 S1 O5 e6 b8 ^' ^
  34.        - 默认不开启,如果要使能此选项,务必看V7开发板用户手册第8章
    , p+ y  h2 G8 |* L2 v
  35.     */   
    5 q1 u  e& k" l
  36. #if Enable_EventRecorder == 1  
    . L0 B% f/ Z, q/ z* S; }) ]
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 */
    3 ?) N3 N! Y, j# t. ~
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);  }0 f# i+ j% F2 r+ C7 N; v
  39.     EventRecorderStart();1 i" q0 t  R0 u; d
  40. #endif7 l7 d) P6 l% Z5 w; Z: Q( {
  41. ( `, M: i3 ?* U& ?8 `, M
  42.     bsp_InitKey();        /* 按键初始化,要放在滴答定时器之前,因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */2 r9 @+ v: V% N9 n
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    4 L6 G% J! U' N0 |
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    & ^6 d& d1 S$ \2 [8 ?
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    3 l- C& J; g9 F$ L
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */   
    9 z& k2 i7 C3 T, e2 R+ S1 ?/ @
  47. }
复制代码
. \4 D. K; l4 k3 ~5 t3 S$ r& m
  MPU配置和Cache配置:
! S; V' l  g- J0 \( ~5 z  K8 ^
6 n  D$ K" `4 T+ N6 ~4 ?5 M数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区(本例子未用到AXI SRAM),FMC的扩展IO区。- T8 D' O/ w$ e$ q8 ~
+ F7 J# y! g$ J: v8 d9 V
  1. /*
    ' ?% V9 W: x& n. T/ H0 o5 o1 ^" F
  2. *********************************************************************************************************% k0 k) b; }/ Z9 H# J" C
  3. *    函 数 名: MPU_Config
    ; |1 w" c* J' Y/ D$ R7 E" l
  4. *    功能说明: 配置MPU0 J% J! [# ~# t) ~: ?8 a
  5. *    形    参: 无
    0 R1 B2 V9 r0 E" D$ {- [) W
  6. *    返 回 值: 无! P! p! T+ H! ^# e% S4 O
  7. *********************************************************************************************************1 E2 \! k. e/ ]
  8. */# g/ _" E( I: L% O) F) D. u" F
  9. static void MPU_Config( void )$ v6 B" m  Z* m' K) V3 E5 k
  10. {' M" f. l! c% ?& G; Y
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;, P! c2 Y: @+ e5 P% c

  12. 0 m- F4 [' {1 Y: i; Z3 c
  13.     /* 禁止 MPU */7 {  a6 E7 w# j' j6 Q4 x' {/ `# B
  14.     HAL_MPU_Disable();
    ( v# w( O) J) C* x! W! e

  15.   y. }! w. f; h4 q3 o6 j4 V
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为关闭读Cache和写Cache */
    - \+ F: [5 x# X0 O( v! D2 S# `5 A
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    - u+ @2 K2 n) ^  u9 Z/ }% `- u
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;5 m% x: ~5 K# J, R* W# F3 t) q+ n
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;; \4 \/ u9 }( N. A1 q: u
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;, y: w; s- n! R/ g
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_NOT _BUFFERABLE;
    & Q5 ]( N. k  U( h- D! S* G- x6 {
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT _CACHEABLE;
    4 s, f; d' Y! P! Q
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;/ W# m) B- W4 X" y
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    2 H  B3 h# |& `: @  }! [
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    2 ^. }5 ?% i% q% l8 N
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    8 c! k, f) z9 I: d2 _% j
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    + C$ t) s6 x/ f' n7 {! q- [: I4 q

  28.   h( [  n; K6 w* B8 z& i: x
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);& `! f" `! Z3 K1 Q
  30. 6 E8 C) i% g' e9 n5 x1 l6 D

  31. ) f; F' r2 L, \  N
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */( }1 J% V, H, p9 O3 @/ u3 ^7 S2 R
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    5 o9 c/ m0 q/ j& a, s: t( w5 Z
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    / n1 B2 P! Q" F* [- M
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;   
    , Q6 ]6 X" M# |5 B+ a
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    ; o) a+ X6 a3 b" J9 d; j
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;; O3 h. t6 `# p* o3 m, H
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;   
    0 t% P9 r) V8 }  Y4 r
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;7 S9 }5 O, u! @' X
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;
    . a. c5 Y3 A3 v  T
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    ! n- U9 z) G; P: a
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    " y* p8 P# T. B7 L9 @- Z! `* h
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;( m1 \/ b- d2 v8 l! c9 J' `

  44. / |( o6 R- H* d  G& B1 N6 a; F$ b' G
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);$ @' @0 B+ l) d! R5 e  [& f

  46. ; j7 q( V. l0 v2 R* a
  47.     /*使能 MPU */' Z8 ?4 y( V% [7 o
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);6 J8 a( o' [2 O
  49. }
    2 l5 ?" k" R! z" n( c- {
  50. # G5 N: k; P9 e. _4 f6 W
  51. /*  @+ a& d4 h9 b' j6 ~9 U$ u
  52. *********************************************************************************************************
    - C9 G. U, t3 c+ `* `9 @; g
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable& q+ u: x: Y' [! {/ K' Z
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache
    1 I/ N5 P) U$ F$ H& o3 B
  55. *    形    参: 无7 E3 V" Q& s. u* J& V& Y
  56. *    返 回 值: 无4 ]- x6 O9 x# A" b, S5 i2 }5 y6 @" H
  57. *********************************************************************************************************
    * F1 h, v" P1 y2 G! \5 e
  58. */
    6 t  L( ?, c  m; o+ g
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void): E. V4 S$ O( j) d* z
  60. {
    0 E+ w. t8 B9 Z& F8 M" A  t' ^5 F$ }
  61.     /* 使能 I-Cache */# U9 D  ~+ R+ y8 d
  62.     SCB_EnableICache();5 ?/ J' I' T- p- [+ q5 N: G

  63. / i% N4 f) u: v0 \
  64.     /* 使能 D-Cache */
      O7 ]2 _$ [7 J2 p  [
  65.     SCB_EnableDCache();
    + S7 a3 s6 ~# U/ [. h  F
  66. }
复制代码

7 M, w' O& f9 ^) f0 `5 K  主功能:
2 |4 [( q4 C5 U: I/ g, a' W
6 i; p7 T; }# t/ F: |4 E0 }. P主程序实现如下操作:
5 y% R, m; \8 h1 U  j
2 Z" @: y; J* B$ r8 N1 ?3 j9 q  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。# w' J# w: T7 ?, u  C
  按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
  S9 b1 g/ _1 _. y
  1. /*
    6 H* ^, @( W- f
  2. *********************************************************************************************************% \5 e# |" R+ N
  3. *    函 数 名: main; O, E  W% k2 q% k8 [: F! o
  4. *    功能说明: c程序入口9 _7 ^% [* \/ [* v
  5. *    形    参: 无
      x$ {; ], i8 C. x
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)9 S0 i/ P' [. g4 B
  7. *********************************************************************************************************
    ) X3 e; |) n  c- g) v+ W  T! S/ P
  8. */
    2 \6 m  U$ |+ K$ Z
  9. int main(void)
    / A% L9 x5 n' G. M2 B' ]& p
  10. {7 G5 _. @, J6 _
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
    / z* N0 r% F3 e- H  X
  12.     uint16_t i;* E+ H# f1 M9 P7 y5 Q" ?

  13. , R8 M3 t6 u7 j! M( Z. d( c. |
  14. 1 D) m/ h0 H' m" h1 E) |" o, l5 Z, J2 w
  15.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */  c* k2 t6 K3 u! r) N8 H
  16.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */* Q. I) Y$ V/ ]* k

  17. % s9 C5 E( i8 L; `: E
  18.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */8 e0 z* y3 K8 Q% {. Y' r

  19. * `% d/ T; W0 P7 k( |2 t5 C  t4 K
  20.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)* ?, e" f# m- q4 x
  21.     {
    3 H* }: a- l6 X6 Q% e
  22.         /* 50Hz正弦波+200Hz正弦波,采样率1KHz */7 f' ^% E0 l2 V5 G  D
  23.         testInput_f32_50Hz_200Hz<span style="font-style: italic;"><span style="font-style: normal;"> = arm_sin_f32(2*3.1415926f*50*i/1000) +
    4 I/ T  C  y0 j& f* L7 c4 D7 _0 i
  24. arm_sin_f32(2*3.1415926f*200*i/1000);
    ; |4 Z: q: v/ K) ^5 J
  25.     }, ]9 V2 \( H5 V& }1 [! q' J

  26. 9 I* `; Y; r/ B' [! B9 L

  27. 8 Z& M, S, f- K9 z* b, f& y
  28.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */: y% k2 F9 ?/ r% O& m+ Q3 q
  29. ( [) x: s' _% i3 V! q+ w
  30.     /* 进入主程序循环体 */
    ' I. Z) l6 ~& O+ @$ w' J) c( _$ J
  31.     while (1)+ G, l4 E6 F$ M0 h
  32.     {8 ]1 \6 D. X6 k5 T3 V! |0 {! p
  33.         bsp_Idle();        /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */
    / J7 R5 R: z! y1 W- i" `. X# b5 E% K- N
  34. ' S, P- D* X" E8 X

  35. . ^9 P6 k/ X; ]5 k1 x; [" d0 v
  36.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */5 v) \  v- L( ~  O* _5 L7 c
  37.         {9 `, t" h: w, @2 Q
  38.             /* 每隔100ms 进来一次 */
    / n' T+ J; ^8 m  l( y
  39.             bsp_LedToggle(2);    /* 翻转LED2的状态 */) R9 i+ E& U, I0 Q* Z
  40.         }
    7 o" M5 P4 l+ m% Z- p8 k' O
  41. 2 g% d# K  @8 B: o: w
  42.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
    3 T$ h1 M) U5 ^- T9 ^
  43.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)
    & G3 x7 u0 _  w/ F2 [
  44.         {( Y. b& j9 u* t
  45.             switch (ucKeyCode)4 ~3 H; n1 {) D' s: Q4 J: C8 @
  46.             {: T8 z$ i' L+ `+ y% L+ O- L
  47.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */& z1 v6 T+ T$ y1 y' z" }, W/ o
  48.                     arm_fir_f32_bs();
    ) J" g9 c  X- o' ?- E# ^
  49.                     break;
    3 w# ^! ~) V1 w) u

  50. + J6 z' J6 c7 y  M' l( ^2 g

  51. ; j( S5 E/ b( `: F& N
  52.                 default:
    0 f) ^) x7 T7 U5 a
  53.                     /* 其它的键值不处理 *// Y$ W7 d4 H; k& F
  54.                     break;& x* u. G& U8 q9 z; F( f
  55.             }
    ) R6 |1 r3 v" B% ~
  56.         }
    " z( [3 l3 [! t8 R- Y  V: X
  57. ; d% d3 C5 x1 X0 m8 F6 ?
  58.     }( K1 S0 e+ w: F3 T
  59. }</span></span>
复制代码

* \* P9 _2 U1 a40.7 实验例程说明(IAR), O0 O6 \$ a! P8 j1 k" B  K
配套例子:) D) f+ \& m' E% h* b
V7-228_FIR带阻滤波器设计(支持逐个数据的实时滤波)
1 k% T' i& o6 v, R( v
7 Q! N7 P8 Q! @, ?实验目的:
9 M3 k' h& Q% H, ?! p5 J: s学习FIR带阻滤波器的实现,支持实时滤波

/ R2 M! |7 t" u3 R0 ]4 ?
, q0 j* T% A$ u$ r+ g3 `1 q实验内容:
3 x7 |6 H; b- _9 g1 v  h( \启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。; [; C( f5 N* N5 y4 B# a/ B
按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
$ w! q  [+ O% _- A2 F7 o
3 X7 i1 U+ U' W+ L! v
使用AC6注意事项. J& z8 B& D+ o3 u  c6 H
特别注意附件章节C的问题
+ ^: U$ }+ G! Q1 n+ H( @9 h$ ]  U+ M) h8 `; M: G- E4 O' a* T
上电后串口打印的信息:
& E: X, o, ?1 P& {0 \0 J2 a
" x9 `1 n2 C1 V7 Z+ h& G& E波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。+ R# T$ Z' _" Z) ~  V

4 S! T2 h# k5 ]4 D, l
70f3399c2aa9dec61c38503cb279463f.png

7 {9 v  a4 |( n' p* v) Q% g3 a- Y1 G
RTT方式打印信息:
0 H6 p! ^! p5 D$ m. Z$ |  [% k' o$ E) ]7 G7 ?6 y) i  @- `: w
3216bf4356cb1b680117bbddb4f062e0.png

! A# ^8 [7 c, \
0 J" V/ P$ q' F* j程序设计:- p; C3 G1 l" |" Q
9 L! N2 `" s; |0 Y) C
  系统栈大小分配:1 K2 `2 Y& ]4 S& ?3 I9 l2 [9 u6 G  j

9 F' i6 p' e% A% a5 e
6c0034e2c114417bc42c84b776059e2e.png

, M+ p% \* ?. V1 @8 \% ~4 x2 @
. u. E7 j# m* U1 m# L9 k  RAM空间用的DTCM:% E5 D5 i, ^% c/ _: w

7 w. C% ^. |. k" N) ]
636fab000c9dcaaef2a3c37cf6bb28b3.png
$ X3 P9 m9 M- T5 z& F9 U: _
- V( ?, \" c+ i! e& R, z
  硬件外设初始化  W& Q2 d( y6 s) f8 n

: [! B! r2 H7 Y% A) H硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:
! s/ y7 p7 v9 R2 }5 w9 o4 u( p- w/ |6 M9 C5 }6 L0 q
  1. /*
    & {/ R" I- u' `
  2. *********************************************************************************************************
      @$ ^5 m% V% p0 y
  3. *    函 数 名: bsp_Init0 O; R' D. K7 c' e$ T
  4. *    功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次# @" [/ M, U3 g
  5. *    形    参:无
    0 d- ~6 ?% p/ M
  6. *    返 回 值: 无
    9 I, y8 q) B4 W
  7. *********************************************************************************************************, `0 ~$ z6 d( @$ q6 i+ z( y
  8. */
    : ^, N" A4 t. N! [" }5 X. \
  9. void bsp_Init(void)
    ; I7 i! r: ^( |* P
  10. {
    0 N9 i; o. B8 C. P4 [2 ?: j
  11.     /* 配置MPU */
    ) b0 R- m: G6 h' N  v: A
  12.     MPU_Config();
    ; E6 z! W* _; J- u% d4 O

  13. ' C# E+ i, I1 ~& k% \2 k
  14.     /* 使能L1 Cache */' n/ y* v7 O3 W1 b
  15.     CPU_CACHE_Enable();
    ) g9 [2 a4 j$ |) k4 }% Q  q

  16. 3 P1 A) U7 |% r7 \8 G0 M5 ~
  17.     /*
    2 }1 ^9 T1 X( ?0 k
  18.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:* h* ~6 _* g8 o. B# X  G1 n
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
    * e& S8 b6 ~5 [7 h
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。! X  Z- a! B. l. @
  21.      */
    # n" T7 _5 _' n  H3 ^
  22.     HAL_Init();  l, a6 |$ n  N6 a2 T  c

  23. : m# s+ Z: T/ Y5 q. t! E  e
  24.     /*
    " x/ P1 R' Y4 s- }
  25.        配置系统时钟到400MHz7 v- P5 Y" v8 q' P# z! s
  26.        - 切换使用HSE。
    % V' i' y8 E9 o5 _, U4 O/ U5 P
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
    7 k  N' N2 a$ z' Q4 E/ t; f
  28.     */
    ) y; A" e3 U) ~# Q+ g1 a
  29.     SystemClock_Config();
    ! B- [6 ^' W5 T, M

  30. * v$ R4 y3 K6 {* x( J
  31.     /* 1 ?7 s5 A6 h# i, Y
  32.        Event Recorder:6 y4 x1 `; V- d- Q
  33.        - 可用于代码执行时间测量,MDK5.25及其以上版本才支持,IAR不支持。
    ' b) c- r/ F+ A; g& s4 y0 t
  34.        - 默认不开启,如果要使能此选项,务必看V7开发板用户手册第8章: m2 s. u0 D1 h
  35.     */   
    5 c  U. v3 n% k/ o2 v3 `
  36. #if Enable_EventRecorder == 1    T; R+ E" S$ d& K
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 */! a" D% X# R+ v
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);* _7 l+ P7 O# R- ^$ @' w
  39.     EventRecorderStart();# l5 A0 L! C4 h. d6 r; |
  40. #endif
    0 C. y3 y7 I; f. {9 j2 l9 K
  41. ( p  F9 A3 ~  h9 u2 n0 q2 V
  42.     bsp_InitKey();        /* 按键初始化,要放在滴答定时器之前,因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */) w: x* R- d+ J# {
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    / U& U  r7 ?" U' B7 E2 C0 w$ v: u
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */" n1 s. C9 ?  y/ b. N7 L: Y
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    6 C$ f8 f+ ~/ X: f
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    8 A' i( l: f- R# X" N) T. m
  47. }
复制代码

- o/ K2 }  @9 d. X0 K9 p, T' u6 B  MPU配置和Cache配置:/ r1 [' j9 q2 \2 R
7 G1 E8 [$ ]! y9 J
数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区(本例子未用到AXI SRAM),FMC的扩展IO区。
5 w' q/ Q1 b6 v  l. a. o9 b2 r1 ~/ g# I# t' P7 z) }" Y
  1. /*. ~% b, ~/ a7 j! v
  2. *********************************************************************************************************
    5 N! Q- V& U" l% b2 r& [  w2 m
  3. *    函 数 名: MPU_Config8 ~, f# I6 }" p
  4. *    功能说明: 配置MPU
    ; [% x6 z) @+ W# G
  5. *    形    参: 无
    + I5 F, u# h0 X8 j2 [
  6. *    返 回 值: 无: V5 i' ~. ]8 N: J! j3 A
  7. *********************************************************************************************************
    $ {0 d: p* Y3 c4 }
  8. */
    - M/ p; D4 p& g! R
  9. static void MPU_Config( void )2 A9 g- A) ~/ O8 f
  10. {
    & T9 T; ?" q/ B
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;
    1 y7 a" w% C7 f$ ?# A5 D& z
  12. * f) {0 L+ H6 ?/ w% c
  13.     /* 禁止 MPU */
      v/ N7 ~* |! j* I% Q
  14.     HAL_MPU_Disable();
    & H) Q: W% u0 h$ b8 Q' c
  15. 5 `1 w. P$ ~# r) M: R
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate,Write allocate */0 X4 a0 o$ {9 \4 @1 d
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;4 Y) `2 B+ {# Q
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    + y: {) k2 T( I2 I5 C
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;8 w5 o; J6 K4 C3 c% t3 {  Y$ o
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    " u3 ^8 Q. c; m& n) Y0 G
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    : J  r9 k. e" h* D/ l( H+ `
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
    5 m( B# W3 d- X# W  Q$ V) {* L
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    ! J1 D9 P# C6 @# F
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;% K) X( J- K- p: P/ i1 b
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;% [; E+ F7 x$ |; r! u0 e
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;8 S  q+ d# c% ^# T  _
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
      D# b7 s2 c9 V  J/ C' Z
  28. # R% m- o/ y) S- u) h7 e
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    6 Q3 `+ G1 d' Q( a+ L' C7 c- r

  30. ! f: o, A, ~% W

  31. / M" _, U& K) Y: m
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
    6 {- A. v8 @" @! n
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;3 R/ e, p5 D9 r; }  v6 m6 u2 C
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    & v2 @! m6 y& c/ s: \, Z
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;   
    ; O9 c( Z) s( m
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    2 m1 B/ r4 c" v$ X
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;" g/ e: ]0 p& ^: `& i
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;   
    ! V# i# t! S1 `
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;( C3 n/ a3 d% K2 D) z' Y
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;: g# ^7 z3 q7 ]4 _0 N; t
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;+ S1 O" c8 G- [7 d4 L: p: l
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    ( ^. ?2 i5 H; {; t* ]* n. [1 |
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;7 \6 }+ `: z1 T; m3 G5 [

  44. * `9 |, P9 x  y" @  F6 F
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);2 j0 A( X% X7 |3 G. {; o% M/ e: n
  46. + A7 z& D1 A+ q$ L- x0 Y1 h8 b
  47.     /*使能 MPU */
    % `& Z( F0 v9 ]; k6 f
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);) M, b$ H2 @5 o. N
  49. }
    3 Q7 a5 z) B" K
  50. 7 k5 `/ j/ I* l+ s1 o" C" l2 A
  51. /*- O0 d$ f# l+ t$ F
  52. *********************************************************************************************************
    8 s8 m+ |: D& U9 V2 Y9 J
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable0 o7 P$ w5 E# r+ v( q2 A' F+ ~
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache6 N% l' T" f( r6 b  r
  55. *    形    参: 无
    % H7 C' D; t! t4 u! k' @4 a8 t1 I8 C
  56. *    返 回 值: 无
    , ?# p2 B3 E" w
  57. *********************************************************************************************************
    9 M$ ~! k8 R) {* P+ D, A% \
  58. */, W; P+ R3 Q* U$ p8 S
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void)
    ) Q! a% E  d5 s+ ^5 Z2 f
  60. {
    ( ], G5 k3 x* R3 k
  61.     /* 使能 I-Cache */" I; X9 Y3 h" M; I& p3 M
  62.     SCB_EnableICache();2 W, R9 l0 F5 ?) t7 U* J& H
  63. 9 b" A6 l4 U& ^3 `; h4 E
  64.     /* 使能 D-Cache */$ Z+ ~3 t4 ?: p* I2 S: y
  65.     SCB_EnableDCache();
    2 G+ |+ |, a5 ^6 m; {. L
  66. }
复制代码

3 _3 v& D2 A" D- T9 U4 V4 h; H  Q  主功能:& ~5 i1 Q& Y6 b3 |

8 F: B& \6 J' S0 o6 k' M# U8 o主程序实现如下操作:
' W, G& f) y9 [! x; z
" m" e) X7 T. N: S3 D  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。6 e; a+ x, d) f7 w5 H
  按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。# S. }. x: y' K, P1 o) i
  1. /*
    ; |# j; q7 {( ^: `4 q- K+ Y
  2. *********************************************************************************************************
    8 a- Z( X7 k" h# I' ]2 }# R6 _; P
  3. *    函 数 名: main
    * p) s( ?' @1 z% s
  4. *    功能说明: c程序入口
    : C- G$ Y4 V5 Z2 `8 s0 S" v, R
  5. *    形    参: 无* f- @$ j% W7 c9 L4 v
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)6 z& ?8 i: H9 Z% [, Y( |' f: C
  7. *********************************************************************************************************
    1 b8 \2 D; U8 X- C- I
  8. */& R, N9 [) D5 u& Y( B; z
  9. int main(void)3 }, ~4 u& Q/ B! C1 G  Y- P
  10. {: Y. F: @1 f" M3 Y+ L
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
    & k: ]) g4 K2 }
  12.     uint16_t i;) v% |  T' w5 H( G* \

  13. : B, c8 L8 K0 B4 Z6 }( m- U5 l% t
  14. ; e5 Z, s% h' h. e; @6 M. T0 w4 O+ k
  15.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */) u/ y) P6 n2 F2 P  S4 |* f
  16.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */7 H( [2 J# `8 d, ~3 ]5 [
  17. 5 I$ Z9 W& S- z) {# j3 H
  18.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */5 C% R3 ?+ G) x. [7 {5 ~/ W0 B

  19. / G  a" Q5 [+ V2 G% j+ l1 r0 [/ G
  20.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)5 x+ a: `- T0 L* Z
  21.     {# \% G% R, {. q6 `
  22.         /* 50Hz正弦波+200Hz正弦波,采样率1KHz */
    , ~$ @" D& Q& t/ a0 ]' C
  23.         testInput_f32_50Hz_200Hz<span style="font-style: italic;"><span style="font-style: normal;"> = arm_sin_f32(2*3.1415926f*50*i/1000) +
    2 ~- ]  P' _( s) u9 Q0 r
  24. arm_sin_f32(2*3.1415926f*200*i/1000);) M; ~$ a$ W, o$ n
  25.     }
    . V, V$ p) B/ K% s) C8 k( _
  26. 1 b; u( |; h! k% J& u

  27. 8 Q" {$ G; ]- A% b
  28.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
    + D$ y" h+ y" Y5 I
  29. ' L( R% j0 |; }2 E$ x4 m
  30.     /* 进入主程序循环体 */
    : |$ @* N9 n4 H5 g6 K% K( E# S$ Q
  31.     while (1)9 O% G* `& M: W1 q/ K, s
  32.     {  W. w+ z5 U: t, e+ ~0 R) W
  33.         bsp_Idle();        /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */
    $ C9 m8 ~% Y2 b7 D
  34. , v& K1 N2 C( X0 x( [: @

  35. + M2 S, r3 d; B& m! Y) I5 w+ m
  36.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */
    6 g2 v  k* u  C9 g
  37.         {
    2 X5 o# V3 n9 k" g9 |
  38.             /* 每隔100ms 进来一次 */
    2 P8 T6 v) R( @, ~4 T6 ~" j9 S
  39.             bsp_LedToggle(2);    /* 翻转LED2的状态 */
    & O. ]+ i; [. }8 ]+ B
  40.         }+ \' e( H& g. d2 s& U

  41. " y" t  Y7 S, h/ ]4 f6 A
  42.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
    : \9 ^+ g% b. g, w8 Z
  43.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)& [6 Z' g, k; u' I& k
  44.         {
    / j7 w4 [5 g3 n: Q* l5 o" }' e% K! |1 X
  45.             switch (ucKeyCode)) M, G. N/ I; j6 o6 I3 B. E
  46.             {
    " }# ]9 x/ ?% ?. S0 T* j
  47.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */1 w3 O9 g/ E# Z+ J
  48.                     arm_fir_f32_bs();7 C7 \$ u$ e( d6 j9 M
  49.                     break;  `/ ?* F8 R5 t( M& `. x

  50. 5 T- {* G) ^' {, V7 u
  51. , Y8 \* Y7 C; a
  52.                 default:  C* Q; e# C1 d; e5 F$ d! {
  53.                     /* 其它的键值不处理 */
    . J9 u: v& I# z! ^$ K
  54.                     break;
    ' W, {6 {8 t! V. Z1 A
  55.             }
    " Z3 |8 Y+ m: h2 q
  56.         }+ w8 N4 c8 }( o2 ^; }

  57. 8 v3 T" x1 ~! F3 K
  58.     }
    + P- J9 D6 Y% b: b& m% t. a8 P- j
  59. }</span></span>
复制代码

6 _) j' |* f' y/ s- u40.8 总结1 |9 z7 }0 u6 Y* l* h' d, H
本章节主要讲解了FIR滤波器的带阻实现,同时一定要注意线性相位FIR滤波器的群延迟问题,详见本教程的第41章。( L5 K$ K+ P* w! S
. D& Z: j& k$ f6 A8 n8 s5 m6 a
& ^. O. o- D# {

3 B8 W3 B, @8 ^6 x4 l( ^
收藏 评论0 发布时间:2021-12-31 18:00

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