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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0 s" X) g3 F  o$ Y( O; t. ~
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:
1 }, F7 Y0 {' E
: A1 k, Q% w' a4 R  所有数据是在同一个采样率下依次采集的数据。
# e7 k+ q$ e0 u6 U) ^6 R4 X3 V+ k  每次过滤数据个数一旦固定下来,运行中不可再修改。
  c( Y/ B% q" D* z6 C2、  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。
$ \8 e1 J& n# f: \
3 U# a0 _4 K$ M40.2 带阻滤波器介绍
$ Z" A4 }- K4 A" N8 H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。0 I0 x4 ]* y3 o; b

- t* _9 X0 s. @" w
eb07af4703783e5f46e002099968ab94.png

/ W3 B$ p$ W2 y1 h$ s/ ]! F
# c; @# o5 y% u3 X) t6 I40.3 FIR滤波器介绍* T( H' e& u; o2 x- d
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。) Z( z4 {3 ~2 X  T' z! S
% F. w1 K$ x# c
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:
- M% u! h$ s; T  U) ?2 Q2 V* F6 o0 A% c0 U$ q, n* ?) O& A7 L
y[n] = b[0] * x[n] + b[1] * x[n-1] + b[2] * x[n-2] + ...+ b[numTaps-1] * x[n-numTaps+1]
; u" z6 [8 y) O- ~! E/ V% n! p) A
( q+ h/ E; U+ e! y( S: S3 }结构图如下:
: k1 q1 G; X" a" S
& ~5 j. ?- X+ f; f0 y9 Q* s4 ?
90e8ce626ba20176e8f8a370fe3d3a24.png

/ Y$ L& d7 L2 q( `9 ?/ J' r  ~! D6 H9 d1 `
  B3 Q/ D4 l5 {7 m

% V& G0 X) v* v这种网络结构就是在35.2.1小节所讲的直接型结构。
4 d. ]& u0 X/ V) x$ ?/ P8 q' x1 w" o0 R2 M& _. {- ?
40.4 Matlab工具箱filterDesinger生成带阻滤波器C头文件
; _8 W! t$ m% O! d, [* E4 w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:, U  r# Q% Z) U' Z1 Q: g0 p% X

* N; S3 i3 e- w8 O, k
5e14332b29b2594dc996e0064ae98798.png
3 R# A4 `: }2 B& F& q- o) S
6 I, {& S9 w7 a4 g- l
filterDesigner界面打开效果如下:( U  ~3 q( d/ z# @; Q
8 @* j+ x- p6 `6 h
d1a63d0da79f50ac93f367c073710727.png

3 U- e$ L" Y+ e! @" l& q1 G5 [0 W- t! f6 c" f+ K7 q# Q
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:: M) m6 w# Z, P" S! L4 D

, P" @6 c- w5 J7 j" f
35d982a9816fc3b4e4b3df474c264710.png

) `1 C  E1 Z7 E& Y# V' t' s
2 Y) t) C6 f7 ]$ L6 I' x' z# k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:/ E, X6 N3 \/ y
6 F8 |4 ?- g; `1 O2 I
220bb228e2f80fce9805e85e75e61d15.png

6 K( u0 K6 @5 p1 y& B& U' b. U
* a$ [, I6 z2 j" |8 n( x5 ]8 ^然后点击Generate,生成如下界面:% @8 R- [* I/ b* D6 {6 l2 u" c8 t
* {; p4 K, l2 v7 n( T/ t
84a01de7e8391be7a8456ac6ad24f23e.png

7 A4 q. r6 B, b9 g& S, }! V: R$ [5 i5 F* \) Z$ `" E, C8 d0 D
再点击保存,并打开fdatool.h文件,可以看到生成的系数:/ p/ Q- _" |: T. v7 s/ ]: P2 m# O
' r$ M. t0 N' e0 T
  1. /*' V+ R' Q' Z4 N& p2 T
  2. * Filter Coefficients (C Source) generated by the Filter Design and Analysis Tool
    7 l' }* T1 k' _5 C4 R! X! ]& S2 T% w
  3. * Generated by MATLAB(R) 9.4 and Signal Processing Toolbox 8.0.
      c& L- ?: `: G, D: o0 }1 e4 X
  4. * Generated on: 20-Jul-2021 12:19:30
    + t+ u. v9 r; u' i+ g/ ?+ b  |, e5 O
  5. */. ^% d5 Y, z4 ~5 s0 q& P7 v
  6. 3 W4 v" C+ J' l0 V* I1 c
  7. /*
    4 H: w$ \, _" ]; r. m
  8. * Discrete-Time FIR Filter (real)
      k4 @  _7 W0 W, S
  9. * -------------------------------
    ; ?  [# b1 j$ @& P
  10. * Filter Structure  : Direct-Form FIR
    2 ?0 H- I6 |% `$ @
  11. * Filter Length     : 51  X2 ~  }9 Z$ `& ?9 a. E3 ~
  12. * Stable            : Yes
    ( |" D* p1 k7 \' G  e3 C
  13. * Linear Phase      : Yes (Type 1)* C# g+ y/ x& [) T
  14. */3 d# g! a0 S' `1 Z
  15. ! j+ V: L- _# E6 o+ X9 m
  16. /* General type conversion for MATLAB generated C-code  */  W& m3 A* |$ K& a% y
  17. #include "tmwtypes.h"! I6 t2 M; T0 a4 h- I
  18. /*
    ) {4 n$ T1 q1 A, U
  19. * Expected path to tmwtypes.h ) P5 w3 l; @7 r2 p
  20. * D:\Program Files\MATLAB\R2018a\extern\include\tmwtypes.h " y$ p, }3 J! |* n/ k
  21. */
    5 e; d+ w4 z( V/ T* d! k$ V2 g
  22. /*
    & C+ M2 G2 D4 J: J) \. g: Y
  23. * Warning - Filter coefficients were truncated to fit specified data type.  2 k& f9 O& u) j
  24. *   The resulting response may not match generated theoretical response.
    % m& v# W/ h+ ^) p! n( |, S
  25. *   Use the Filter Design & Analysis Tool to design accurate
    7 k" b- Z2 l4 o6 c+ r* R' t3 P
  26. *   single-precision filter coefficients.
    9 n1 ]- J. z3 ~# n! C, p% R( n  r
  27. */( x* C8 @4 @" a
  28. const int BL = 51;
    7 L  d/ K/ ^  \/ B, p. R
  29. const real32_T B[51] = {
    # g5 _5 ?8 n# z% f- A
  30.   -0.0009190982091, -0.00271769613,-0.002486952813, 0.003661438357,   0.0136509249,
    # T2 e1 a: b# S" t( y) F
  31.     0.01735116541,  0.00766530633,-0.006554719061,-0.007696784101, 0.006105459295,
    . x" j( l5 v" Q" h/ H
  32.     0.01387391612,0.0003508617228, -0.01690892503,-0.008905642666,  0.01744112931,
    2 y; G9 r: a  ?; t# ~
  33.     0.02074504457,  -0.0122964941, -0.03424086422,-0.001034529647,  0.04779030383,
    , K, V7 }4 \6 J9 A" F
  34.     0.02736303769, -0.05937951803, -0.08230702579,  0.06718690693,   0.3100151718,
    1 U$ }1 G) z# Q/ G# b
  35.      0.4300478697,   0.3100151718,  0.06718690693, -0.08230702579, -0.05937951803,
    6 l+ k. p0 ]& u
  36.     0.02736303769,  0.04779030383,-0.001034529647, -0.03424086422,  -0.0122964941,3 J4 o1 r' s9 ]" q5 q
  37.     0.02074504457,  0.01744112931,-0.008905642666, -0.01690892503,0.0003508617228,
    # k& c: E( u( G! K( w* t$ o
  38.     0.01387391612, 0.006105459295,-0.007696784101,-0.006554719061,  0.00766530633,
    + x( P9 B* R8 J$ k2 ^+ h
  39.     0.01735116541,   0.0136509249, 0.003661438357,-0.002486952813, -0.00271769613,5 G  a( r, Q# [
  40.   -0.0009190982091+ o* H$ I5 e! d8 `! \' |/ u9 D
  41. };
复制代码

4 z$ k) J' y9 I' c* J3 H3 W. Z; S6 x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。( ]  H. n+ t3 O8 n, q
- q9 o. X+ m; |( |8 o
2b24513b974f0554c59651f8b94b60da.png
0 r9 h7 D6 V4 D  y9 r

$ P) W5 n* E# g, x4 w1 h) m7 N6 U/ z% ?

% D: m& S. W. a* u" z! ?40.5 FIR带通滤波器设计
$ P" ?! ~* T# ]: k: s8 O6 ]
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/ ~1 L# Q. t1 D, x
* x/ K8 X: T2 w! B1 q7 U
滤波器。
' G7 Y2 U5 G: g
6 K# h- p9 _6 {9 R40.5.1 函数arm_fir_init_f32
9 W( M- B* X7 I: j; @函数原型:
  F8 i" e$ [0 T, t9 g0 O& j+ q
  h& p, N* h$ K4 B8 q4 u( Q
  1. void arm_fir_init_f32(9 X% R5 H+ t/ |' l
  2.         arm_fir_instance_f32 * S,
    1 \. Q$ S$ @, O: E' [# V: {
  3.         uint16_t numTaps,5 C7 G7 e5 B8 n4 H3 b8 F
  4.   const float32_t * pCoeffs,) x4 V: I2 u* h1 w4 F7 P
  5.         float32_t * pState,
    ( T& Z) Y. q% w: l
  6.         uint32_t blockSize);
复制代码

3 N2 e6 A; k' o函数描述:
% J; o) N, Q9 Y( f2 X- J" O) K+ j7 |0 K
这个函数用于FIR初始化。9 O; ~  G( @( o; v

" ~. ], P& q9 ]. M" x函数参数:8 i) U0 O5 P# I2 H! m/ B2 M& f
3 z% b; m" h( X
  第1个参数是arm_fir_instance_f32类型结构体变量。- W1 q( f2 G/ D9 Q7 h; d4 |
  第2个参数是滤波器系数的个数。/ B/ a  o: F3 H# L8 D, U& F
  第3个参数是滤波器系数地址。9 [. a6 d  l6 G* c. z$ l
  第4个参数是缓冲状态地址。) E, W' j; e! L7 f, |4 U8 B
  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。
: T8 T' F+ L1 U注意事项:4 L6 j6 y6 V% I8 m
* \4 l0 d. x9 w
结构体arm_fir_instance_f32的定义如下(在文件arm_math.h文件):" J# ^, B1 W: x/ [1 z9 H: f
% L( h3 J- @6 o- e& y1 y( W  j% _
  1.   typedef struct$ W( o' ?. m/ p. F$ @
  2.   {: B. E3 G) e+ r4 t+ X( V
  3.     uint16_t numTaps;     /**< number of filter coefficients in the filter. */. f# {7 Z- j/ ?; k
  4. float32_t *pState;      /**< points to the state variable array. The array is of length */
    + D4 e. d$ G- h& R; ~
  5. numTaps+blockSize-1.
    $ V  a1 r  ]5 }3 a! J
  6.     float32_t *pCoeffs;    /**< points to the coefficient array. The array is of length numTaps. */
    ) ~5 M9 B% Y; ~- E' R
  7.   } arm_fir_instance_f32;
复制代码

" P7 _. ~( Q' }- M0 A1、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:( k5 Z7 u& x$ f  r# S  f! {
! j2 F7 S5 X& Z* L
{b[numTaps-1],  b[numTaps-2],  b[N-2],  ...,  b[1],  b[0]} 5 M- h, y8 n. f. w
, e# J/ X3 H& ]2 q* R+ ?
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。- v$ j/ B' w0 j5 f

" m3 [  f2 W/ e$ {' l) R7 H2、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。& V& U' I5 f2 g2 T
9 w' y5 M& s" f
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。& [8 ~$ j* U+ {6 y' e! J

# d& i, z! Q% K9 Z/ m5 K( v5 ]' v40.5.2 函数arm_fir_f32
/ p7 s. C% y  Y0 B, c$ m6 c
函数原型:
, m( C2 }' x, p3 U% C
6 P# j7 ~. M2 d
  1. void arm_fir_f32(
    2 l3 o- a2 x( k& Q3 |; Q( m( |* @# G
  2. const arm_fir_instance_f32 * S,+ p0 t  Y% a( C3 w" s- y) l
  3. const float32_t * pSrc,2 q- e8 j# G7 V
  4. float32_t * pDst,! j3 j; B" l8 b8 |5 [
  5. uint32_t blockSize)
复制代码

# t* c9 q& m& B0 g7 T( z函数描述:
9 z" f: t6 A* b: O2 e& Z$ C5 J% g0 ^! w' D6 N
这个函数用于FIR滤波。9 G) w2 H0 F9 z" B
/ {  @9 U+ \( X5 I; n2 ^
函数参数:1 z/ }( m$ T0 {6 w7 b
& ~% U) h3 @5 t7 t
  第1个参数是arm_fir_instance_f32类型结构体变量。6 [6 `6 O8 @- K' k4 s) ]' W( M
  第2个参数是源数据地址。
4 z6 D9 i+ ?& x$ E  B  第3个参数是滤波后的数据地址。9 r3 v6 P4 {# k/ @( n: E$ k$ M
  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。
3 |4 C& f9 B( S- [: P
" N9 F) q( m/ n) T7 g2 s40.5.3 filterDesigner获取低通滤波器系数- [( R5 }# p. M$ r& k2 g1 ^7 {9 P
设计一个如下的例子:3 d9 r  T2 r& E8 A0 O# j
! i1 x/ R3 E+ M1 T9 N2 N
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:7 r; x# ^- X# X0 `. R

  e/ U7 O$ }/ E" f( E) {
c5d13a97f5445a4be6bd0adeda75b3a6.png

2 m* u! U) L- x5 V- A2 u" Z3 Z) F- f# u2 q
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。
( O( q3 R: \8 _0 y7 \3 C% V1 p
) j& b7 D/ W, Z7 Y+ N40.5.4 带阻滤波器实现
% |* z& n0 @9 w" ]4 {; r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。
' h) x2 Y& m1 g
- c4 a: E' {$ ?' V
  1. #define TEST_LENGTH_SAMPLES  1024    /* 采样点数 */+ R$ X1 V' X7 F4 H. \/ h
  2. #define BLOCK_SIZE           1         /* 调用一次arm_fir_f32处理的采样点个数 */& P7 d" @. a, b- E
  3. #define NUM_TAPS             29      /* 滤波器系数个数 */$ P7 G/ {8 u! r
  4. / K- G& `9 [* Y; E1 P
  5. uint32_t blockSize = BLOCK_SIZE;
    ! |; e' H2 Q: u7 k5 g1 j6 M
  6. uint32_t numBlocks = TEST_LENGTH_SAMPLES/BLOCK_SIZE;            /* 需要调用arm_fir_f32的次数 */* c4 C, Q% Q. B( z. g

  7. 3 d/ n* l" P: ?& a3 E  ^1 X
  8. static float32_t testInput_f32_50Hz_200Hz[TEST_LENGTH_SAMPLES]; /* 采样点 */9 X5 f8 Z: A2 `3 d1 R6 V' H
  9. static float32_t testOutput[TEST_LENGTH_SAMPLES];               /* 滤波后的输出 */8 Z* E0 v- F: f! x
  10. static float32_t firStateF32[BLOCK_SIZE + NUM_TAPS - 1];        /* 状态缓存,大小numTaps + blockSize - 1*/
    6 A8 k  W' V8 o8 ^3 y
  11. / c, j: R9 p4 N
  12. % w1 d1 C6 i* K
  13. /* 低通滤波器系数 通过fadtool获取*/
    ( @6 {0 e0 Z* R  ~) f; \# ]
  14. const float32_t firCoeffs32LP[NUM_TAPS] = {4 H1 B- Z4 \- W9 O
  15.   -0.001822523074f,  -0.001587929321f,  1.226008847e-18f,  0.003697750857f,  0.008075430058f,/ G3 Z; v8 Q; u- n" w5 p+ U+ y
  16.   0.008530221879f,   -4.273456581e-18f, -0.01739769801f,   -0.03414586186f,  -0.03335915506f,6 ?  C5 N$ E4 J+ a. E
  17.   8.073562366e-18f,  0.06763084233f,    0.1522061825f,     0.2229246944f,    0.2504960895f,
    7 g" P0 U8 X/ Y* t& q) [1 q7 _
  18.   0.2229246944f,     0.1522061825f,     0.06763084233f,    8.073562366e-18f, -0.03335915506f,, S6 \. ?  O0 s5 J& o# [5 \: J
  19.   -0.03414586186f,   -0.01739769801f,   -4.273456581e-18f, 0.008530221879f,  0.008075430058f,
    & `' O: W. }; N# s% g" q* n
  20.   0.003697750857f,   1.226008847e-18f,  -0.001587929321f,  -0.001822523074f  ~0 p# z7 ]% S; N
  21. };
    7 I9 V8 x- S8 i( M3 t  o

  22. 5 Q; {) {; {  ^2 Q

  23. 6 v: j& B- k7 m1 ~6 S, t
  24. /*
    $ w2 l7 g( l! R( z+ |
  25. *********************************************************************************************************7 L' [# q# E7 O
  26. *    函 数 名: arm_fir_f32_lp
      [- `9 D- K% `+ _2 d
  27. *    功能说明: 调用函数arm_fir_f32_lp实现低通滤波器
    7 n: \8 F% g+ V& B7 |  ^7 P; ?4 V
  28. *    形    参:无
    # }, D3 p1 Z8 h9 O+ t( p: e) p
  29. *    返 回 值: 无
    - r* E5 Q, E9 Q& B; U
  30. *********************************************************************************************************
    " W7 `7 q% O: S+ m4 b5 S1 _
  31. */$ B$ h0 i$ k8 [" A4 D2 ~
  32. static void arm_fir_f32_lp(void)
    % X9 W) N7 P5 a+ z7 |' J( b
  33. {
    4 A3 d& h$ t% Y- X8 ~3 N8 \
  34.     uint32_t i;! e9 q! B2 B3 z8 H+ A9 n- c
  35.     arm_fir_instance_f32 S;
    $ c- y% H* ]' N: V
  36.     float32_t  *inputF32, *outputF32;4 A/ ?2 k5 ^2 N! [! P

  37. - U$ o" ^( @1 [7 q& e6 O: ?
  38.     /* 初始化输入输出缓存指针 */7 T- S$ G1 ]! V3 Z* U% m( e2 S7 D
  39.     inputF32 = &testInput_f32_50Hz_200Hz[0];
    & ~' _! J9 l6 U3 ^# X" i
  40.     outputF32 = &testOutput[0];
    3 Q% H1 A$ H- z+ D$ f/ y
  41. + x9 @) t; R  d" @  v! U
  42.     /* 初始化结构体S */
    ! T2 ~& U; a6 `$ I' z! N
  43.     arm_fir_init_f32(&S,                            3 c/ I9 f7 y/ N% X  ~! I
  44.                      NUM_TAPS, & B: g1 T# m9 j5 H5 {1 Y) Z
  45.                     (float32_t *)&firCoeffs32LP[0],
    $ X+ ]" y/ y( x: w1 H0 H  `9 y
  46.                      &firStateF32[0],
    - C+ G- \& E+ |% m! B, `
  47.                      blockSize);
    9 B8 t9 l9 `. c6 S
  48. ; ~# ?2 ?) m) f. L0 c4 V$ H6 [' H
  49.     /* 实现FIR滤波,这里每次处理1个点 */
    - `# [- W2 F" U" u
  50.     for(i=0; i < numBlocks; i++)
    2 ^4 `. K$ }( ~
  51.     {3 Y9 V" }7 \/ b$ r+ d) S: r
  52.         arm_fir_f32(&S, inputF32 + (i * blockSize),  outputF32 + (i * blockSize),  blockSize);
    * `1 q# F- [8 ?# g8 s9 H9 ?0 J
  53.     }
    # k1 c, {8 r3 H$ G$ q# w: @
  54. ' n# S6 L7 v8 N- ]# W
  55. 2 g3 e% J) f' x7 o4 y$ C
  56.     /* 打印滤波后结果 */
    7 b* l- l" a# a  O* d7 Z+ s
  57.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    % O, k+ T. @5 U1 f5 d5 h3 w
  58.     {4 i, O1 h9 B3 X5 c4 A
  59.         printf("%f, %f\r\n", testOutput, inputF32);
    5 X9 N1 V7 l+ H# s( R! I& J8 d. _$ J
  60.     }
    , I1 r/ F1 t3 c0 S' d* t
  61. " F- t: p. L: R! U1 w0 m
  62. }
复制代码
$ h: o& n1 g1 n- u% v3 m
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。3 F+ S3 a, m# Z4 ]0 l

6 I6 J0 F5 w1 C. @& l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:4 R6 P# \: O! e# ]; B) {! x- E

# w  I, h( C" n/ S) Y! w
  1. %****************************************************************************************- \4 `! ]+ y7 D3 y  A, }
  2. %                             FIR带阻滤波器设计- {* A. A: K: h( p3 |, b
  3. %***************************************************************************************8 m! t4 s& ?/ y' c+ i
  4. fs=1000;                  %设置采样频率 1K, p1 t- u7 n; t1 o0 u
  5. N=1024;                   %采样点数      4 ^" A" R6 V. a8 [$ K
  6. n=0:N-1;# @7 Q. R$ Q$ l  N: Y9 N. t0 W3 W
  7. t=n/fs;                    %时间序列
    ! u" P. G1 X+ M
  8. f=n*fs/N;                  %频率序列
    * {5 w, Z9 S& A  h1 C9 ^/ m8 x7 T

  9. 8 t+ n/ i& t% w3 z, ?
  10. x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*200*t);       %50Hz和200Hz正弦波混合           
    6 o+ |8 W! Y  d9 x0 m) B
  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。
    8 G# F4 p: A* K2 V! \: k6 H7 i! l8 ~
  12. y=filter(b, 1, x);                        %获得滤波后的波形
    7 t; |8 G( m/ K+ C' B2 p
  13. subplot(211);' C- n$ e- g; Z& W( O6 C0 u8 S& l
  14. plot(t, y);
    % p' x8 `; h  v, R# }3 ~
  15. title('Matlab FIR滤波后的实际波形');
    & ?$ I! ~. N; _
  16. grid on;4 N$ ^& G1 ^7 T/ t8 i& L$ X

  17. ; d/ w& `* v% y; M) N
  18. subplot(212);
    . F8 Z: N% K2 d6 u& x4 o  F, f
  19. plot(t, sampledata);        %绘制ARM官方库滤波后的波形。
    7 y! i. b* C% k3 A' V; n
  20. title('ARM官方库滤波后的实际波形');
    * U6 ^, l& w! q% g7 e3 z
  21. grid on;
复制代码
4 R  g( n9 X. W
Matlab运行结果如下:/ M/ S! f) ]! I. @$ q
3 n9 y+ H7 \# N. H
916e866865e182e874925fe4e2fdc08f.png
" H5 q0 W0 `& @7 @4 u. r+ d

/ x% w- Z- [' ?( A* p8 g; G# S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:
3 t- o: v. d; L; @, I/ @+ q) G* ~+ V2 a8 `0 r  d7 \! H; A* `/ w+ j/ d1 A
  1. %****************************************************************************************
    / l1 _7 b4 A0 K$ Q2 k
  2. %                             FIR带阻滤波器设计
    " c8 n! P% j( e# d! a
  3. %***************************************************************************************
    / G5 s. e. m8 |2 X- J0 j4 I
  4. fs=1000;                   %设置采样频率 1K
    8 d7 s4 N9 v5 g! j! [$ c+ Y  E
  5. N=1024;                    %采样点数      
    ' Z" I/ S* p1 l  Q2 l! y* B
  6. n=0:N-1;
    9 j# {7 B  H5 @1 N  t" C
  7. t=n/fs;                    %时间序列3 ~$ L& M- R3 \* v9 q! v+ Y3 `
  8. f=n*fs/N;                  %频率序列# C. J. W4 J+ p5 h2 P  V

  9. 0 L1 N3 N: K$ ~/ _5 l! T1 H
  10. x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*200*t);  %50Hz和200Hz正弦波混合           $ z, V# z! U7 P& a2 _1 K! X
  11. subplot(221);8 s% h" G4 C1 f% Z1 x
  12. plot(t, x);   %绘制信号x的波形                                                 3 x- g. p! T8 z' M1 s6 z7 J
  13. xlabel('时间');* z4 v: Q% Y. C1 q$ x/ @
  14. ylabel('幅值');5 H) x+ f5 M: [, [% f
  15. title('原始信号');
    : p3 e) E, z" x8 G% y+ \
  16. grid on;3 p5 A, A5 X' K; ~8 d# K4 e
  17. + t6 u5 w7 R5 I( Z* p
  18. subplot(222);3 n) ~5 X- Z) S1 v( Z
  19. y=fft(x, N);     %对信号x做FFT   
    % s$ B/ v2 ^6 w+ T2 @* }7 ]
  20. plot(f,abs(y));9 ]6 g1 g! ?/ O) f5 M& n) [
  21. xlabel('频率/Hz');- Z3 z5 e/ L8 M& j
  22. ylabel('振幅');5 k/ Z% H: O5 P, G
  23. title('原始信号FFT');
    % i% K! I. @) J3 v/ i2 U
  24. grid on;1 A- Y  W7 A" M+ r7 k, v
  25. / \( q* k4 d2 B/ A* M- z
  26. y3=fft(sampledata, N);       %经过FIR滤波器后得到的信号做FFT+ J8 s' r+ X, h* E9 O* Q. v& Z& H1 g# K
  27. subplot(223);                              
    * C+ D* D7 a; f4 y" j+ H
  28. plot(f,abs(y3));
      x) R' y; T" S5 R- r" a& X
  29. xlabel('频率/Hz');
    7 b- R& I5 k- L" {9 y, h4 d
  30. ylabel('振幅');
    3 I* F9 j; h" @- e+ E
  31. title('滤波后信号FFT');
    ( k/ @( T3 L. R. D: k$ s9 C, M5 A* \
  32. grid on;& B" q' ?. l# L7 @
  33. ! M$ \; |0 t! n5 Q
  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。     
    7 r2 {: S4 H# q  g, N& u+ }( {
  35. [H,F]=freqz(b,1,160);                  %通过fir1设计的FIR系统的频率响应
    3 f; j1 O. j4 A3 q; u- U& I& ~
  36. subplot(224);
    - ?) o+ y; n) z  @! W; w9 w& \( W
  37. plot(F/pi,abs(H));             %绘制幅频响应& F4 G$ u$ L; v( X+ R
  38. xlabel('归一化频率');        - m; u2 ?  J$ b4 D! f
  39. title(['Order=',int2str(28)]);8 r9 e1 {; S: B* S5 c
  40. grid on;
复制代码
2 [0 P: b, E+ m4 U# ]
Matlab显示效果如下:
0 b+ L) ]. k4 [3 V4 n0 I7 q, p  `3 p0 {
73baea66269631da516a74e98da45b88.png
; c% r4 x8 r, y, e; [5 V! h9 W

9 W+ J' o. a2 E; j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。8 L& \+ [$ [/ X6 \
3 c+ F/ O8 J- H  x" |$ t" _
40.6 实验例程说明(MDK)
* j, u$ a) @& h# ?配套例子:3 ?3 \( }% g- g* j' J

8 b: z6 G( U3 Y- vV7-228_FIR带阻滤波器设计(支持逐个数据的实时滤波)
* l5 u: N% V3 J7 a4 d  W2 M1 H# S
实验目的:
; G9 e5 Z- Y( q* t, P, Q: A学习FIR带阻滤波器的实现,支持实时滤波
/ f4 O% p1 r! d1 u* l
4 }5 P" @% W) z( j$ A& _6 U( k实验内容:
9 {+ o: i3 }) K- K启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。5 j) |5 D" o, g/ A7 Z
按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
4 m# j0 ^$ O; s1 j" W" U
* e1 _. w# M5 u+ h使用AC6注意事项
# k: F" V' s  j! g# p特别注意附件章节C的问题) Y  W3 S3 K/ `' t% ^
7 B% f5 i  y1 B
上电后串口打印的信息:
5 j8 ?7 K* i% Q: X# p, K# b5 }
( g1 U1 L5 s! ?3 H波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。' w& o! B. C4 J: D
1 g' `$ O/ r: `
9820ba6145f7d8a3406f4cccd06e4b4c.png
$ M4 V0 R/ D9 d! \$ `

2 l3 n0 E/ t6 @' Q, BRTT方式打印信息:
! `9 o5 U; e7 J, @7 o  }9 W: ]6 z4 b- Y! J/ }/ n
803e36294ac8bbc76428bcbe5613d79d.png
' E  h' f7 L7 o! ^

' ]0 M2 x  ~' Y4 a% [程序设计:
! `5 {) W+ x/ l; {2 l7 _( S3 s) B
- o1 n1 b3 n- z6 [7 k) p3 A. X! g  系统栈大小分配:2 b5 q0 e, C2 Y0 F: j0 T) ^/ o

5 I* S' O8 x. m! v9 C
ec342c78f71466987e218f42f92187c5.png
* B6 q" F2 f4 f
$ r! A4 z+ @& U4 q' T% M) Q! W3 O/ K
  RAM空间用的DTCM:: `2 b& @$ s2 k
. X3 r1 H. o8 C) M
7f807913bee995db3a40e79477f226c9.png
% U7 v" S; n, n: [4 w: {) h9 [) t
0 j; z5 N$ v, F
  硬件外设初始化  C: i$ Y& |" C8 l9 F" r8 M

- d% }4 z( |! c! @硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:
0 r$ |/ f* s! Q) y+ t8 S/ S. }4 S6 {1 |  ~$ ~. W0 {
  1. /*
    9 ?) I" `: J# f. A
  2. *********************************************************************************************************- ~1 R3 |$ @/ R
  3. *    函 数 名: bsp_Init# |" k' d0 T9 A8 N9 h4 O' n  E) I
  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
    0 K, V3 ?' s% K9 y- Z/ n1 S& i& F
  5. *    形    参:无8 h+ H5 H. F1 Y# {+ R7 [
  6. *    返 回 值: 无
    6 h% B1 u! G4 y, R& C2 p0 k9 H1 l$ d
  7. *********************************************************************************************************
    0 C7 a3 B/ f% w3 ~% A0 h! \* j2 i
  8. */
    ) I9 e9 H; ]$ k
  9. void bsp_Init(void)
    4 {$ x. T1 J. g* _) U
  10. {
      g' J/ Z0 ?1 v" W( ^
  11.     /* 配置MPU */
    * s- ]/ g6 r$ p0 [
  12.     MPU_Config();
    : `; j0 d5 w1 D( a6 A# B$ O
  13. 9 k6 ?2 y( g9 {
  14.     /* 使能L1 Cache */8 w) B% T, O& \* h  q
  15.     CPU_CACHE_Enable();# Z9 V, I# b5 o& A" ?* I  Z' e

  16. 9 k. X- Y. D# [5 c1 r
  17.     /*
    6 W! V/ y6 V0 _0 ~2 k2 Q
  18.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:' ]5 f6 R5 Q. y- n" ?: I
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
    + h3 y- v! M# h! V  n
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。& W: S% ?" A3 b4 @2 R; @# Y/ E
  21.      */2 W" R$ A# }9 }* k  J
  22.     HAL_Init();+ |+ R4 v7 H" }+ @, ?+ y

  23. * {) r; X$ {& O
  24.     /* 7 |1 q. q1 T0 |: N, n9 f' ~
  25.        配置系统时钟到400MHz) L# x6 R) A7 `. _! J* c
  26.        - 切换使用HSE。* c+ b$ y" _8 _( C7 D
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
    ( K3 T- @! i2 ~5 M3 J( M
  28.     */& i, P2 S4 N" C. |. D4 W
  29.     SystemClock_Config();
    & D4 e7 I8 `4 t+ J: M8 h" u3 d

  30. & Q  l$ a8 k( j, J8 I/ y$ l
  31.     /* $ V, G7 R$ S- z+ {
  32.        Event Recorder:9 w; t, L+ R0 P' c, j8 ]0 k
  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。& X/ K* O9 \2 N, y' H* ]
  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
    - u# C- l: U# W. R7 |
  35.     */    & c) I4 E* ]6 w9 A
  36. #if Enable_EventRecorder == 1  , N4 _$ t0 D/ g9 g; N; l
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 */
    5 w5 [3 k/ ]8 b
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    . V, P; q  }5 D: ?5 B
  39.     EventRecorderStart();) ~' D. E9 G0 Y% E" {
  40. #endif( H; C' w7 @) j9 R( M

  41. # r  }$ |0 L- k0 \
  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 */
    * g& H+ e" r+ R! _
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    1 G4 V% S; @4 |( z/ E9 a
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    & c) O" Y9 f! ~+ k
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    ' B/ O9 J1 u. E# P+ [# R) I
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */      g5 R  J! k( J& I3 g" s) {. m2 p
  47. }
复制代码

9 J, v4 p8 F2 b) D& d; j* t  MPU配置和Cache配置:0 u9 k) z8 r5 x# `  p
# e7 g- o6 u( q9 `  \
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。% Z9 D/ v; e& E+ w. N
0 n- r: b: W, ~
  1. /*
    5 {3 W" |$ D7 \, e# G# l5 J
  2. *********************************************************************************************************
    + Y6 h5 V) L3 K( {! X/ Q
  3. *    函 数 名: MPU_Config* p. @( }1 K( I: B, m
  4. *    功能说明: 配置MPU
    ! \* P& f: y3 m
  5. *    形    参: 无
    . N: ]: P4 y' T: K: w; L
  6. *    返 回 值: 无% [9 a1 z; t) U' c& P( H
  7. *********************************************************************************************************3 Y6 ~- B! z! |( e6 B% S
  8. */
    / P$ I3 x0 P1 K/ ^3 U6 Y1 N
  9. static void MPU_Config( void )+ r/ l  p5 o8 `4 G
  10. {
      j. x+ m7 e  ~# s! R. w: Y% G
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;
    % z3 w( X4 Y/ u# i0 _, R
  12. ' K$ x- [/ h7 T9 q6 l3 N$ \
  13.     /* 禁止 MPU */1 U- X8 E0 f6 f
  14.     HAL_MPU_Disable();  J3 q0 Y2 H) V% p

  15. . X" k* G3 e/ x) h4 E. v& v
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为关闭读Cache和写Cache */% a( L% C3 ^) D! w, Q4 l
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;& ]. {" H5 _" b% }' T
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    & l8 o  D6 Y. _
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
    % C/ M. t6 t6 O# T" s5 }
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;1 c6 u3 [" l! Z) @1 n7 Z
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_NOT _BUFFERABLE;
    4 r8 y' n) Y9 t- \
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT _CACHEABLE;
    ; R* n7 Z! j$ k* m- j( v! T
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;! f9 m* N+ A) |8 T
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;- c) k) y& j# Q4 {
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;0 k* k# e& l: t
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    9 E  Z" L; W* F/ o, L
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;- u9 ?' C) j1 x. K) v; o
  28. - ~$ V  ~; s+ M
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);  q0 x- w0 s; w* S* D! k7 Y! C
  30. 8 e2 G/ x" w: e( m6 m
  31. - K0 H6 |8 _" x, N
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
    , @) j$ ?) e7 Z" F% A2 B* u& D
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;2 O; P, P, F$ i, B% v5 N' t* a( V
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    5 }) ^) |" Z! M, @2 b) n
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;   
      c& J( k) D0 z" j2 @4 e' O
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    $ b0 q2 ^4 Q$ A6 B5 D: ^
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;( X* t! [1 Y; J* }: B/ B2 p
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;    0 ^9 Y; ?4 H) j
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;. i& u& l/ F! l( z, j
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;/ t5 \; t5 V( N
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    $ G2 N! o* j% x: @* O. s
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;+ p# U: R' }" A& U, n+ e) `, X9 x
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;' o: M( Q; b6 I0 d2 s! r/ l, A) V

  44. 5 W; U. c& P( a" ~/ M
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    + Q0 b) V5 Y8 |0 c& g( m  b( ]% C$ w; L
  46. " Y# \; \$ m4 X. Q* ~
  47.     /*使能 MPU *// Z, z/ ]/ e6 F/ L
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);# P- a% h$ |) P: `; h, W5 l
  49. }
    2 w# P( K3 h+ q* S4 e0 h1 q4 G

  50. $ [  g0 x  j" R1 d! o
  51. /*- |/ V/ W1 _+ \3 C7 ]4 [/ U7 D* g
  52. *********************************************************************************************************
    4 |2 b7 x6 i8 U: r0 Z+ X
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable# ~# `2 q& [- ^- ]. c/ i
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache
    # m) z6 j" K* p! J. o
  55. *    形    参: 无  o+ w5 T5 ?1 [* E; k; s
  56. *    返 回 值: 无" K0 F5 h  k6 }' Y/ m- S8 F
  57. *********************************************************************************************************# m7 \* F( r  d) T0 n# s
  58. */# q1 I# h1 @9 h; \  t- W* y
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void)! d6 E! ?2 R  a' O7 Q4 F- V
  60. {; n. b/ ~$ ]2 m/ x  w8 P# s7 f
  61.     /* 使能 I-Cache */: x. X/ a$ r, d- y  [
  62.     SCB_EnableICache();6 A6 x0 ?4 E: q% W, \
  63. , V. K* Y, f( I3 q; ^
  64.     /* 使能 D-Cache */4 d* B: V+ k8 [# V8 x: p
  65.     SCB_EnableDCache();& r0 f* f6 B+ o
  66. }
复制代码

. `" ~' I& ~3 [$ G" _) n  s4 j2 @  主功能:
! q, e* v8 l# b5 C. q
; \* k$ N! o- x' C: j' O7 i4 f6 b- W主程序实现如下操作:+ G8 [3 h8 i5 Y5 N" |

( T) x9 t+ v# O% ~1 F  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。) g# i" K4 h( ?7 B# |0 Q
  按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
. l: [$ w" `/ N' V  [  l
  1. /*; m2 R, O5 c" n. w+ w6 k
  2. *********************************************************************************************************
    , ~: M  ?% M1 r- ?: I% V1 k
  3. *    函 数 名: main0 E7 O* P- @6 a; P4 [9 J# B
  4. *    功能说明: c程序入口. m' V# G8 P' ^, z2 {8 q
  5. *    形    参: 无
    , a, [- @' k5 s' ^+ d
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)
    : s9 |; i6 l& G5 H. w: G
  7. *********************************************************************************************************. @2 k6 V* a! x" H1 O% s) f' p
  8. */
    4 x) F" Q4 _0 b* p& t* e
  9. int main(void)
    . I5 y+ D% _" u' F
  10. {- e( ?6 P; Q+ i. v( W7 e; W
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */3 Z- c! A  ^7 {) v$ k
  12.     uint16_t i;
    8 H1 I! D2 z- w' `, N

  13. 7 C( |. l5 x/ P& l* Z+ ~
  14. 0 K% l) Q! p. k2 Y( c
  15.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    4 x8 b1 U6 ^3 M  G
  16.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */0 ?. H; X- m; _3 P
  17. # P, [+ f/ `9 Y
  18.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */
    * W4 ^/ {' I$ @" N5 y6 m0 {

  19. 1 I6 D; P4 r+ g! n! t  Q
  20.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    * c: K* X$ g. @. T* F
  21.     {; M7 [0 j0 I3 u# m: W0 i! R
  22.         /* 50Hz正弦波+200Hz正弦波,采样率1KHz */
    . \  S8 j! W0 \. ?8 ?
  23.         testInput_f32_50Hz_200Hz<span style="font-style: italic;"><span style="font-style: normal;"> = arm_sin_f32(2*3.1415926f*50*i/1000) +
    / j9 U* u# E0 B( w) u
  24. arm_sin_f32(2*3.1415926f*200*i/1000);- i6 p/ }2 B) U
  25.     }, s8 `& |  g, A. W( N
  26. * i! I! q) y% \9 I
  27. 9 _$ ]6 Q3 Y! r) F0 d0 J
  28.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */3 d' l0 n$ f2 S# ^6 Z
  29. . w* Q2 I, |/ u& S0 G
  30.     /* 进入主程序循环体 */
      f1 H$ N3 `( t' f" D
  31.     while (1)
    3 r: x. `0 @% Y3 W& ?8 _. ]: `# u) r
  32.     {! z" x) Y2 ]% Q% n
  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 */
    . w1 m0 c) b! \$ p$ ?
  34. 7 Q7 Y$ P9 Z! M+ C

  35. 5 ~# Z6 _1 q; y1 v1 B5 f8 E0 J
  36.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */
      ]+ u3 D: B- L: L
  37.         {+ X& y9 Q( o. ~  p$ d
  38.             /* 每隔100ms 进来一次 *// L( m8 |4 H1 g+ u( f
  39.             bsp_LedToggle(2);    /* 翻转LED2的状态 */5 e8 \) M7 ?3 f
  40.         }
    4 D1 w  ~, s% u
  41. ( G3 |" q0 e) y3 h! a' d& A. X
  42.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
    0 C7 h6 T: r  G$ @
  43.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)' F( x0 P/ L. K# z" q
  44.         {
      i/ i: z. z& u3 I$ {/ V8 T
  45.             switch (ucKeyCode)
    5 V9 i0 K) J, _" Q8 A& H9 J2 V
  46.             {; _) H3 i& U$ F" a; u7 ^9 C
  47.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */
    , `0 o6 T3 Y. M" l1 Z
  48.                     arm_fir_f32_bs();5 V4 b* X3 b7 K1 a. L1 e* H/ |1 U
  49.                     break;
    5 `7 S- Y! C& K; h- P
  50. $ h+ [( ]- d$ v# T% Q% J4 u
  51. ) `; x1 m" Q0 O5 }
  52.                 default:" a2 {+ Z. j9 A' }
  53.                     /* 其它的键值不处理 */7 V, I$ R; F/ a+ q
  54.                     break;! E* Q; U% Z! g
  55.             }2 B  z0 w% Q/ m' m: m
  56.         }
    ' t" \; i0 n/ H# W/ E( }7 j

  57. 4 I; \7 _+ P& |5 h1 e7 L- j/ I
  58.     }
    0 A" L. }, T6 C- b  I
  59. }</span></span>
复制代码
5 L" [$ W5 o0 A1 s
40.7 实验例程说明(IAR)7 A3 ~8 ^( V/ X) X( e
配套例子:
( d1 M+ ]* ~# Q2 rV7-228_FIR带阻滤波器设计(支持逐个数据的实时滤波)% M, |3 A- I* |  i$ c8 q+ }
; k" W8 U$ ?+ w
实验目的:
' f! V+ m6 x$ L0 w* V; U# c学习FIR带阻滤波器的实现,支持实时滤波

, W0 S, S' R0 q) z- z2 k4 g. _
, t) p0 _9 R3 h# ]. v, |( o实验内容:$ M- @) U0 C: F8 W3 D: C
启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
$ Z0 q+ |* a4 A6 V按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。

5 n8 X) `$ O" N% U6 C' @6 Q/ t) e! R0 j. c, n) U4 v
使用AC6注意事项
$ p# K  K5 A" y: Q特别注意附件章节C的问题
! a* N& E( R9 {) L+ C; E
; I$ U5 E2 J3 {9 F6 ]& d上电后串口打印的信息:" {' E6 Q9 o+ r& G4 a" m
& Y  s2 F7 o9 o8 [
波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。
) l) M* O+ X" I# s7 [0 p; ^; m" S* w! @
70f3399c2aa9dec61c38503cb279463f.png
' j5 o' I  U3 A( S
8 ]2 A/ H1 D& f! _" a6 U2 A& }
RTT方式打印信息:  l& m8 H6 o4 e& v
* j3 p; X% B9 h
3216bf4356cb1b680117bbddb4f062e0.png
& C1 e# @1 G0 y( P( O

7 C6 h1 f' V3 I$ N: C; j# s程序设计:
% Y( }1 [* d8 [+ m: o' \9 k1 p: U/ N5 X/ C
  系统栈大小分配:' I4 k7 \! H, Y; m4 e) e# G  r

2 l; T$ b& o8 X1 R( _
6c0034e2c114417bc42c84b776059e2e.png

3 S- t/ N, q4 J5 Y% b  Q
# ?' j) Z0 h: n. j  RAM空间用的DTCM:( A- U+ j" D) g
1 w1 b1 O* R6 L. p6 S' y
636fab000c9dcaaef2a3c37cf6bb28b3.png
/ g  q5 n- b$ R7 Y4 Q6 A
5 N: `; b8 h! n% x) |
  硬件外设初始化5 |8 V; b3 Q  u- G- P8 {0 c- G) W

0 J1 F3 g9 H) _硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:2 I$ i5 a* I  l8 Z: W' L6 O
! j8 y/ C$ h7 x
  1. /*
    , M8 g) @6 d/ u! Y
  2. *********************************************************************************************************
    4 J* j  Q; g, }& G* q# [
  3. *    函 数 名: bsp_Init
    # l9 u% h$ V3 m& c9 Y0 c9 C
  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- x) s: X4 A5 \1 {5 K% G' N
  5. *    形    参:无: X- b' [1 Q  F/ j
  6. *    返 回 值: 无
    $ ]" o* |' z) k& w  w
  7. *********************************************************************************************************4 h0 J: F( v9 J) w- D( E- |
  8. */) D* w% i2 e' |1 D% ]. {) r
  9. void bsp_Init(void)" w& j- n7 M, R6 R
  10. {# d2 T  o3 f; u6 X6 w) t
  11.     /* 配置MPU */
    $ G+ X' o, D- j& j
  12.     MPU_Config();
    * n# [& i# x: p% `6 y/ U6 f
  13. , \( F' d9 n# D. G7 e
  14.     /* 使能L1 Cache */# c* q5 |# f. i& M% F
  15.     CPU_CACHE_Enable();
    # J/ r. T9 z7 {/ \
  16. : o4 z+ a# C4 z3 }" Y/ R
  17.     /*
    ! R- M6 O" R) q: P, s$ ~9 [1 T5 a4 f
  18.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:2 `9 u1 Z) t* q5 r  n0 ?
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。5 ^# m/ I, z1 m9 n3 l* V6 [! L
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。( c, ]1 K+ ^+ t. W2 t$ m
  21.      */
    " V# I  y  o, w" g- [- |, A
  22.     HAL_Init();
    / {" o' X$ l( [; I( I

  23. ; U+ g& {) N1 o, R# I
  24.     /*
    : G$ W! I5 E* z6 N- |/ f
  25.        配置系统时钟到400MHz- ?0 N) e! N5 K+ ~& f  `
  26.        - 切换使用HSE。
    1 n* {! b  ~7 y1 P2 u. M
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。3 w0 q2 Q9 U' b. _% i! d) v, c
  28.     */& ^7 }# u9 [  G; _* U. L
  29.     SystemClock_Config();
    - \2 f* K. b5 g' p5 f- b1 R+ z+ N
  30. 1 T- o6 v% ]# l) n& B* n
  31.     /* " e' p1 Y' u+ U1 @' U
  32.        Event Recorder:* D7 J1 F3 i8 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。
    ' W: ]% l/ _* 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8 D5 h/ k% y4 A* x9 R9 X
  35.     */   
    / w# t8 X- p3 {; s8 I, h
  36. #if Enable_EventRecorder == 1  
    * v4 R& U% B; U& G$ h5 R
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 */
    ; Y8 [% H4 s. B  L" `
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    ' _7 h1 U7 \2 m) C7 m
  39.     EventRecorderStart();- y/ y' S; H; |6 G# r4 ?3 Q7 p  Q; E
  40. #endif4 C" f9 {3 T) a
  41. * q# q# k/ U; L6 L4 {
  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 U& d7 {1 V# R( u% w& E
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */5 u  {/ {2 r. d) F. c
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */) F3 |! ]$ j' P5 d2 s2 U/ q0 e
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */   
    ( M5 N$ n1 |, ^% _: G9 i2 X' a
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */   
    + W& }* p& @7 z/ _3 Y
  47. }
复制代码
) n: t: y1 j, l6 s
  MPU配置和Cache配置:! E1 E6 k3 w" Y! w
' C1 }* q: x# r; }
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。
- l2 ^0 L, Q$ s) s. t* o' Y1 b7 y+ v0 `/ U9 L# G! T! ^
  1. /*, D! `1 ]$ o1 K! `
  2. *********************************************************************************************************
    * D- l6 d* T: T7 s
  3. *    函 数 名: MPU_Config) H% R( K& J, P
  4. *    功能说明: 配置MPU
    " }+ c8 O" z2 F' o8 p, R" n
  5. *    形    参: 无
    # M3 j3 l5 x+ E1 P( q$ O
  6. *    返 回 值: 无
    # W; F2 c: J+ [) x. i/ h
  7. *********************************************************************************************************5 d7 g1 y) t7 `* m& v; {
  8. */
      |6 q" M5 d0 A; h6 Q, e
  9. static void MPU_Config( void )
    6 p" d9 S0 r& @3 v" e# D4 Y1 V, n
  10. {
    - t3 X) V' w. G/ {7 d9 m! @6 T- A
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;+ A& \( D  l; z  x1 E4 }

  12. 1 J  t  o" p8 M7 C% ]& W2 I% u1 w1 z
  13.     /* 禁止 MPU */
    ! w/ n: P+ Z/ n8 d; v( S0 G' t4 N6 C* N
  14.     HAL_MPU_Disable();
    - b0 [. ~5 H4 ]7 [

  15. 5 E" [0 X5 D. u, K3 [# R' I
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate,Write allocate */# {* V; s+ n( d6 m# \' {
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    ; a% L1 Y0 ?7 h- j7 e
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    , \+ L: Q# ~# Y$ ?/ w
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;8 D! a. m! u# ~& i0 C* ^! L- c
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    / m; Y9 W# ~- W1 O
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    : k2 g( ?/ N. ~) y3 s& ^4 |9 o
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;" Z% F/ I% j6 ~7 L; ?+ p
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;7 Q" I5 f, q& D' A1 l0 [& u
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
      m# {1 x% b0 ?
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;
    - m0 z0 J4 r' @$ a0 _3 a6 z$ g( n
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;/ w+ s2 G, O2 _- M
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    0 ?/ X+ P% |8 f; H' Q

  28. # L/ n7 L# h/ S9 `( F0 e. s2 T: @
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    ) k! ^( x3 [" M4 X
  30. * L* r% F* x! j* g; v! p

  31. ) X# K" j. R( P! {0 @, Q, c  W
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */9 K6 o/ v1 O* `" t5 I/ M: \
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;$ x9 _+ \5 c0 R1 q* Z
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;1 v0 X) L1 l3 h" S- E. A
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;   
    6 w) g- e/ e! n5 P& v9 T, V/ ?: q
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;$ h) i  D- F- X6 G
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;+ ?8 Z7 M, ?6 M5 ~
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;   
    6 G/ q8 R0 d- ]* ~9 R
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;& v) M) ^4 C2 m6 h. u9 t: e
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;+ E) R: @: s2 `% x, h7 J) P2 @: r
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;& _/ g9 B, {+ r: K1 G( b
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    ! X, n" A+ \7 F# I3 [( z2 Z
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    ' a3 h" j, d3 @( w" H( y

  44. + y% C3 f" ]( z% a" P- Q
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    / p- V) o! M( G8 J2 @+ _

  46. & l0 L, Y5 n/ d6 t2 `
  47.     /*使能 MPU */, x& G* i) G: S6 Z
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
    3 Q% t- K$ |2 r; K5 R
  49. }2 \' i$ k# s. S5 G

  50. " L8 ]0 F% |: W2 D! H7 q+ z
  51. /*
    9 R1 X6 w/ e2 C0 t' ]
  52. *********************************************************************************************************9 \! |" n, n6 _$ q# D6 Z
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
    3 [' z+ J, ^4 i2 B  _' M5 ~
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache
    & m* v4 t8 }5 Y& w: U) M
  55. *    形    参: 无
    + B% @; t. a! P! x# A! C
  56. *    返 回 值: 无
    $ G) L% X/ e$ ?: ]* Y/ J
  57. *********************************************************************************************************
    - |& W& i6 U9 q* g# _% \% Y
  58. */' Q0 t# b0 r5 O0 f+ D0 {5 {0 R
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void)
    3 e) U1 x' V& O3 E7 Q) e$ i
  60. {/ i0 h8 l" v) Z. ?& k9 i
  61.     /* 使能 I-Cache */  ^6 }. `$ c  |; r# Z0 \' e
  62.     SCB_EnableICache();1 a" b, }% k. G) o
  63. ' Z. _+ W9 m7 l
  64.     /* 使能 D-Cache */
    * R1 Q% ?' h4 ]8 F3 D- W, R$ N
  65.     SCB_EnableDCache();
    3 |$ J' i5 m2 w* W% P' n+ C' J
  66. }
复制代码
/ e* c8 l" o5 u- j9 J
  主功能:; O/ b0 u0 K% c! e' j. e2 S
. k: O2 P. M. ^3 K6 L' G2 [: x4 h
主程序实现如下操作:
. h- n) d& @4 v# x6 t/ A3 U( O2 v
  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。3 h* v/ K$ m5 u% H5 f7 r
  按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
. k5 W  _% z1 e6 n8 L
  1. /*
    ) d, e2 d" w2 d- z0 v: @* ^
  2. *********************************************************************************************************
    , r9 [) c$ i! H" ]! r2 m) _" u; q
  3. *    函 数 名: main% o8 |  q3 d! n  T; ?  f# J, {8 @
  4. *    功能说明: c程序入口
    , o$ y. C. @# W! n( C# `! d
  5. *    形    参: 无+ E2 ?5 X; b* S% u
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)& K; a; T3 B, I
  7. *********************************************************************************************************: y0 ^, G* h! C5 [
  8. */$ y5 Z# J, z9 h/ K& g
  9. int main(void)7 S) n) ?" v5 y6 f/ C9 b; v% A7 ^
  10. {0 ]+ |( [( P) S) N9 Q2 v
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */6 `, o* H" I7 n
  12.     uint16_t i;% e8 ?- A8 L7 T

  13. & A# M2 W2 S9 f  g/ G

  14. 4 o+ d) l! R- a# |) ?* k2 @! r
  15.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */, e, r- `! w% ?. n
  16.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */  f8 E9 e9 [& m! z( N4 T

  17. $ b) i4 r" h9 K
  18.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */
    % J/ l! ~, s: V7 m+ _  @: q5 R+ r
  19. 2 X2 f2 V, [+ V. W' d5 w
  20.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)+ o% D, @" T+ q; E6 G
  21.     {
    7 ^+ q1 l  X3 J8 T4 U) }( {
  22.         /* 50Hz正弦波+200Hz正弦波,采样率1KHz */
    : h* H* y( P% u. l8 [5 X1 N7 \
  23.         testInput_f32_50Hz_200Hz<span style="font-style: italic;"><span style="font-style: normal;"> = arm_sin_f32(2*3.1415926f*50*i/1000) +
    ; e8 z& W) z7 ^4 I! Q" w& V
  24. arm_sin_f32(2*3.1415926f*200*i/1000);" b  F1 y- U9 W  d3 ~: K* K
  25.     }
    + Y; N$ a$ B- }  _

  26. & h5 w3 L& K% {6 U0 t

  27. ; n4 `& I( X$ R
  28.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
    9 _8 [- u( u8 o# D

  29. 5 p8 \' M; v0 B4 h5 C2 R& y
  30.     /* 进入主程序循环体 */
    / x; Z1 [: B7 j& l: R
  31.     while (1). ?$ ]) }0 u: R+ o6 `2 T
  32.     {
      U. i5 I9 q6 e* Z/ g8 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 */
    ' ]9 ^9 I: x# j5 w! t8 Z
  34. 9 _/ V( M+ X" b; g3 f
  35.   Y  L6 ?  a9 Q( x1 R
  36.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */
    7 D% o6 U7 _$ u4 H
  37.         {
    $ O+ g! B5 X+ Z! K* I- i
  38.             /* 每隔100ms 进来一次 */* e1 R# i( Y; ?' m- B* Y5 \# k
  39.             bsp_LedToggle(2);    /* 翻转LED2的状态 */0 p" k6 P% d4 i
  40.         }  {! `5 p4 e- @1 h

  41. ; E2 x, B3 x% S# z
  42.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */. i% `" Y% F0 E! P0 @7 J% I' H
  43.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)4 P9 J  \+ u7 r1 q) m  ~
  44.         {; G5 l9 m; s. k" d& J$ U0 f
  45.             switch (ucKeyCode)
    5 Z# ]1 B* d; O9 |
  46.             {
    / A) I6 q# K2 ]3 p/ q# G
  47.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */1 G/ `" Q2 q& y0 g& _5 w) D4 g
  48.                     arm_fir_f32_bs();8 R0 a% {: ~3 ]) d" p
  49.                     break;* n8 [  z8 l0 ^: z% q
  50. 7 d" p7 Q# O3 x

  51. : R1 F8 J/ ~/ s( p
  52.                 default:
    6 Z# l# w. p" B# }3 D
  53.                     /* 其它的键值不处理 */9 K9 b! `1 K! i3 O- G+ N
  54.                     break;
    5 M, U, r& f6 g4 m
  55.             }/ V5 Y5 q# L$ _
  56.         }# v& X$ [4 b' Q. V$ O) u

  57. # _' D1 I" @6 _4 ?, L& \
  58.     }
    ' B) O" `7 Y: m( M% l" y2 ~1 T* n
  59. }</span></span>
复制代码

+ F  L) o3 p& n& s40.8 总结
) k6 B) G. `; f. H) 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。7 Z- r+ t, O7 g

* F4 V* o1 {; Y/ [$ a" Z
. ]$ v2 P% }* c" A  F
- r2 z* O& W: G7 \( ?* c# f
收藏 评论0 发布时间:2021-12-31 18:00

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