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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1 H  y6 F, L' N; n8 w9 k$ @
1、  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( i: ?) i% y
$ e1 k- ]! g4 |  所有数据是在同一个采样率下依次采集的数据。2 {. ]. {# f/ M8 m+ a+ A' c- @
  每次过滤数据个数一旦固定下来,运行中不可再修改。
, W# z0 R+ R/ l- f% t2、  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。
) X0 M9 _8 c, E+ ]$ c+ u# R: n5 X) |* I+ p# d
40.2 带阻滤波器介绍& \# l& ?( }' v# ^9 @+ t& e
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。
* M2 V0 n  o" ?: k' x- [7 u
. t( a2 ~! s5 f7 X/ V  x
eb07af4703783e5f46e002099968ab94.png

2 V& ]- t9 a' Z! }) Z( v" M3 [/ z$ h. S6 ~) h) @
40.3 FIR滤波器介绍3 H+ t0 f" \, |( p8 n
ARM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。0 n- v( T) c, a8 @. |

" A1 U, O  J, N' O6 ^FIR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:7 i2 T$ i1 n1 _3 D: x. g

- h* R) P% s  ~+ A8 |y[n] = b[0] * x[n] + b[1] * x[n-1] + b[2] * x[n-2] + ...+ b[numTaps-1] * x[n-numTaps+1], y4 q' p6 `: D+ c0 L8 J. i/ K
2 z& j; i8 w& @4 n; O( `( ]
结构图如下:/ O4 x. N  w5 @; ^  j% K: N, T  u

4 j; u5 @; l- C8 b5 r9 ]& m
90e8ce626ba20176e8f8a370fe3d3a24.png
# T4 L, z2 {! o+ o4 I6 b, e

: ^0 a8 B$ ^; `5 w' _" F
7 q4 \; i3 _% w  K2 V9 T9 h' o: g0 v8 V: b5 |, J7 H# J( A/ W+ ]
这种网络结构就是在35.2.1小节所讲的直接型结构。
  }5 Z9 V+ n( ]" e. z6 [
- T% V( W$ E( J# b40.4 Matlab工具箱filterDesinger生成带阻滤波器C头文件$ X1 \2 n4 j; [3 n7 ^& h* d
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:  Y, H9 k$ c9 n3 R" X$ U; d; e' G
% O( G: H" N2 J$ [7 k1 c
5e14332b29b2594dc996e0064ae98798.png

  u! v; E4 g6 D/ \5 Z. E
3 f8 B1 X) m9 S& o) zfilterDesigner界面打开效果如下:) W+ i" }, L: c

/ A$ Q$ G5 L& M1 x! p% W' R: g
d1a63d0da79f50ac93f367c073710727.png

& M6 O" }. ~! D; U5 n" v8 z) ]6 _+ M9 X6 D$ s5 r+ [  Q& A8 Q& d3 X  O$ ^* \
FIR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:, q( z3 I; n; e. D2 C; L

# l$ L- m; i0 d6 `
35d982a9816fc3b4e4b3df474c264710.png

6 U- k9 M" M# b0 q! c. E2 r' h' Z/ G4 c6 T) d9 Y
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:
2 ^: ]. M# F4 I3 ]$ X$ n$ t
4 g8 ]- Q0 x% z% |  y
220bb228e2f80fce9805e85e75e61d15.png

1 K; M; ?3 N  ~6 x4 h+ {: l8 v( e6 x4 x
$ Q6 M6 f- {) h5 i# L) v, q" X) Z然后点击Generate,生成如下界面:, ~2 a. b% A% M
' G, ?* _0 Z) b. u' h
84a01de7e8391be7a8456ac6ad24f23e.png
6 j$ S6 J9 Y) T" a3 K% c
" K6 N# m  ?" `
再点击保存,并打开fdatool.h文件,可以看到生成的系数:7 S) R# I) r& X- V4 E$ F" {

4 f; L3 x8 e! z4 E
  1. /*
    # S) C, C* h* D. Y) ]4 ?
  2. * Filter Coefficients (C Source) generated by the Filter Design and Analysis Tool
    9 |/ s: s# V5 S# [9 @, U# }: M
  3. * Generated by MATLAB(R) 9.4 and Signal Processing Toolbox 8.0.
    ' K1 U8 y# J) J0 u) }6 J0 L; _' E" Z
  4. * Generated on: 20-Jul-2021 12:19:305 e6 A( \' d& b$ m- I( G2 u
  5. */! ?0 E/ }  H* H; g; e9 {2 n7 B
  6. ( A' X! ~" k  Z6 q: {
  7. /*0 [) S6 q: I! w- V' ^7 N
  8. * Discrete-Time FIR Filter (real)2 O3 j3 ]/ O  q
  9. * -------------------------------# P3 x5 o( P( H1 p6 p( N
  10. * Filter Structure  : Direct-Form FIR6 S  _& z2 E7 X% h& @
  11. * Filter Length     : 518 a$ X; E: t. t+ q8 e, I; L* t
  12. * Stable            : Yes& @- T& c& U5 @8 R4 K& s* ?
  13. * Linear Phase      : Yes (Type 1)+ z$ d! y3 d0 p! |8 t. c2 a
  14. */
    0 ~7 ?9 Q2 c# A2 v7 H

  15. : w8 R$ a( u; ~+ g8 \6 v) d
  16. /* General type conversion for MATLAB generated C-code  */
    & g0 K$ ^! O5 i  A
  17. #include "tmwtypes.h"3 |: |$ o% O- y) Q
  18. /* # y! ~/ b# V/ I+ u0 K3 l" S
  19. * Expected path to tmwtypes.h
    4 e  B% X% H0 j; g- U1 v
  20. * D:\Program Files\MATLAB\R2018a\extern\include\tmwtypes.h
    " [) f3 T) k4 t- o$ F8 M
  21. */; Q$ G! ~) z6 f+ A2 v3 Q, v1 V
  22. /*
    7 ]6 T  u0 g, a1 I/ |, ~* Y
  23. * Warning - Filter coefficients were truncated to fit specified data type.  $ H% q$ L1 j; m. ^, U
  24. *   The resulting response may not match generated theoretical response.- Z5 ~  p" h- ~8 u4 z& n& P
  25. *   Use the Filter Design & Analysis Tool to design accurate
    0 W/ [1 {  L. O& N$ @9 J& u
  26. *   single-precision filter coefficients.' ?4 N; w' V' P) N
  27. */
    6 V) ^: }8 t9 m% ?% I
  28. const int BL = 51;. d$ q: [  d( A. F; j: c3 w
  29. const real32_T B[51] = {
      C8 V6 e$ w2 P9 W1 R' e
  30.   -0.0009190982091, -0.00271769613,-0.002486952813, 0.003661438357,   0.0136509249,
    ! G! \  l  I. h% A& q9 g% ]
  31.     0.01735116541,  0.00766530633,-0.006554719061,-0.007696784101, 0.006105459295,
    + w: _) d' G  i& s6 [! ^
  32.     0.01387391612,0.0003508617228, -0.01690892503,-0.008905642666,  0.01744112931,
    ) D# K  \, O! u1 c
  33.     0.02074504457,  -0.0122964941, -0.03424086422,-0.001034529647,  0.04779030383,$ n# Q" r4 ]# e" R* k9 f  {" M
  34.     0.02736303769, -0.05937951803, -0.08230702579,  0.06718690693,   0.3100151718,
    1 O, `- P' J: o0 F) n9 z- |
  35.      0.4300478697,   0.3100151718,  0.06718690693, -0.08230702579, -0.05937951803,; O8 u, k  K! o: @* O
  36.     0.02736303769,  0.04779030383,-0.001034529647, -0.03424086422,  -0.0122964941,
    5 ]/ S+ Z9 n0 q1 c. T/ e) H) I
  37.     0.02074504457,  0.01744112931,-0.008905642666, -0.01690892503,0.0003508617228,
    , F; p$ U8 Q; ^$ m
  38.     0.01387391612, 0.006105459295,-0.007696784101,-0.006554719061,  0.00766530633,
    * `+ m  s( I, K8 A
  39.     0.01735116541,   0.0136509249, 0.003661438357,-0.002486952813, -0.00271769613,
    - K0 E4 L! H* e% a2 K, f
  40.   -0.0009190982091: v: j* |4 p/ f
  41. };
复制代码
! x5 {9 s" U) |0 B% I; c
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。& k" T: X# ~( Z' _8 ?0 u1 D& r7 o" X: i
' r5 E# ]' X# V2 P" d0 r6 y
2b24513b974f0554c59651f8b94b60da.png
, D) \  Y; U7 o" R: M

5 b9 |0 d6 M$ }# k7 P! v# Y, n+ l% m) ]8 h# w' c+ u# G! f  H

: T8 n8 s* j* i40.5 FIR带通滤波器设计

* {" C/ l; W7 Z" N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8 ]* m& v  W+ N9 k" A

: G" I* b# d/ I3 P+ {滤波器。, K1 U$ {: _, T( F' T5 |4 S: J

8 F8 N7 ~. z( Z  T; x/ w+ q, n40.5.1 函数arm_fir_init_f321 b, O$ c9 S- r! B" |1 J7 T
函数原型:4 {/ q6 f! ]3 Y- G6 v7 R+ o
) L1 g$ g. M: `4 F  ]
  1. void arm_fir_init_f32(& M0 u7 C7 X  Y
  2.         arm_fir_instance_f32 * S,
    6 x4 P& \2 O1 H  ]6 l( W" o
  3.         uint16_t numTaps,
    " I* ~# _" k# h, r3 t* u) S& o
  4.   const float32_t * pCoeffs,
    ) s8 Y& k8 Q2 ^; e7 d2 H: p$ v
  5.         float32_t * pState,' S$ ]0 x: O0 h, a2 Y! ^6 V
  6.         uint32_t blockSize);
复制代码

  h5 M, J* V5 g1 p函数描述:
: F; U3 S3 D6 B, u4 X, {( N, K  T  k3 k% I0 C, O8 ]2 G0 m
这个函数用于FIR初始化。% \) O" M: k9 z& i" H/ ^
- U+ B1 X) l; Z
函数参数:/ i6 y6 x- H( m( u% {% i# R7 H1 `, I

5 ]' S/ |' E% d$ B, \+ N/ n$ N  y  第1个参数是arm_fir_instance_f32类型结构体变量。
. ~: h* F1 x% ?8 V+ E  第2个参数是滤波器系数的个数。8 R7 s% R) j% e' z
  第3个参数是滤波器系数地址。
( K! c* P5 @* O, ~' b  第4个参数是缓冲状态地址。
  a: I; y# j( I# J  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。! H' j9 B# t7 S
注意事项:; B9 E5 i0 f& Y; ~  E  A) S

+ ~: n0 G  k, J* ~! c结构体arm_fir_instance_f32的定义如下(在文件arm_math.h文件):
% P: I! J7 d* L" U  t& c4 @6 @, A3 K& t# {
  1.   typedef struct
    + h2 Y  j' f5 C" e9 d/ F3 M% c
  2.   {
    9 B! Y' T6 c' T7 n# m4 K( F$ E2 s
  3.     uint16_t numTaps;     /**< number of filter coefficients in the filter. */
    1 W/ [0 ]/ D2 l4 h8 }" d7 d
  4. float32_t *pState;      /**< points to the state variable array. The array is of length */8 z" E3 c& h2 V% [) Z/ u) j
  5. numTaps+blockSize-1.
    + v2 r8 f* r! _1 t% U
  6.     float32_t *pCoeffs;    /**< points to the coefficient array. The array is of length numTaps. */  U+ h: Z( E) }4 x  R
  7.   } arm_fir_instance_f32;
复制代码
/ z+ @) @3 d9 a% w- V- k
1、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:
" S2 j) L$ n! S. l! t0 v  y' r& K% ?7 |5 l7 C* z
{b[numTaps-1],  b[numTaps-2],  b[N-2],  ...,  b[1],  b[0]}
8 d; g, G4 C3 @% m( A. `% X: e& a- U- s2 _" e2 L
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。( U6 j9 b- w# t, y5 A

$ B; O& f: q" x2 {2 D4 N2、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。
8 ]( S" I/ ^6 h2 W  j5 N+ W! X9 ~7 r; W) P, b0 [6 ^
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。9 U# R* f+ _' F. t" \6 Z" a/ k

/ z. K4 X5 X, [! ?6 N0 q/ P/ X! w40.5.2 函数arm_fir_f32
; [0 K  v, X( w) G
函数原型:* T: ^) p+ n- r, _1 `. D

' t) [. w/ G" E. k8 N1 F  c+ m
  1. void arm_fir_f32(6 o6 `3 C5 ]" g3 [
  2. const arm_fir_instance_f32 * S,
    & @: U2 \' i  Q0 ?! K# R
  3. const float32_t * pSrc,
    4 q4 E( W) k* n3 y
  4. float32_t * pDst,- {) k- i: I' J8 r8 B1 W/ N
  5. uint32_t blockSize)
复制代码
, L( A' Q  [0 k1 c) H2 h
函数描述:8 z. |: c, t* }9 `% d

, a( K, A+ J1 g! t4 ]这个函数用于FIR滤波。
' S) ]/ i0 P8 R7 H$ z0 Z+ f
) [. B* }0 K$ E: S6 W% x函数参数:- R3 J. w9 O- F4 @; K

# H0 w% j, y8 S0 O  第1个参数是arm_fir_instance_f32类型结构体变量。
+ `- p3 k9 s0 M" J7 U" o  第2个参数是源数据地址。
5 F/ w6 _9 g$ Z  第3个参数是滤波后的数据地址。
# Y+ y* t! o& J  ?! q9 \  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。
8 i, q7 a& z0 U, b' Y+ F0 P) r: Z: g& S$ o' s
40.5.3 filterDesigner获取低通滤波器系数
- o! U, U1 C8 |5 \设计一个如下的例子:
. Q3 _1 l  T- }" g
& O  D8 ?4 e+ ~4 m. w5 K% Z2 K8 p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:3 F1 |- h+ U/ v) c* D6 }6 F

& e) Q2 I2 `$ T$ ~' e9 }
c5d13a97f5445a4be6bd0adeda75b3a6.png

! T' H3 B  x* A1 v3 T. i7 E: N  U
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。
) X' o; t6 _  q( r7 X( j4 U; ^( l& N4 }) M+ g
40.5.4 带阻滤波器实现
5 v2 u% L3 C) G8 }' y) Q/ @3 j' ^; F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。
7 W. l) s. y( ]3 k; }1 W! K8 v  K, }/ F( a* m
  1. #define TEST_LENGTH_SAMPLES  1024    /* 采样点数 */
    ; }$ r! e; w% ]) y/ i5 v3 ~' E- ^
  2. #define BLOCK_SIZE           1         /* 调用一次arm_fir_f32处理的采样点个数 */+ a9 x/ k/ D) _/ O7 K
  3. #define NUM_TAPS             29      /* 滤波器系数个数 */: X2 v" V4 A+ ]5 }+ q

  4. ) ~+ l* t0 e8 i  g3 l  H8 B+ m
  5. uint32_t blockSize = BLOCK_SIZE;
    8 q/ H. O  D9 G- {& J: S
  6. uint32_t numBlocks = TEST_LENGTH_SAMPLES/BLOCK_SIZE;            /* 需要调用arm_fir_f32的次数 */1 z$ S% I9 o4 q& D9 j8 K6 k

  7. - q- M: G% h0 _1 X
  8. static float32_t testInput_f32_50Hz_200Hz[TEST_LENGTH_SAMPLES]; /* 采样点 */
    % J7 @# o; U2 G7 ^2 ?9 L
  9. static float32_t testOutput[TEST_LENGTH_SAMPLES];               /* 滤波后的输出 */
    ! M1 s  c/ A! @) w* y' a3 e) F
  10. static float32_t firStateF32[BLOCK_SIZE + NUM_TAPS - 1];        /* 状态缓存,大小numTaps + blockSize - 1*/4 s4 X4 b1 X/ {9 \# x% c5 M
  11. 5 m2 |  V! s, A) ?: u: z' \# \

  12. 3 m2 A& u; f! O- [, x$ z; _
  13. /* 低通滤波器系数 通过fadtool获取*/
    ( b8 ^5 L& F- l
  14. const float32_t firCoeffs32LP[NUM_TAPS] = {
    ) l" ?5 N6 h# f- [1 Y
  15.   -0.001822523074f,  -0.001587929321f,  1.226008847e-18f,  0.003697750857f,  0.008075430058f,
    ( |6 p2 J. {4 M0 ?
  16.   0.008530221879f,   -4.273456581e-18f, -0.01739769801f,   -0.03414586186f,  -0.03335915506f,: `% W, P1 H0 I3 E8 ?
  17.   8.073562366e-18f,  0.06763084233f,    0.1522061825f,     0.2229246944f,    0.2504960895f,
    0 U8 n( D; Q" e) r- M9 W: ^
  18.   0.2229246944f,     0.1522061825f,     0.06763084233f,    8.073562366e-18f, -0.03335915506f,1 w4 V2 o/ `( P8 [) i
  19.   -0.03414586186f,   -0.01739769801f,   -4.273456581e-18f, 0.008530221879f,  0.008075430058f,& U: N# z" S; z! F% F8 g$ c
  20.   0.003697750857f,   1.226008847e-18f,  -0.001587929321f,  -0.001822523074f" ]$ N8 H9 ]% q4 P
  21. };. U  z' C: d9 J! ^2 P

  22. 0 t( a8 @# J* [8 H+ }5 K  A

  23. : B3 X0 A$ m+ Q7 D7 X8 D, e- F# L3 A2 `
  24. /*
      ]; r  E' N" j& Z5 Y- I: d
  25. *********************************************************************************************************
      ~4 x( \( D$ d  a$ a
  26. *    函 数 名: arm_fir_f32_lp
    ! R& D4 ^* _2 R
  27. *    功能说明: 调用函数arm_fir_f32_lp实现低通滤波器8 E& T$ P: i6 o1 F2 t) E
  28. *    形    参:无
    0 W. z8 @* `4 `/ h1 f
  29. *    返 回 值: 无
    : k* I, m! e4 U
  30. *********************************************************************************************************
    # Y: i2 c" s3 R2 b' B4 u
  31. */2 U3 g6 F: [% Z( _. o2 s
  32. static void arm_fir_f32_lp(void)
    + o) q) N  Z4 X$ W. r$ {4 }
  33. {
    8 w5 }* ?8 R. V  V
  34.     uint32_t i;$ U8 n9 U9 s( k0 D, V2 x0 O4 _5 c
  35.     arm_fir_instance_f32 S;
    , ]- |' K2 |4 A( w
  36.     float32_t  *inputF32, *outputF32;0 v% i; e2 m1 l; w; Z3 a3 |8 z
  37. ) d" m9 G; A/ [  ?* q
  38.     /* 初始化输入输出缓存指针 */
    3 Z. w3 s0 ]7 K
  39.     inputF32 = &testInput_f32_50Hz_200Hz[0];; q! M* Q" `! J, ]' k
  40.     outputF32 = &testOutput[0];  Z0 E( i% o% m: x; w7 Q- Y
  41. 1 [! {# H! E$ [" @0 r: }8 F
  42.     /* 初始化结构体S */" A; |/ G9 ^5 \+ O3 s& y5 s
  43.     arm_fir_init_f32(&S,                            6 \" c' P% m" v3 w9 ~
  44.                      NUM_TAPS,   r& h. y/ k- I+ {& |
  45.                     (float32_t *)&firCoeffs32LP[0], 1 E( {) s6 T- ]9 E1 e
  46.                      &firStateF32[0],
    * `; f: G! k( Y+ d6 s: S
  47.                      blockSize);0 w: @) e6 }4 F3 N- G
  48. . U; ?7 r- p! ]$ y0 T$ T$ e
  49.     /* 实现FIR滤波,这里每次处理1个点 */
    7 P$ R/ }# x+ n$ d: T7 I' w
  50.     for(i=0; i < numBlocks; i++)
    * @! b" q3 [% p3 N/ O
  51.     {
    4 r. Q6 m4 D* ~$ x/ i( A: F
  52.         arm_fir_f32(&S, inputF32 + (i * blockSize),  outputF32 + (i * blockSize),  blockSize);+ ^! v5 X% n' m" `6 ?# s; y
  53.     }4 [+ b( X# r* K7 H* s& _

  54. : Q/ H  r9 |( {! {* h" h
  55. ; w$ p( N% G. Y  c. e
  56.     /* 打印滤波后结果 */4 ?+ [$ l5 d8 J3 {: {
  57.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)$ ]- S7 r8 }2 r5 l0 B
  58.     {. y5 `0 o1 {  W, @3 ]2 b. W
  59.         printf("%f, %f\r\n", testOutput, inputF32);  l, [$ B) ]( T2 K3 Z! p7 l
  60.     }- L5 c& w/ K/ p* ]  \3 [; o. b

  61. $ P5 a& B( P/ b9 _8 X  F
  62. }
复制代码
2 B: b0 p0 P. i; n
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。
5 }) g' I2 \3 Y! Z. l: B( I, a
( n* C; \2 @1 K/ t* `5 F7 j! s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:
9 ]( d0 s4 h5 D4 Y
1 B8 F0 q* W' g7 f) v1 J$ V8 z
  1. %****************************************************************************************
    2 w0 T8 S3 g4 N% Y4 S* ?
  2. %                             FIR带阻滤波器设计
      G7 q3 C3 _' X/ K8 g( b+ s
  3. %***************************************************************************************2 Q- D$ m+ w+ g. O( x
  4. fs=1000;                  %设置采样频率 1K2 l6 b( D  e/ c  |
  5. N=1024;                   %采样点数      $ U! u2 t. z  u7 D" m; z
  6. n=0:N-1;% Q% D% E8 e2 d. E' C+ v* G) r, ?: I
  7. t=n/fs;                    %时间序列5 R8 l$ u7 [8 r6 F! Q1 f* I
  8. f=n*fs/N;                  %频率序列4 X- k" ^1 L6 Z2 {, r- d8 M% A

  9. & x' B& z( {3 \( l
  10. x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*200*t);       %50Hz和200Hz正弦波混合           ; M- g  x) v# ?8 l1 P0 A5 Q
  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。' D0 @  Y8 L/ `  l6 ^
  12. y=filter(b, 1, x);                        %获得滤波后的波形
    # _: `* }+ k. _+ k+ {& h8 R
  13. subplot(211);+ {- F6 v& U5 W( }  n, j4 x
  14. plot(t, y);$ C: R/ w. A5 F' C8 e0 A
  15. title('Matlab FIR滤波后的实际波形');. J1 U) k+ A# L) A- q/ [
  16. grid on;) i0 d2 w& L8 e' M

  17. 5 K8 s* ?# }0 M! f
  18. subplot(212);% n  d7 V# e* _- i1 U0 |- i
  19. plot(t, sampledata);        %绘制ARM官方库滤波后的波形。& p# D$ C3 Y8 {0 z; U; T
  20. title('ARM官方库滤波后的实际波形');
    " g5 s, n* K6 O8 s3 N
  21. grid on;
复制代码

" A9 d! L+ Y3 q/ }Matlab运行结果如下:
+ ]3 J# M' R" j/ k- `( h' e, w: I
916e866865e182e874925fe4e2fdc08f.png
, g: n/ u, u) G# P9 d" H
5 e5 H/ d! _* D  e# n; n
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:
" J8 O# g% r5 P
9 C3 H" m6 e6 e6 `2 \
  1. %****************************************************************************************
    * r$ z& J2 `1 Q; R, z4 G
  2. %                             FIR带阻滤波器设计; E# L* z) w5 }9 }: Z6 J
  3. %***************************************************************************************
    / x0 o$ G( C4 d: q# a6 m
  4. fs=1000;                   %设置采样频率 1K
    % A/ s1 T0 t! |6 n% [! o
  5. N=1024;                    %采样点数      
    / }. f* [4 I8 j8 T
  6. n=0:N-1;
    ) t4 g  {# _: g2 }" D; M+ b
  7. t=n/fs;                    %时间序列
    ! M7 X$ E) M  _
  8. f=n*fs/N;                  %频率序列5 u# m  x0 t% i* _: U+ p* G

  9. % B8 V: A3 e) O) O+ E
  10. x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*200*t);  %50Hz和200Hz正弦波混合           
    0 \, u, q0 [8 C# @
  11. subplot(221);, n. S4 `5 f$ |
  12. plot(t, x);   %绘制信号x的波形                                                
    0 ?* o) z6 i+ x0 e
  13. xlabel('时间');% @8 [9 a* F+ j6 y
  14. ylabel('幅值');" z6 {, j- L5 J, t$ I2 ~' t
  15. title('原始信号');" H* f& [  B, Q9 ]  W
  16. grid on;" f' ?1 Z/ u5 L
  17. 8 M/ H4 t0 L; n7 J3 {: |
  18. subplot(222);1 u& b9 N' n- i: \: j
  19. y=fft(x, N);     %对信号x做FFT   ; d6 H; C1 ^' M' f3 M* a. f
  20. plot(f,abs(y));
    9 h( ~  z. A9 j/ j7 F, o
  21. xlabel('频率/Hz');
    # K) I0 M8 k$ s0 E% X1 r' Y- o9 g
  22. ylabel('振幅');
    6 g! V( F& \9 ^
  23. title('原始信号FFT');* f5 \& g* \% p. p* }0 L$ ?
  24. grid on;
    # T1 j  Y( n  g
  25. * Q- C4 G+ u. C, g5 u
  26. y3=fft(sampledata, N);       %经过FIR滤波器后得到的信号做FFT
    ! u: b3 o; ?; D" t& j
  27. subplot(223);                              
    , ~! `* Q9 ?/ f. z; y/ F! t
  28. plot(f,abs(y3));
    ) z5 N6 F! @$ B7 B: R# [
  29. xlabel('频率/Hz');
    : m- e2 r  S. R- i& d/ o
  30. ylabel('振幅');, D3 S& ]1 F$ X
  31. title('滤波后信号FFT');
    " L; s# c" B' \; s3 P
  32. grid on;% X: F$ ?! ]! q! N: X8 ~# o$ o

  33. 0 L" o; Q' g9 |' t1 N2 R
  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。     6 X7 B4 }3 J: _( t
  35. [H,F]=freqz(b,1,160);                  %通过fir1设计的FIR系统的频率响应
    3 `6 Y5 D) p" b. F$ @1 e. T3 x; |# K
  36. subplot(224);
    , [" t: q4 g; y6 \$ ^0 c( |
  37. plot(F/pi,abs(H));             %绘制幅频响应/ t( S& a0 y) r, O. T" P
  38. xlabel('归一化频率');        
    % m+ @& Y* }' D- w. J( w
  39. title(['Order=',int2str(28)]);
    0 [  I  x. V* J# N1 `: Q. }, S
  40. grid on;
复制代码
1 |# H+ v$ A, H/ h* g) S. o2 @
Matlab显示效果如下:
( T) \; X( L7 P5 w8 A& |% q
- @6 F8 t& m; |2 u2 S, O( M! J' s1 Y! u
73baea66269631da516a74e98da45b88.png
/ Z3 F5 ]; d8 M5 U  |6 B  S
( i/ u( o( _; {3 a
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。
" W% z/ g$ l! ]; L6 c7 g& [' e' a7 B2 y" R% N9 K
40.6 实验例程说明(MDK), O9 T( E1 }6 A# w, {0 g
配套例子:/ D3 N+ a( h% G5 }
4 T* g% J2 X% B* J* K8 Q( ?+ U
V7-228_FIR带阻滤波器设计(支持逐个数据的实时滤波): d$ m, R( |( p$ m4 N+ N

& e* T: _. D6 R) a8 q8 F实验目的:
; W: @2 f9 L+ b* s- ]0 R: I0 H学习FIR带阻滤波器的实现,支持实时滤波
; a+ ^( v4 ~& O: o: s) V5 }9 `$ ?& E, `) X9 l" R# c% s0 _
实验内容:
: I9 J- r2 j$ M) i6 K启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
  L# F, S0 \+ r& B按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
3 Q# Y+ ]* [, M% y9 y( c4 N$ O6 J5 n1 ?, L/ X0 @9 c- l  I' e
使用AC6注意事项
3 d  F& @, N( Q7 d4 B+ u( F特别注意附件章节C的问题, X2 P' j2 C. ^' f+ T2 S) k
. ?7 y) j8 Y" Z8 a7 l2 P& K
上电后串口打印的信息:
+ N: X1 I" q: k) A0 E+ S, B/ N2 I7 t! I
波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。4 q, a, `4 J! W7 N1 W
% E+ v: o. j( f- W" X' W: r! {) \
9820ba6145f7d8a3406f4cccd06e4b4c.png
: r; p3 ?! f! Y3 @9 z  _# w3 E

0 d2 g. p- F- g, [- uRTT方式打印信息:
( G! X/ i' ~- U( H  E, Y* V, k+ h. T) ^6 K" h4 m
803e36294ac8bbc76428bcbe5613d79d.png
4 m/ h4 e7 A; G0 s% y

- G, R1 q; j3 ~& k8 }  Z程序设计:, p7 K$ a3 J$ U

4 o* p5 m9 Z- f' N6 Z  系统栈大小分配:* d; x9 `6 \* ^5 r$ x

$ f4 F+ B# @: H! W: ^8 `
ec342c78f71466987e218f42f92187c5.png

% |6 a1 @$ ^9 `. U0 g7 A1 l/ e& Y  V5 b4 Q
  RAM空间用的DTCM:
' U1 l5 G& D! c# O- T3 }: ]5 e* p
7f807913bee995db3a40e79477f226c9.png

: T& F# Z$ X- g' B3 M+ S5 }. [9 l) m2 ?+ l
  硬件外设初始化
( a5 C6 y. j2 E* G# i# R6 I, {# ]; ~' n6 u% }
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:
4 y- L* P6 F0 T4 Y2 R( ]
+ A9 f" R9 b# M( J6 i2 J! j6 G
  1. /*4 s% i3 ^4 ?* e0 k
  2. *********************************************************************************************************
    3 s0 _4 y/ @' O( T# v- l
  3. *    函 数 名: bsp_Init, [' t. ]0 L1 B( V
  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
    & t; i& h8 q6 n
  5. *    形    参:无
    1 x' t9 G0 w4 s, k# Q+ d% x
  6. *    返 回 值: 无
    * h4 K; \  W8 S1 ~
  7. *********************************************************************************************************5 P7 r1 ^# s7 A1 a) r( c
  8. */4 z0 e0 S( s0 A) I! R0 N7 ^
  9. void bsp_Init(void)( ]/ |5 D. g. ~, o6 D- ^) N# ~
  10. {* f; d* b: i3 c7 R3 _$ F
  11.     /* 配置MPU */7 c! C* C& O$ `' R% B' m
  12.     MPU_Config();" `5 p7 q6 ?$ ?9 X1 u/ N5 E6 X

  13.   O7 N2 t& @% Z; p; v" N) W3 n2 A
  14.     /* 使能L1 Cache */' s8 j& q& Z7 q9 v  m' \6 S$ |
  15.     CPU_CACHE_Enable();
    1 @( l# L( e( b" b% g

  16. 3 v# b$ ~, d9 ~7 F) G5 Z4 l2 Q6 C
  17.     /* 1 E1 c5 V2 W$ R, c2 j+ e; e% M
  18.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:
    ! U3 r( |3 n3 F1 t5 |
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
    ! Y8 f# h. C, ]4 ]% S+ x  p
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。* x) R6 Z* V: @; ^) A$ x4 S% \
  21.      */( \. X# Y$ L# z! T
  22.     HAL_Init();. t. q+ _. _0 z9 v5 t
  23. ! i: t5 t1 i1 ^0 M1 L
  24.     /* ; C) k4 }6 d; A9 g. ]1 `) v+ n$ k7 p
  25.        配置系统时钟到400MHz* _) T$ ^) h( d. e6 O: s" f
  26.        - 切换使用HSE。) B' @5 P( L: ~3 [% [& n
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
    8 c7 |/ G2 f6 a2 o1 d: k, t5 E4 ~
  28.     */( l/ p2 K" k9 H; a& I% P& x6 h: r
  29.     SystemClock_Config();9 |  q, u/ |! r  U# c3 B8 q' u
  30. % L9 e$ K2 T" X% i
  31.     /* & e# v' \- w( U- w
  32.        Event Recorder:
    8 N$ D- ~' D/ _2 ^
  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。
    2 d% j4 D" B* ~! S' a! F! Z
  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
    ; q$ R) P$ \+ z' |
  35.     */    # o: T9 Y( f- n) i% t
  36. #if Enable_EventRecorder == 1  1 q9 ]6 d5 H1 y% V* i
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 */
    % H, ?( ~0 j' X
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    % `' x% r5 ~) g6 C; n
  39.     EventRecorderStart();; B$ d) V' i* }" P* g6 [( f; p
  40. #endif
    : R# O7 V9 |. A3 [* g- y9 O5 e
  41. 5 H, l9 m: p5 }2 p$ A3 o
  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 */
    9 C  |: W# E5 @0 w7 i8 i  q# ]% U
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */5 ?7 s8 p1 ?& `: ~/ B
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    # b  g( J7 U$ q6 [$ l7 O$ e" {
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */   
    : |* D0 q/ y% ?, W% H% a
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    6 P! D% g: `7 d. Z% f# }
  47. }
复制代码

6 `; W; K# ^) u, Z  MPU配置和Cache配置:* ^; a8 u( U0 x: c; j( T# K5 N: q- @

9 D- w. B! ?) J  c. `* k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。
+ p) C* }# u: L* e6 v- e* H
0 Q) ~: l; c2 U0 `
  1. /*; }/ ]! H2 @+ R; K
  2. *********************************************************************************************************
    + }5 J, j" N0 Q! w% P+ u* O$ J
  3. *    函 数 名: MPU_Config+ [* x; k. f5 ]7 r* B/ _9 j2 l
  4. *    功能说明: 配置MPU
    5 k2 G( d9 H8 t& q! P* _! @  Q
  5. *    形    参: 无9 Z* n3 G  h- w+ V" v5 w
  6. *    返 回 值: 无6 ~1 B$ ^- t% n8 B; W
  7. *********************************************************************************************************% z  }" J5 w/ v9 p
  8. */
    3 P* O6 u' A; z. V! t9 j( A
  9. static void MPU_Config( void )* S- |' {" v5 |8 ?+ l5 d, `
  10. {* V, n# L' G' V, l/ x. [
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;
    / s7 u' K' S: U( P: `' S' f0 D
  12. 5 @- }7 F7 |% q. q
  13.     /* 禁止 MPU */
    , M; p$ Z, a8 Q: ?
  14.     HAL_MPU_Disable();
    $ c: ~, z3 e# ?- K% L0 w/ ~
  15. " b% J6 C9 E, S1 R! W
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为关闭读Cache和写Cache */
    2 E% r8 m  P9 U- o, s2 D! `
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
      G- p( b0 o7 {7 P4 p" V
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    7 {6 Z9 _' r3 G- e# X
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;  z3 `$ w; g$ y2 @
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    # [2 M% |# ?6 U* b* e/ F/ L, a
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_NOT _BUFFERABLE;
    ' s1 g  u, P% [
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT _CACHEABLE;
    8 N! ?, T  Q( t( X: L( @
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;/ m6 C2 F1 m" h* C
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;1 G+ i5 w, o7 a9 |4 Z
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
      G3 \1 \# j! f4 b' Y% k
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;8 \+ A" P  B& ]9 g* O) ?/ Y
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    5 f  I; [' D/ |3 A2 E9 H, _* N

  28. % Q+ l& I# r- D+ t
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    / K8 K* `# c2 `

  30. 7 d2 j/ ]  |! J

  31. , m& D+ q' q. Q* L+ |) @$ g
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
    7 A: U3 O( f9 A5 v" O- N7 B
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;+ v, G. @7 h. ~' f
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;% c4 e* d- @9 B2 e/ }3 g% r
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;    " U2 q3 A  Q, _
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    - X* j0 \5 J. D7 Y( M
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    ) ^7 t5 {, r1 b, h
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;   
    3 t: M% Q$ j/ l7 j
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
      m& h' Z, y( `4 N2 q
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;- ?# q$ g  f5 \( p2 ~; S
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;$ z6 T* W* |9 L; h
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;0 {; i/ o& a& W8 f! w9 S" m2 |% r6 C
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    * t+ x/ |& _) ~2 I* t: i
  44. 6 a2 i$ b9 }( t! r& f
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);  J! q- c) t0 Y# _; c
  46. 5 @: J9 n* \& }: f! t
  47.     /*使能 MPU */9 h9 y( N( P+ F% Q9 F8 ^
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
    4 {' z. U& z+ n% H5 u
  49. }
    / A; `! p% A6 s% N. ?2 p; q) |) q- i% B
  50. . c4 s* m+ Y  G+ Q' ~  f( k
  51. /*" X4 b7 z7 @) }/ x% m* |
  52. *********************************************************************************************************: J5 M6 n3 e% O& O1 j! b" N* S
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable$ m1 l6 B% E$ U; D' }8 m! g
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache! P$ ?# Q1 X- {5 F8 n
  55. *    形    参: 无1 E+ x" v% X/ Y: q
  56. *    返 回 值: 无/ R/ W  X$ q6 x9 z, E" q
  57. *********************************************************************************************************+ s" d& U! R# E7 U" L3 f, `
  58. */$ \" ~- C( a9 p6 O: P; W% u+ H; b, w' s
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void)
    : C1 r) d. w5 C+ a- Q
  60. {
    ( Q" a4 P* h# q* j3 V- b, J
  61.     /* 使能 I-Cache *// h7 H0 o  T2 y0 h- K
  62.     SCB_EnableICache();" q4 b# H6 {" h; F* u4 @5 K

  63. 3 ], |0 Z5 V4 t) |# x5 E, W
  64.     /* 使能 D-Cache */# S- r& q+ {1 x% G( y6 P
  65.     SCB_EnableDCache();
    " `5 m  h& c- o6 G% ?# b2 \% O5 M
  66. }
复制代码
( c1 {& E$ u& O  R$ ~0 `
  主功能:& B1 W4 |. V% K+ M4 \# L* Y
0 u! `2 e: D. m* c* @
主程序实现如下操作:
0 R7 }' m: \# @
) P* Q( u7 n* H$ z* A0 C! l- U  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。; z' o# B, V8 B/ z9 T
  按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。3 f7 {- G8 S/ c
  1. /*% m0 D9 x7 n3 h; t1 w) R/ ~
  2. *********************************************************************************************************. D4 W+ D9 M: @, ?8 s
  3. *    函 数 名: main
    ( j2 q  {3 ^9 j
  4. *    功能说明: c程序入口
    ( b3 p% c" Q! Y. o
  5. *    形    参: 无
    ( l- B( V, t: Y# Q
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理), m/ ]* K/ r" F2 G
  7. *********************************************************************************************************" X6 r. u1 m! B/ Z" l, ?$ `; B/ ?. b
  8. */4 j' |" F/ i, r. V
  9. int main(void)
    / ]6 x, G- i; u9 ]! c. M: ]
  10. {
    ; \' a. o+ |1 e* \( t5 r
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */3 z  T/ g- W+ ?7 C% ?
  12.     uint16_t i;9 T7 ~) M8 b! N
  13. ( r- I" I1 a4 K$ t

  14. ( M" o6 \; q8 l  Y8 C# K* }6 n5 C
  15.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    + ~& G) H/ K) r/ Z
  16.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */& g2 D* C$ y* e+ T: v
  17. 1 N- {* p  m6 Q) w/ G) }0 e
  18.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */: a# k4 f# e9 V
  19. ; c8 ]8 \: m1 F5 [% @- s8 y" D* g
  20.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)1 i2 E* P+ @8 q- Q
  21.     {
    ( \# H9 e9 K. @& q" ~
  22.         /* 50Hz正弦波+200Hz正弦波,采样率1KHz */
    ) U* `- g# Z/ N  P2 _' s+ d" G  @$ Z
  23.         testInput_f32_50Hz_200Hz<span style="font-style: italic;"><span style="font-style: normal;"> = arm_sin_f32(2*3.1415926f*50*i/1000) +
    + E; H" N" F& w3 E( i' ~0 ]
  24. arm_sin_f32(2*3.1415926f*200*i/1000);
    7 o2 k/ |/ s0 `6 A
  25.     }0 Q, f* y+ d* V; \1 w
  26. ' A& [# I$ T8 C% k9 z" w
  27. $ p$ n1 M9 U5 {- r
  28.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */" d/ P5 f/ y. l2 ~! W

  29. 9 y, p$ n$ D( ^; i$ M
  30.     /* 进入主程序循环体 */0 E" p/ L, E1 x9 m1 x4 U& b
  31.     while (1)( D6 Z% w: [! j9 [2 V3 |
  32.     {
    ( u' t9 \& G# D, j
  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 */
    1 H# Z# H6 Y# u  G2 R
  34. $ Y  M# K# T2 @- N
  35. 1 P) S: Y& m& ?: U
  36.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */
    ; O2 t; V+ K( a9 K1 W
  37.         {
    * j# @  a6 H+ i0 I
  38.             /* 每隔100ms 进来一次 */+ P" B/ z. L/ l% `4 `/ Q6 Z4 r
  39.             bsp_LedToggle(2);    /* 翻转LED2的状态 */
    6 j( W7 g* |* G* g0 z7 I
  40.         }* N# O( Z# z' @% _; ?9 V

  41. # x3 a9 v% |+ ]1 s& q
  42.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
    9 a- X8 O2 L! s
  43.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)
    % L1 G; c& D2 u. x+ O
  44.         {2 S* s( d8 ?- i
  45.             switch (ucKeyCode)
    0 s( L2 a/ ?: m! v& Z! Q
  46.             {
    : M* F; [9 Q! S% v
  47.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */; J, _6 d' t1 d8 I0 e
  48.                     arm_fir_f32_bs();
    * h% ]% n0 k8 {& R7 c
  49.                     break;
    / U6 O  i" f/ d! d; r; \7 W
  50. " d  }2 Z" X4 p- {1 z& K& g

  51. # n0 J" d! ~  W9 k
  52.                 default:* T- [) f' d' o# }$ l
  53.                     /* 其它的键值不处理 */
    : @6 |2 m+ M. J5 m
  54.                     break;
    5 M9 d& L# h7 ~3 u5 k( A- B. N
  55.             }" ?5 r+ a2 G1 E2 ]" _: C0 f
  56.         }* n! a. S: q. w6 s
  57. # o* ]. c/ W; h- T! H$ Y& @- k9 {
  58.     }
    + t4 m8 j; t; h
  59. }</span></span>
复制代码
& g4 Q8 D& {9 l$ v
40.7 实验例程说明(IAR)
/ m/ X' e1 r3 p+ B9 l9 P配套例子:
. o. M  K  A! j7 |V7-228_FIR带阻滤波器设计(支持逐个数据的实时滤波)0 w6 |! i1 J9 d+ d' s  k, i
) v9 ^! l& |/ ~
实验目的:. D' i# P. A9 Y( Z( T
学习FIR带阻滤波器的实现,支持实时滤波

- R/ p' t* r, \; H- I9 N& g0 \& ?  E4 |
实验内容:
2 f: F1 u* Z% H9 M9 ^4 r启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。& S2 \# B" \8 F2 o" D* G3 i
按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
  d# z: N1 ]6 s4 s# s  m

, m/ H% F+ L; F0 J" u* |使用AC6注意事项
* s+ x  k+ }/ t7 [- o3 Q6 W特别注意附件章节C的问题2 B' H1 H3 p, r
+ E- B6 t: b3 A8 y
上电后串口打印的信息:9 b( R  B7 \" |+ w5 P
& A3 x+ O  ^  Q( S) w
波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。
: ]. q/ T: s% [" \+ ^1 d9 i; b9 K, ]7 [' u
70f3399c2aa9dec61c38503cb279463f.png
6 y! b/ R' E1 `) B

; ]( j# r3 `# P2 m# ~7 Q5 ~RTT方式打印信息:
7 e2 D' }+ V7 x& D: }0 c0 ^# g: B6 r
3216bf4356cb1b680117bbddb4f062e0.png

0 K) V/ t/ A# A2 O( ]7 M0 }. ~' t8 u1 Z3 i; [* `& R
程序设计:
3 r! ?- \$ B6 v$ R3 t
2 M3 ~: M# ~' k$ U  a  系统栈大小分配:$ P$ l1 D! r4 I# D8 E! C  o

9 V. D3 d6 ?" t+ `% U) {
6c0034e2c114417bc42c84b776059e2e.png
" x& ^) N& P6 x8 Q8 y3 A  L

' J4 |4 w3 p4 ]: a6 n- q  RAM空间用的DTCM:3 g! {/ U0 q3 ~- j( ?8 v# P  p. e
2 M  x. q5 l* [0 H; T; ?' g
636fab000c9dcaaef2a3c37cf6bb28b3.png
& l/ `; E& O7 J4 I2 Q

: {/ w. T5 W; j  硬件外设初始化
1 ~9 u! A5 g: R, y' ]8 E) d' A/ h8 }
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:2 [' @5 G" o1 B
  a& {! G* m# U% V$ g/ e8 d5 f
  1. /*
    ; B+ C) l& d5 r- `& L
  2. *********************************************************************************************************! G7 g2 E2 q. @/ x7 S
  3. *    函 数 名: bsp_Init/ J) A( O1 x% s  n7 {
  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
    8 X9 A/ Q" Y$ c/ b
  5. *    形    参:无6 |; u* }& r( ~# n# f5 X
  6. *    返 回 值: 无
    ( q8 M/ ^8 G4 p8 |
  7. *********************************************************************************************************) k$ C& K6 {: `; V; p
  8. */
    6 T" ?( B4 ?" M( B" k3 a
  9. void bsp_Init(void)
    # ]6 \% {5 M* c2 x0 Y6 l! K$ L8 F# c
  10. {, i) i9 U6 J% K( J2 {- I* Q* E$ z5 |- l
  11.     /* 配置MPU */
    ; G$ w+ b' v$ c$ ~
  12.     MPU_Config();/ K0 K5 o- Q4 B6 N& ?/ h* z

  13. - g- m2 g7 p- S, u
  14.     /* 使能L1 Cache */
    0 Y; l4 b5 \$ O# s2 R
  15.     CPU_CACHE_Enable();
    - B3 E" o- }; x- c( m

  16. & \1 a' R% R% s! l* h2 [* A
  17.     /* / g3 ?8 Z  D6 i# _, U' \; j9 s
  18.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:+ M4 {5 E6 S/ b0 W
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。, `* d, D) f0 [+ T6 {( x# x
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。
    0 ~+ Q4 u0 Z, n1 K3 T  a. }
  21.      */  d6 R; u& h2 U9 _1 q; Z
  22.     HAL_Init();
    & t5 g' l0 F8 H* l( B

  23. 0 y2 [& A" ~, r1 L# K5 L: a
  24.     /*
    ' r" N$ ?, j) {- Z! C% d
  25.        配置系统时钟到400MHz
    # i! G: Y8 N7 t; g8 \
  26.        - 切换使用HSE。
      W1 W! o3 \" _, l
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
    . ?+ P5 k: K$ l2 u2 z
  28.     */
      C# W9 h8 T! ], f% V2 P) W
  29.     SystemClock_Config();; ]' Y: B0 x/ w' a1 r
  30. ' w5 I( m; W6 ^, `4 D
  31.     /*
    5 Q$ h) l5 h' f: g! J2 b
  32.        Event Recorder:& }* i7 H* P9 e' ^2 D, C$ D
  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。% u4 Z& G0 y+ I: `
  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
    , F/ _4 r8 j. g, A& g$ K
  35.     */    : ?) S4 U& m/ a9 O7 b9 }
  36. #if Enable_EventRecorder == 1  
    3 c# ^2 z- e$ _7 R5 j
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 */
    + ]6 A8 M# w- i# c* z
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    2 j1 z" f; _6 t$ E" F; t% I
  39.     EventRecorderStart();5 J2 `0 q. o$ N2 |0 d1 m
  40. #endif
    ; c- }* Q/ o) z1 ?! g
  41. / s; e; n$ c0 Y6 w9 i: Z
  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 */; S* X) C* m8 c& ?
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */. W8 G- W: l) w$ c6 S( v
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */& G6 Y' g( W1 g: g- ?6 }; _
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    7 F% b; N+ v6 x, L
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    4 k9 e( }& J; ^* E% x0 Z( w" L+ p# m
  47. }
复制代码

4 g6 k$ E  n2 G* a  MPU配置和Cache配置:2 Y# l" n; ~0 `/ F' U# W

- U9 C. {- G& O# p2 a2 g' 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。
5 Q4 T/ N, C8 }# z9 Z- F) _+ ?( O, p
; a2 E3 ~) F" R0 v; @0 M* `
  1. /*
    1 |) E& D$ X& i1 `9 p
  2. *********************************************************************************************************
      f# Z4 u4 G' J3 M0 q, c& R9 O
  3. *    函 数 名: MPU_Config& _: s3 S- }5 {( [7 K
  4. *    功能说明: 配置MPU
    : n* T# e! @2 q- I+ J! Z3 I
  5. *    形    参: 无- m  L9 o8 h6 h, O
  6. *    返 回 值: 无
    : z% o& W# V0 w" {
  7. *********************************************************************************************************
    $ Z/ F  z6 x7 g
  8. */5 `; T9 @  N4 |9 k
  9. static void MPU_Config( void )& u, d! E: q* z5 J( Y2 m
  10. {
    1 g/ H! A7 I' n5 Z# B8 w
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;
    & b! P! V4 u7 S" x4 v  C. x
  12. $ \" J% ^9 T/ {/ a
  13.     /* 禁止 MPU */
    4 m+ v( Q5 Z8 H7 U, G
  14.     HAL_MPU_Disable();
    0 Y# ~: V( Y9 K! G* N6 k$ d
  15. 0 e5 l- n5 o# W$ I9 D
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate,Write allocate */
    * u4 O7 A# I* l( s
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;# ]/ X+ i$ M- J/ r% S
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;* u7 \7 ]1 o. E/ Q) a
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;/ D# R" y+ A( q7 G' W, \( W
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    ! X+ d' d8 I: I7 R, ]8 d+ r: R
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    $ z. h, e- P/ g( |5 ^# [' k  O
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;! _; I2 }5 Z- L6 {' C3 U$ w
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    ( }3 B0 z  a0 \. P& D
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    , _! }7 K9 _0 A) f! U( _( B
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;7 u2 ?2 m7 ?$ U1 s
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    ) M% A# [  U/ D5 @! Q7 R" _
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;! r3 B4 F1 u6 G; R. Y, Z! z

  28. * S3 C$ h4 h/ g  h
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);6 a& ^$ u4 b' R# J' n
  30. 7 D8 Y! h, O& f8 g; z) Z

  31. - y) U  k+ k+ E# b9 H
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
    / E* _6 N8 O6 \! {# W6 x
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;8 w# B. m: |8 u2 a2 A" l
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;' k7 A: }4 R: R1 n9 L. t) D. t
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;   
    9 g0 A! p7 ?# q: C3 q
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    # T$ c+ v5 A) e+ h. I' S, O+ y
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;! D$ K3 [; ]6 K$ W
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;    5 a/ s+ e; ]% C* Y
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    ! u1 N* Z- a# O' Z
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;
    - W+ W9 b0 r) }  `
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    3 |4 @9 f6 l" n( h# ?* U% \7 l+ r
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    0 O& @% l  `3 ]  u7 U
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    ! }5 ~! F- t. l- f& L+ P8 E
  44. 2 R" G. y$ p4 A) j% {
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    & a7 O% r4 V5 h8 u9 P
  46.   _$ y. o3 n; b. _- y, C8 v+ H
  47.     /*使能 MPU */' q; Z# E  G7 i/ {1 R  I) N( q# v
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);' p: i( |; }- O# F$ ?
  49. }
      T" R2 q) G& u1 B9 W8 H: X
  50. ; J+ ?8 q- \+ A/ Q
  51. /*
    # S) c( t( E& ~4 l
  52. *********************************************************************************************************
    # b; k; Y7 u* X- P2 P) p! R
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
    . i; X& J- L/ N! b1 q2 x
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache
    3 a5 w1 F3 g$ J; j7 e
  55. *    形    参: 无! D, N0 t+ m" p4 d1 I+ p6 C
  56. *    返 回 值: 无
    ( u/ P" A; J5 g+ S5 \7 p" z4 ]
  57. *********************************************************************************************************$ v1 @+ M( P5 [; `, {% }0 p
  58. */7 g' |( w) d, D% D  A# S
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void)2 ^! `. _0 S" [. B
  60. {
    . Y7 Z' O7 R! ?3 J% X
  61.     /* 使能 I-Cache */( C5 _* P4 U8 ?1 Q: w9 P/ b: Y
  62.     SCB_EnableICache();
    5 w6 r$ `" c: E2 y- Q* F
  63. + i1 Y" X1 E/ E9 E% r
  64.     /* 使能 D-Cache */  E& H" y- f/ R, l" V7 M
  65.     SCB_EnableDCache();0 r  I$ Y+ h5 J
  66. }
复制代码

/ |2 e+ y* V4 Y0 ]5 f  主功能:! A) y0 j1 F! [' J% r5 D
  w! W4 A! G, O( K( N
主程序实现如下操作:0 \7 o+ p! J6 Y: F; B8 C# `1 ?
4 B0 N& M  a% m! |
  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。  J( g1 n: S+ z& ~
  按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
7 W4 K4 S% f; U3 ~; B+ P$ H
  1. /*
    3 U# G$ \0 e7 s% `
  2. *********************************************************************************************************
    2 m! F6 e6 I3 {6 ~# h& }6 a; _
  3. *    函 数 名: main- F3 ]4 X2 i4 S
  4. *    功能说明: c程序入口: t5 t5 E& H. ]
  5. *    形    参: 无
    2 G& n/ ]5 T3 }4 H6 m4 i
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)2 F' G! u: p1 ~; g# O& s: u0 T
  7. *********************************************************************************************************
    0 b1 b; }" W9 r, d. ^( f
  8. */& e3 b7 u4 Z4 `+ l9 r1 q
  9. int main(void): l7 U: Z8 j0 ?
  10. {& B9 _* ^1 P- i
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */8 G6 z6 b- \' S& q
  12.     uint16_t i;; Q6 v) I0 g+ S! m
  13. 7 M" W2 V; e9 J0 A0 n7 f  ^2 N

  14. $ t" T. J6 v; D' y* z+ |, T' C
  15.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */" |: ~! H: k+ ^
  16.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */
    . _3 I2 b* N0 T4 L+ j7 b. r
  17. 8 k5 x1 y3 M+ H, ]
  18.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */5 L' N2 |6 [6 R2 c( C/ s5 O

  19. ' j  E2 e# k* [/ M# N- g8 U- ^. u) H
  20.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)4 M! [* `) R. ^0 @% ]2 o2 h$ Y
  21.     {
    $ M8 K+ o! l! d2 [) d0 t  V
  22.         /* 50Hz正弦波+200Hz正弦波,采样率1KHz */6 n: n6 u/ [2 ^6 W  Y
  23.         testInput_f32_50Hz_200Hz<span style="font-style: italic;"><span style="font-style: normal;"> = arm_sin_f32(2*3.1415926f*50*i/1000) +
    : A* h# I+ |4 J& K
  24. arm_sin_f32(2*3.1415926f*200*i/1000);! ]  L8 m# K3 }. S/ z- q* t
  25.     }% Z3 r9 u6 s- t% [2 t

  26. / p- i/ H" I, M$ r& j
  27. $ y& m( C1 X/ F2 u
  28.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
    . p. A5 t' _9 e% k

  29. ) F% m  G. I! G5 ]) i9 Y
  30.     /* 进入主程序循环体 */
    * F9 w. d5 ^( Y. w1 ?; M5 A) N
  31.     while (1)
    & `- a) L7 u" \' C
  32.     {& _: Y! m0 a; S
  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 */
    ; Q' n6 I* O- S$ d
  34. ( s! P, z3 ]. D

  35. 7 k9 o2 X/ B1 T3 F
  36.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */6 N( }) ^8 q. h8 L) t
  37.         {8 z* Y  J& q* Y0 j: L% x. e( v
  38.             /* 每隔100ms 进来一次 */7 N4 z9 \' @7 I8 f* U4 M* f9 d
  39.             bsp_LedToggle(2);    /* 翻转LED2的状态 */. R* X% f7 k' q, J
  40.         }
    ( ]1 \6 e5 e" R( m0 Z& |" k
  41. ; l  ^/ J5 N' H! y
  42.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
    6 Q7 u8 s" \% \
  43.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)6 w* [" N: b7 z  `9 E6 h2 @' V$ a4 q
  44.         {, B. k( d& Q2 O( f# d
  45.             switch (ucKeyCode)
    ( Z0 k: `& F, U% Y% x
  46.             {" q9 n& w% f8 f
  47.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */2 g9 t) |0 Y" u
  48.                     arm_fir_f32_bs();
    ' w# R: H5 J1 v& r
  49.                     break;
    * j* ]% m( s% n; Z9 k
  50. ; t$ K3 e, N1 x4 `7 `% O& {
  51. * h& M$ {5 P; e% I
  52.                 default:
    ! H4 J) Z4 t4 K5 I4 S
  53.                     /* 其它的键值不处理 */: v* X, O+ T! o
  54.                     break;
    % J: i: Q& j6 ^
  55.             }2 v- `4 g8 G% {$ x8 y$ G
  56.         }
    / b% v4 y7 x8 E9 P+ h, N

  57. 5 L  n! i& q* D% d. i
  58.     }
    ! g5 z( r) N$ q( F' Z( {# w
  59. }</span></span>
复制代码

# _4 r: [' {8 O" n4 r" L40.8 总结2 A5 s4 R# f+ ]
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。5 k% B, I. I, d, C" _# I# d1 C. v

  l6 ]7 v( V2 V! h& V
! ^! k1 J# m  f4 K" B/ v

0 X* L9 H# Q9 W
收藏 评论0 发布时间:2021-12-31 18:00

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