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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; I  ?- ]/ g3 b2 Y
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:4 ^1 l5 b6 B/ u1 M, v% T5 M  J' v( @
: o+ z/ T: r2 m# ]( p4 C2 }8 F
  所有数据是在同一个采样率下依次采集的数据。
* U1 J# J. z: `. C  r4 J0 K  每次过滤数据个数一旦固定下来,运行中不可再修改。
9 G/ o0 r. o+ {6 u# j2、  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。9 j2 K/ h. F4 e7 `- Z
# i! o" C3 Y- N3 V% |
40.2 带阻滤波器介绍
: u9 f. a7 p: q$ g; {" \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。/ B) ]  z& K  J

' d, X, ~, q- F3 X( M, r0 ~" ?
eb07af4703783e5f46e002099968ab94.png
. d4 |  C% _' R) W, K% p

1 m  C' p, u* g' b+ F40.3 FIR滤波器介绍
# ~& j" d; I% A0 {6 _% H/ sARM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。4 `  H/ o7 U6 j$ X7 l7 ]1 ?1 r
% \/ `2 G- p5 z! n4 Q
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:
9 v( d- ?% X! F9 B5 F/ ]2 E2 D1 @5 k
" b% U' ?' _  C& z7 j7 Cy[n] = b[0] * x[n] + b[1] * x[n-1] + b[2] * x[n-2] + ...+ b[numTaps-1] * x[n-numTaps+1], s" i) D! H  m$ {6 B. a  K
+ ^; R" _$ p4 P0 L: h2 M
结构图如下:
3 N5 u4 D* G6 c" |- j+ g: Z1 L0 R* V+ X+ e: i( M
90e8ce626ba20176e8f8a370fe3d3a24.png

/ s: [* `$ N% [" N- U
+ q: R+ o- W1 D$ S2 x* q
( S* Z" {, y# h7 Y1 {$ g% p; t9 f) \. P$ v
这种网络结构就是在35.2.1小节所讲的直接型结构。
' Q4 E. F) z7 _; n
7 l7 V3 d8 o6 G& g: [40.4 Matlab工具箱filterDesinger生成带阻滤波器C头文件
# \5 r: s8 X0 \1 N) r4 a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:
# ~0 x9 m- P8 x' i6 D6 l" n
( |6 w- M& g- p, ^- M  K
5e14332b29b2594dc996e0064ae98798.png

( r7 v" X. b. q2 V: Y
% F: J. ^8 @) c0 n9 qfilterDesigner界面打开效果如下:+ q& z4 K$ e: p# A
6 k; e  u5 T* B1 I! S
d1a63d0da79f50ac93f367c073710727.png

, H: Z" k5 R7 ^8 J' D: u% N1 t6 B3 D/ f( }' U) X' H2 L  U3 l, n
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:! t; v9 X& w$ o9 i
- |9 J3 V4 [; v, P5 \0 j* W
35d982a9816fc3b4e4b3df474c264710.png

$ z7 |; o4 H3 _! |$ E
8 y- m2 i4 e0 ^1 j- c& K3 U! z/ X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:$ Y+ j3 s5 Q9 I/ L$ e

! q! n, v. _& m( M: w& ^; }
220bb228e2f80fce9805e85e75e61d15.png
3 r$ `$ v8 T- ~& r$ h" i8 v5 a
+ u- D: j0 g9 N6 q
然后点击Generate,生成如下界面:
3 Q, h! X9 x) I8 h6 e
5 Q7 C% |9 s! e0 i8 Y. s
84a01de7e8391be7a8456ac6ad24f23e.png

; v. D$ ^  d3 y; g/ q, h0 F0 z" [8 g  X, @. Y+ s3 `
再点击保存,并打开fdatool.h文件,可以看到生成的系数:
7 R6 g- m9 F6 P# T3 ^) t1 |% v$ {- a
  1. /*
    ) c9 w" K# J  c/ z6 M. Y# k
  2. * Filter Coefficients (C Source) generated by the Filter Design and Analysis Tool
    ' v5 K+ R; O; O- ^* t" i$ r
  3. * Generated by MATLAB(R) 9.4 and Signal Processing Toolbox 8.0.+ [5 j3 N/ Z3 [' t
  4. * Generated on: 20-Jul-2021 12:19:30
    5 J- r! ?: {; T$ a6 o
  5. */
    ' X$ q: Z. O# M& e. p3 D/ H
  6. - I+ B0 K- }( S' {7 f2 x
  7. /*
    + }7 F. H- T, q8 N9 c
  8. * Discrete-Time FIR Filter (real)
    2 g; U5 p% p0 b3 s- Z. X
  9. * -------------------------------" V* M4 x9 B: o) d4 `# n
  10. * Filter Structure  : Direct-Form FIR1 {* g: C9 Y9 g( @9 t4 n8 K
  11. * Filter Length     : 519 A, g" a5 Y1 o
  12. * Stable            : Yes( |; z( Q: p5 q
  13. * Linear Phase      : Yes (Type 1)
    4 b) L$ V/ Y4 J; N1 {- @
  14. */
    ! v; n* z5 o9 T% S0 L0 O

  15. 4 i) }9 ^2 i# X$ G# y+ Y0 [
  16. /* General type conversion for MATLAB generated C-code  */
    : ^+ x: S6 q: z: p0 k' K
  17. #include "tmwtypes.h": G2 n7 J+ {( u9 i3 `# H
  18. /*
      R6 s9 v: H. e0 Y4 w, H
  19. * Expected path to tmwtypes.h
    . R2 n) N7 |! R6 Y' }& e6 i
  20. * D:\Program Files\MATLAB\R2018a\extern\include\tmwtypes.h 1 _3 p$ }/ Q; ^
  21. */
    9 D) o+ _" H: v" O8 b# D' j
  22. /*
    3 b8 i$ a) `: a9 N' I
  23. * Warning - Filter coefficients were truncated to fit specified data type.  1 n) j+ X2 R, a2 x( Z
  24. *   The resulting response may not match generated theoretical response.
    $ l% B* C. \! Q% q
  25. *   Use the Filter Design & Analysis Tool to design accurate: G  B  s5 n& L3 _2 b) S2 {% a
  26. *   single-precision filter coefficients.
    " A5 _3 O3 f% c& T1 S
  27. */# b0 a3 K% J; D. Z1 G6 s
  28. const int BL = 51;
    ( \8 @  E. u% g" l
  29. const real32_T B[51] = {4 ~0 y9 d( q. k. U5 }  K  D
  30.   -0.0009190982091, -0.00271769613,-0.002486952813, 0.003661438357,   0.0136509249,
    ; o, a1 S. Q5 A: a/ B! k
  31.     0.01735116541,  0.00766530633,-0.006554719061,-0.007696784101, 0.006105459295,6 D0 O* o! J5 C3 |' B  B
  32.     0.01387391612,0.0003508617228, -0.01690892503,-0.008905642666,  0.01744112931,2 `/ A4 l2 g1 s( |& t9 g
  33.     0.02074504457,  -0.0122964941, -0.03424086422,-0.001034529647,  0.04779030383,0 r% Z: `( c0 ~& o8 @8 ], j; G
  34.     0.02736303769, -0.05937951803, -0.08230702579,  0.06718690693,   0.3100151718,$ c( D7 K7 ]  Q- `
  35.      0.4300478697,   0.3100151718,  0.06718690693, -0.08230702579, -0.05937951803,; H) n+ i$ u8 H0 I" @
  36.     0.02736303769,  0.04779030383,-0.001034529647, -0.03424086422,  -0.0122964941,3 J: U+ ?  q6 p7 [) \/ P5 _9 p
  37.     0.02074504457,  0.01744112931,-0.008905642666, -0.01690892503,0.0003508617228,
    1 A* ]' h. S7 s+ w1 b6 X
  38.     0.01387391612, 0.006105459295,-0.007696784101,-0.006554719061,  0.00766530633,( D* j  ], n. \
  39.     0.01735116541,   0.0136509249, 0.003661438357,-0.002486952813, -0.00271769613,( U( H9 @1 {" B% n7 @0 u# a
  40.   -0.0009190982091, j6 j. {6 c* `' h+ g) t
  41. };
复制代码
" P% G  [2 j. W. W# r
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。- y! q7 u5 j( v, p# j
: a8 O+ s, k% e8 Q% r& h% \% Z: H, U
2b24513b974f0554c59651f8b94b60da.png
+ ^8 M* o2 V( B/ D2 F
  z% k; N4 _9 L* `0 Y( W
6 C0 S3 {* J+ O/ I% S7 B6 o. [
" H0 M- v, x2 b6 u0 s, N) j
40.5 FIR带通滤波器设计

: ?" I" R; Q3 r* L! g3 n" G3 A. M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; ?- ]$ z- s- z8 M8 s5 u' k

* s# Z# o4 _. h5 q( r+ d滤波器。( K& R. N  m: x4 |; J7 u
2 @! k6 w4 z9 e% P* h
40.5.1 函数arm_fir_init_f325 q' p0 z$ \5 ?. s
函数原型:
7 C1 D! Q. h% L, c8 q
* _. a- Q1 M% a( k
  1. void arm_fir_init_f32(3 m5 R2 y1 h0 E( [* }2 g
  2.         arm_fir_instance_f32 * S,( _" @. m) N5 ^2 j" \9 B+ [
  3.         uint16_t numTaps,
      k$ h6 M9 r' s7 u0 x
  4.   const float32_t * pCoeffs,& L/ N" g. o: g$ X- i
  5.         float32_t * pState,
    3 |& A9 R5 _2 G. z# `5 r
  6.         uint32_t blockSize);
复制代码

$ L- r" _( y- S5 @8 v9 J函数描述:
# a" f- |$ d9 n' K& S: T
+ _6 z* ^5 d: B' f6 R* X这个函数用于FIR初始化。! s6 L% W3 K  p! S" s# n

7 H* _! d6 E  u& }函数参数:( |2 `9 R  `" ^5 X$ X- \
, ]6 y4 ?/ X" B# c0 e$ a
  第1个参数是arm_fir_instance_f32类型结构体变量。! y8 h0 V2 `- Y0 q- \: K
  第2个参数是滤波器系数的个数。1 k) G* C+ M. t/ `
  第3个参数是滤波器系数地址。+ D6 |1 {) v5 t: q
  第4个参数是缓冲状态地址。
6 w4 Q: p( |- r; N/ B6 m* J& E  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。
3 N  V. q. e) E# A/ ^$ a% `" J注意事项:; M* P0 o# b0 C. c0 k

" S6 `9 q( {! n# |* _结构体arm_fir_instance_f32的定义如下(在文件arm_math.h文件):% ^, E! ?. N# U

0 y" X7 ~8 t* j$ x
  1.   typedef struct1 I$ A' X" w- A3 B3 S0 n1 H* A
  2.   {3 m3 \! O0 m, o9 t9 {7 w# U
  3.     uint16_t numTaps;     /**< number of filter coefficients in the filter. */
    6 N8 T% s2 ~0 g6 V4 [) e( B
  4. float32_t *pState;      /**< points to the state variable array. The array is of length */- |4 v& F8 f! n6 N! z
  5. numTaps+blockSize-1. 4 \# A! t9 x& _& u% `* b
  6.     float32_t *pCoeffs;    /**< points to the coefficient array. The array is of length numTaps. */
    4 H" ~7 K5 O4 f: f# ]' S+ N
  7.   } arm_fir_instance_f32;
复制代码

3 O/ `, R1 e# g8 M1、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:
3 c! {0 S* B$ E; [- }7 l. b3 v4 u( K) L2 c0 ?% B% H" `- f0 q* ]2 j- U
{b[numTaps-1],  b[numTaps-2],  b[N-2],  ...,  b[1],  b[0]}
, T$ _  n) c6 ~/ k, o  c! E2 p
7 b) v8 O" a" V' G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。
8 h2 `  D3 j- `  n' p) O1 r, C' U7 j$ Z  Z; g, V7 Y# o) _/ Z# P
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。/ H0 Q7 g1 c; n  A  a
- A6 E. P+ Z! _- w+ o
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。$ |& q- J, g5 t- ]
$ ~1 r9 x+ ^, E* C
40.5.2 函数arm_fir_f32

/ _* a! B- [( ?+ ?; w! [: u+ q函数原型:0 }9 l4 ^, T3 |3 P6 y

) T5 {  [0 k+ ]# n0 K6 s. e
  1. void arm_fir_f32(
    6 w4 w3 I" G( z% T9 r! B
  2. const arm_fir_instance_f32 * S,4 a9 m/ G' l# K& V
  3. const float32_t * pSrc,
    1 ^  w& P2 {" _" F. B
  4. float32_t * pDst,
    ) b4 P; ^4 h* L, v6 \1 z
  5. uint32_t blockSize)
复制代码

3 B1 {) {5 b4 }函数描述:! J" `) _: L- `

; D5 U. p. F/ m8 ]1 o, n8 Q2 Y这个函数用于FIR滤波。% q+ p: }0 w8 R/ G

. f' ?5 c7 t' l' T4 _% ]函数参数:/ }( A" a0 L$ V
% \8 G* ^) q& _& L1 a
  第1个参数是arm_fir_instance_f32类型结构体变量。
3 x) p5 m" a7 E& m; Q  第2个参数是源数据地址。
8 y, j$ H: u1 U+ ]5 a  |! Z  第3个参数是滤波后的数据地址。) b3 [5 K: K8 T$ ^. v" M8 o2 Y7 q& V
  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。) S9 e2 B: h9 m& r2 K5 v6 d

, |& d2 h8 E: [+ ~, S40.5.3 filterDesigner获取低通滤波器系数
+ [- u. }" E' d( b2 x/ }. i! n设计一个如下的例子:
7 c" [% t5 g9 g2 v' s! h3 G6 ?& [
2 P* x1 y! G( h8 u+ a2 N6 N% V" f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:4 f( p! J/ t/ E2 ?3 k3 p" J4 A/ @9 k; i
, R: ^. R- Y( D/ ^( y  B. ?
c5d13a97f5445a4be6bd0adeda75b3a6.png
& P. S. l. a' T9 V# a% j

. o) M7 D. k) I8 E" l  P) y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。
  |/ v5 C5 C, d* ^( V" M9 T
4 s0 y9 ]7 o& e" f4 r. c40.5.4 带阻滤波器实现& b0 f% [2 Q9 l) B  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。
$ k1 b2 u( z! f! u7 w$ r# p- v  W  h$ A1 ]5 l/ L
  1. #define TEST_LENGTH_SAMPLES  1024    /* 采样点数 */
    1 _; D8 u, a3 B, z: |0 G9 |( f8 |- `
  2. #define BLOCK_SIZE           1         /* 调用一次arm_fir_f32处理的采样点个数 */
    ) P) f$ D3 v/ |) Z: O4 X$ [
  3. #define NUM_TAPS             29      /* 滤波器系数个数 */
    * B+ @% e3 l) o) D
  4. ! D3 K  n# y$ m# W6 s
  5. uint32_t blockSize = BLOCK_SIZE;9 |# f1 a# I# p4 _/ j9 {
  6. uint32_t numBlocks = TEST_LENGTH_SAMPLES/BLOCK_SIZE;            /* 需要调用arm_fir_f32的次数 */
    4 d/ ]. y1 n( J9 o! f. u

  7. 6 P" T3 k+ P+ ^2 S, u1 j
  8. static float32_t testInput_f32_50Hz_200Hz[TEST_LENGTH_SAMPLES]; /* 采样点 */5 ]* @2 O" F/ B
  9. static float32_t testOutput[TEST_LENGTH_SAMPLES];               /* 滤波后的输出 */
    4 U: y# e4 g% y, B/ D- t, K5 \4 ~
  10. static float32_t firStateF32[BLOCK_SIZE + NUM_TAPS - 1];        /* 状态缓存,大小numTaps + blockSize - 1*/) V  a' J$ ?9 E" U% ]

  11. ' K) l) H& M' W( y! W( N* @% Q

  12. ( n3 |. J. v% d( a0 I1 Q$ ~
  13. /* 低通滤波器系数 通过fadtool获取*/
    0 c% F, g4 R# T; v( c2 l! t% g
  14. const float32_t firCoeffs32LP[NUM_TAPS] = {9 z4 d2 o, w  ?4 o! E8 {
  15.   -0.001822523074f,  -0.001587929321f,  1.226008847e-18f,  0.003697750857f,  0.008075430058f,( U5 S5 ?+ h" U6 s6 D
  16.   0.008530221879f,   -4.273456581e-18f, -0.01739769801f,   -0.03414586186f,  -0.03335915506f,4 I: ~4 l  B: o
  17.   8.073562366e-18f,  0.06763084233f,    0.1522061825f,     0.2229246944f,    0.2504960895f,
    + e7 r6 w0 Q1 R  L' E
  18.   0.2229246944f,     0.1522061825f,     0.06763084233f,    8.073562366e-18f, -0.03335915506f,
    ' T; o# t, I, U/ ]" W# L
  19.   -0.03414586186f,   -0.01739769801f,   -4.273456581e-18f, 0.008530221879f,  0.008075430058f,
    : J3 ^( I+ q8 n$ h
  20.   0.003697750857f,   1.226008847e-18f,  -0.001587929321f,  -0.001822523074f
    ; R3 E  H& M* ^! p8 c6 {, y
  21. };
    ) W; r- O% ~- Q5 z
  22. $ W( s+ H1 A$ C0 ]3 s9 J8 r3 i
  23. , p$ V. s: b2 b% F
  24. /*% L4 H) ~' t# R' z) e
  25. *********************************************************************************************************
    0 O6 v8 x. r/ Q6 l6 ]
  26. *    函 数 名: arm_fir_f32_lp: T4 y1 _) m: K3 j; C
  27. *    功能说明: 调用函数arm_fir_f32_lp实现低通滤波器: }5 j% M( n) z* j9 V
  28. *    形    参:无' U' U9 Y! K9 M, ~5 Z5 o
  29. *    返 回 值: 无
      D) e7 x# _. d2 k, p
  30. *********************************************************************************************************+ \! ?( T3 r, v0 Z, o3 l4 V; A
  31. */
    3 [: ?" A5 q! l* }6 a( z+ T8 A
  32. static void arm_fir_f32_lp(void)
    0 v* ?8 k. }, H7 q
  33. {
    ! e: y0 F, t3 f' G( W: a# U
  34.     uint32_t i;
    # f/ V) d  b8 m3 k' t$ e/ l5 q
  35.     arm_fir_instance_f32 S;" e4 M2 \5 O. L3 R, A0 \: E
  36.     float32_t  *inputF32, *outputF32;
    8 t% @# X2 I* H/ k
  37. " `# H# i& P$ ^/ N% q4 u
  38.     /* 初始化输入输出缓存指针 */4 X8 z# e) N! m, r) v5 F# z
  39.     inputF32 = &testInput_f32_50Hz_200Hz[0];
      K: Z" ^( f4 m; t7 Q
  40.     outputF32 = &testOutput[0];+ U  Y6 t( }# n% h
  41. 4 r  u  u0 z+ A9 p6 p. d( P/ C
  42.     /* 初始化结构体S */
    8 x; S/ m2 u$ r: H% L+ E9 I! z2 e
  43.     arm_fir_init_f32(&S,                            3 x& Y1 c2 }2 E) ^( p" j
  44.                      NUM_TAPS,
    - `, X  P& l- h' |, G5 u5 g
  45.                     (float32_t *)&firCoeffs32LP[0],
    ; U* y4 m, @- @: \) }( _
  46.                      &firStateF32[0],
    ; U3 q6 C$ x- L
  47.                      blockSize);. O. \4 C! V1 @; {6 [+ y1 A
  48. ' g: f) V! }! r' z, D
  49.     /* 实现FIR滤波,这里每次处理1个点 */
    " o9 U% K4 P3 h; C8 D
  50.     for(i=0; i < numBlocks; i++); _6 u. {8 I3 F7 q
  51.     {; n8 }& C* G9 v* Q
  52.         arm_fir_f32(&S, inputF32 + (i * blockSize),  outputF32 + (i * blockSize),  blockSize);
    : }$ H5 b$ C% B, C- D) I6 y
  53.     }
    - d& G+ N% R' ~7 }* O' c
  54. # Z' c- D6 e5 W; L+ d3 l1 v1 R* _( w
  55. 2 i" Z+ s% G) T' r3 @! A( I
  56.     /* 打印滤波后结果 */
    9 h6 x! u( i& Y( c8 @) [
  57.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)5 B, P: D5 O' H  c- ^  \! q
  58.     {) T/ t9 F; B  k2 c1 l  j# s$ G2 {
  59.         printf("%f, %f\r\n", testOutput, inputF32);% U5 j: l: A7 v. g" h* T9 ?. W
  60.     }
    # t4 Q/ f6 ^6 y& A; m- R/ \
  61. 4 ^/ ^: N# m& V2 E
  62. }
复制代码

  N" i7 i& U& n2 _+ U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 L& {. X! H, z* Z! K+ h5 N9 y, c2 A4 I7 o) v8 ]+ W
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:
6 l" o- B% N: a3 A/ x( Q$ J6 ]6 q% @* s6 I
  1. %****************************************************************************************
    7 `( Y: `( s$ h/ m
  2. %                             FIR带阻滤波器设计8 H7 ~2 K$ l& i) t; a
  3. %***************************************************************************************
    + Z5 f$ Y  x+ B# }) I3 i
  4. fs=1000;                  %设置采样频率 1K
    * W  r" @% n! H5 Q3 j0 G
  5. N=1024;                   %采样点数      
    - c+ R+ }7 J* A1 W
  6. n=0:N-1;
    8 v* k" h' \- }8 v8 w; d
  7. t=n/fs;                    %时间序列- T5 u; u3 Q$ a1 v. z& M
  8. f=n*fs/N;                  %频率序列
    ) b. {. R2 e9 V, a

  9. 0 v/ t$ K3 C& A0 T6 s
  10. x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*200*t);       %50Hz和200Hz正弦波混合           6 T4 A1 L+ {, [" V1 [
  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。
    5 b/ C1 G' r' E& N: L/ R
  12. y=filter(b, 1, x);                        %获得滤波后的波形
    + U1 O0 }: k7 V- _2 H0 ~
  13. subplot(211);: s& m* i$ z2 ?- ?
  14. plot(t, y);2 u+ l6 G6 e( m: [; |. _% D
  15. title('Matlab FIR滤波后的实际波形');
    5 }1 h$ b6 U1 l, Z3 P1 \* x
  16. grid on;3 l9 ], g+ S3 N" H7 x: L, R* w0 l
  17. . m* F3 j8 }6 c6 T# M- t
  18. subplot(212);
    * o. S* g3 {) D
  19. plot(t, sampledata);        %绘制ARM官方库滤波后的波形。
    / x* [! P( F( K
  20. title('ARM官方库滤波后的实际波形');
    - ]" s& a  s! B1 h
  21. grid on;
复制代码

, ~7 T# l; h! ^* l2 t- \% ]Matlab运行结果如下:
6 r/ s2 G3 Q2 M9 h+ j- U
' O; [% w9 b& y  e3 `1 b; n
916e866865e182e874925fe4e2fdc08f.png
' v$ d; h; ~% g- H1 m2 r, f; w
3 I% x1 h+ f0 \' H4 V
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:
! M( J6 T; ^6 l9 \- \
% E* T6 w1 a/ _+ }( P
  1. %****************************************************************************************
    ! }9 M' M5 e3 g$ p/ A
  2. %                             FIR带阻滤波器设计) t$ Q% _+ e+ c8 ^; P; R
  3. %***************************************************************************************& T, F9 ?; s5 @' k; y0 i, ^
  4. fs=1000;                   %设置采样频率 1K- V& [" z  O2 e0 L- O3 ?+ g$ t
  5. N=1024;                    %采样点数      7 j1 F) Z: T/ U4 u5 m" h7 I9 e0 g
  6. n=0:N-1;, y) }, `5 C: r' l
  7. t=n/fs;                    %时间序列
    7 t% }" `. x$ L6 F
  8. f=n*fs/N;                  %频率序列
    1 [8 F& ~8 B0 c# s; ^6 W
  9. 5 n. {: V3 v0 @  j1 |9 L: Y8 `
  10. x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*200*t);  %50Hz和200Hz正弦波混合           
    + P: N  n0 {( `6 P6 |
  11. subplot(221);
    ; v0 c/ a9 j  m8 s! U, J; w- E
  12. plot(t, x);   %绘制信号x的波形                                                
    $ C  y/ Z4 V1 Z# L. U' O  W) q
  13. xlabel('时间');
    5 I+ r9 V) T) `2 G( \4 ?
  14. ylabel('幅值');  G2 i; p0 F: [5 e3 ^! w5 d
  15. title('原始信号');
    . x. i& Z/ Y  J
  16. grid on;
    1 B4 x7 v( F! b6 {( |5 Z/ ^

  17. ; ^1 p  @. w* ?5 ^6 N
  18. subplot(222);
    / _* q# Q" H: K9 g; |( J0 x# Y2 R
  19. y=fft(x, N);     %对信号x做FFT   3 u2 s$ o. b: g! q8 ]; B( n% d
  20. plot(f,abs(y));  t$ A6 X7 B3 h- `1 A/ k
  21. xlabel('频率/Hz');4 E8 P( u6 ]& H4 M7 M% [
  22. ylabel('振幅');2 o$ g: F$ j; Q# {- [$ e
  23. title('原始信号FFT');0 H: n& H& J4 D+ i8 v& W4 B
  24. grid on;
    7 \' Z+ b8 H! o; x( C! ]

  25. 5 ]" _; G& D( c9 ]! P; h# H
  26. y3=fft(sampledata, N);       %经过FIR滤波器后得到的信号做FFT3 H3 N. h- W! U1 w1 X, N# {/ s" v
  27. subplot(223);                              
    # z' C( V" d! l% q
  28. plot(f,abs(y3));* q8 D& g3 \* V  Q
  29. xlabel('频率/Hz');
    ; n" r) F* J6 [- |/ k6 r# |2 T
  30. ylabel('振幅');" w# k, }+ v. v. P
  31. title('滤波后信号FFT');
    8 t9 x: V* A2 \- o# I
  32. grid on;
    $ d! v  D4 J5 }  k) i# H
  33. 2 u6 Q% X$ B0 l! b4 R7 @2 |
  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 e3 Z& V; v2 W
  35. [H,F]=freqz(b,1,160);                  %通过fir1设计的FIR系统的频率响应$ k. `8 b1 d6 r8 H
  36. subplot(224);
    ) ?& a! ?2 p3 b9 d
  37. plot(F/pi,abs(H));             %绘制幅频响应  i0 [) E& c7 j' G" T. _
  38. xlabel('归一化频率');        * h! ?& w2 X  o7 o" _+ z9 G, E
  39. title(['Order=',int2str(28)]);" c5 F. \4 h% W- x* `
  40. grid on;
复制代码
3 C! h2 a5 O( C  E0 i& K
Matlab显示效果如下:
/ ^6 J& n! l6 [% }3 L7 l9 D, v! q# @% D9 l6 d  ?! S
73baea66269631da516a74e98da45b88.png

# M9 }$ U7 p  L# Q- n) I& L/ T
7 I" n6 T& f1 e7 n9 @. k& a+ P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。! M) t( D3 G+ n3 ?" R- P2 r2 E& F5 H7 T

' u3 ^0 v$ D# Y' N5 n40.6 实验例程说明(MDK)
; f5 r0 W4 ~/ p) Q配套例子:# g3 Q7 k0 F! P' e
# ~3 H# q2 B7 s! \
V7-228_FIR带阻滤波器设计(支持逐个数据的实时滤波)
2 O* e8 Z" U) w) Y, |- A' \3 |; `9 c
实验目的:
" O; J- M5 ]! R  I5 K  m0 B学习FIR带阻滤波器的实现,支持实时滤波
+ S8 N' b4 `1 A3 z( e+ _" L, R7 v
7 y) |0 l) c! W; i% v实验内容:
  J* C2 K3 Y; r9 D) v8 O启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
8 @, O1 @/ |( W" Q% N7 M$ `按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
! x# m+ F: b. `. n! h5 {% A9 P5 S* i5 x" D3 H
使用AC6注意事项' U. O# L6 \/ H2 X* i" m
特别注意附件章节C的问题
" Q* J/ W% q" F) i8 W; d( Q* s. T0 E1 i+ v0 G
上电后串口打印的信息:* `# A, _( s) k* J, [
4 O9 h# Y) q2 ^( _
波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。
4 r3 U# |1 E- i& |
. h, E. N; u5 O0 o, a& F
9820ba6145f7d8a3406f4cccd06e4b4c.png

+ z/ Y* g3 A0 y
. r/ c5 ]1 X8 r: k+ A9 {( k/ [RTT方式打印信息:# n& X& F& N$ ]. Y
9 g4 o0 p  g& @1 S' e2 K8 K3 b
803e36294ac8bbc76428bcbe5613d79d.png
7 u7 {! v+ E! g9 M$ W' [. i' X8 M

. u& W. ~4 ?) E) v% [8 D, b程序设计:
4 [9 d+ ^( a( O; g4 r; N/ j
' _# t1 ~& V8 U2 _+ @  系统栈大小分配:5 {1 }% C$ q$ ]3 g/ C

" z" k6 `- P; l+ S
ec342c78f71466987e218f42f92187c5.png
9 G+ @6 F$ B3 K% G8 _' d$ p, E2 }
8 z8 w& x1 Y! m& h8 t  j
  RAM空间用的DTCM:" i* k: y% q3 v& ~
- i$ ~& M7 L- Y+ \# \
7f807913bee995db3a40e79477f226c9.png
% n2 T7 {2 z7 Z+ {/ n
& o2 s! P2 z7 U
  硬件外设初始化
: _' f" {7 S. j2 f0 y8 m
0 x0 M1 {5 }; \硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:* O; P$ M$ M/ Y5 V9 g4 G5 Q
7 u1 |! `$ s9 G6 v- S- h
  1. /*. S! [" P; Y/ {9 w8 Q+ [9 }
  2. *********************************************************************************************************
    + H8 m: y: `# R( m1 Q. w
  3. *    函 数 名: bsp_Init
    ; I0 G8 W" i" W
  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
    6 \* {! ~. z% a0 T! o& J- F5 w
  5. *    形    参:无
    . m% b  J: e" t( j% C
  6. *    返 回 值: 无$ ?2 y9 r' ^  Y: k' |
  7. *********************************************************************************************************
    2 Z$ X& W; V2 j9 `4 r
  8. */, Y  i% p2 O* _2 W+ r
  9. void bsp_Init(void)! o2 E. k- Q# v: P8 w: ~: @( D
  10. {
    & @5 ~" O2 f3 p/ ^3 I& X5 U
  11.     /* 配置MPU */2 Q. W: F1 Q! ]4 j  L( D) F
  12.     MPU_Config();% z; G: s, r6 N# p0 {- {
  13.   Y; V. Q1 Y3 |  x0 Z/ v& S
  14.     /* 使能L1 Cache */
    3 x6 v0 L0 H- h+ Y  p9 j% b
  15.     CPU_CACHE_Enable();
    : ~1 U8 X" o' O4 c1 f- U
  16. / `/ y# t+ E" U, ^
  17.     /*
    . O# [. j8 f+ X) u# C
  18.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:
    + i- _. u, q) e. F( r
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
    6 b7 _) Z  m9 ^( P
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。
    + j( l" L* S4 N+ g1 r  C% l" B
  21.      */
    ! a3 M* N  Z8 l1 T6 @; |8 C1 k: v+ o
  22.     HAL_Init();* i, j( R' C8 y7 [" D* H+ U
  23.   M* ~* w3 ]. x
  24.     /* * f9 P2 {6 ^5 m/ B! A, f
  25.        配置系统时钟到400MHz1 I8 o4 d5 i9 `5 o* c6 l0 U8 Z
  26.        - 切换使用HSE。
    3 T5 a0 j& E' M4 y- G- ~+ n! a, c
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。" o, A. ]- x8 k
  28.     */1 U; Y! |, n+ k: H# u% H
  29.     SystemClock_Config();5 _2 k( Y4 }& G8 w

  30. 1 J  h$ s& K! W1 d. a8 B
  31.     /* 5 w8 m% Y- b3 K
  32.        Event Recorder:' O. _6 G* _  Z/ s2 W- W' v9 U$ U4 i- f* o
  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。5 G& j' H7 `( ?! e" Q4 P
  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2 W! ]' c, [4 R+ B
  35.     */    ) \) V4 r( _% w/ O/ W: S. S% F; V  H
  36. #if Enable_EventRecorder == 1  
    7 _0 i2 T; E: D) C# k1 }( S( a
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 */
    ' Q9 C& z! D' V* S8 v( H
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);) c, n( {6 Y9 Y9 ^/ ~5 m
  39.     EventRecorderStart();: u9 t3 N" h5 f; V- A
  40. #endif
    ! _" A" I3 t/ L$ \! I5 r/ \1 }1 ~

  41. ; h% ^7 H: m7 e% ~
  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 */6 K  K* d5 o4 q5 r( D
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    4 I" a+ E& o6 _: v& v/ s
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    % f/ C$ Z5 z8 @6 G( N
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    4 D4 }7 L. t" {
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */   
    - n0 L+ i$ ]5 Y2 T% O
  47. }
复制代码

+ P7 Q4 s# s1 F! E  MPU配置和Cache配置:1 L2 n1 `9 O. P( F9 ?
3 c+ \# D! V# s1 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。7 i9 q4 _% t0 t

4 J6 L  i4 }# L1 e- K- @  Z
  1. /*
    % {% ?$ b; q$ |- D1 S0 \1 l
  2. *********************************************************************************************************2 D* W  `; n; _0 y9 Z: ~* V
  3. *    函 数 名: MPU_Config0 X1 m( w4 O9 w" F5 x: D0 m2 {
  4. *    功能说明: 配置MPU
    1 j! z& N4 q3 E( [& ]3 [
  5. *    形    参: 无4 [) \1 Z3 D) B
  6. *    返 回 值: 无% D+ w' }4 g  s1 C% X! j7 G3 ~" l
  7. *********************************************************************************************************
    0 M$ i) l2 k# S0 {. d3 [+ t- ~% p
  8. */
    - t# l/ `8 D5 e: t( v; T
  9. static void MPU_Config( void )  L% W: l  v9 B! J: y6 ~! s% ]1 G$ t
  10. {/ }' M( ^1 U/ R8 P0 ^. T* P
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;
    " O% O4 Q  E3 O$ X1 B! Z
  12. # B0 z$ m1 @$ {0 }4 A, z1 X
  13.     /* 禁止 MPU */# d7 A/ y* }, q8 _
  14.     HAL_MPU_Disable();
    # q; F/ y4 ^; {( L( u& i' M, ~

  15. - T% r& h6 C& O# P. o! f, ]7 A
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为关闭读Cache和写Cache */
    6 c* X2 H8 J) w. y4 w
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;% O0 i* Z( J0 D& L% ~
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    ' k/ u' p% M1 D# K% ~! m
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
    9 H8 C6 u* W  d- L; v+ X; q
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    , g; M1 t) ?. R
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_NOT _BUFFERABLE;" \! U2 h7 C) ~; C0 l# d& c
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT _CACHEABLE;% z" ^. }  n( D# W
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;5 j( y, p. K( i/ _0 [: U9 `
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    ' x* g1 n8 Y; o* {8 {
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    4 Z0 ~* D, d$ O8 Y- z
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;# h8 s7 e, U0 x$ ]( K
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;1 `0 H* c: o1 `* }: \

  28. . h! S( ^8 z+ c6 U7 _7 ~+ }6 F$ ~
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);' o& h. ]( J+ P
  30. % y& ?+ Z6 E' Y8 r' N& G

  31. 0 Q7 ]- X: Q& {$ F+ I& b2 S
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */5 h6 v9 S2 |  B( p/ x5 {) f" q0 r
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    % x" m1 K% o+ V: }0 Q
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    3 t, E1 v1 w+ |/ O
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;    ( Y! I- A4 `- A% W) \
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    - D, {$ D( l: h( p# X+ R0 |: y
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    % `$ a" x8 P; P9 z# R
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;   
    7 S3 I. w% Y/ R5 u( K* E
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    / }8 h; ]& H9 r
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;! H8 w0 t5 `$ J& f$ \$ Y) o1 e* M) y6 J
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    8 T5 v3 t( ^& d. y/ g& [
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    ! z9 J/ j) T1 ]6 Z; G4 Q
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    . D3 r( g/ p4 h$ [4 w! z% E
  44. & Y6 l- m' T  n6 A0 A1 ]1 U
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    $ D& h9 U9 }) b. p) l
  46. 3 \1 p' @/ V& |" }
  47.     /*使能 MPU */
    6 Y! n1 o' I  d$ F& j5 H
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
    6 A& y; |% H  `' R7 |+ Y
  49. }+ l$ n9 O; e4 |! x, j: m5 @* i5 l
  50. $ \3 k: O3 T* L% B! s
  51. /*" s) p: f2 C+ M# I- m/ ^, X
  52. *********************************************************************************************************
    - I! h) T  i! f
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
    2 s" j& D: z; a9 m& Y
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache
    / E- a2 k0 W9 m9 c8 [: v
  55. *    形    参: 无
    : H2 {' D; A% l$ D) S6 ?
  56. *    返 回 值: 无% i8 ^6 f0 P3 h( t4 A: ]& W
  57. *********************************************************************************************************
    2 X% @- w' V( Q4 N0 q. N3 I
  58. */
      K6 Y) D- ]9 y* {9 \
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void)3 J1 u; K* K, Y2 V
  60. {* E5 @2 R( G$ Y( D- F
  61.     /* 使能 I-Cache */
    $ h0 r2 t# E4 r2 E% t7 v1 P* G
  62.     SCB_EnableICache();
    8 S* X$ B( B) @1 y1 m
  63. 5 T! |  Y9 g& u( ?' S
  64.     /* 使能 D-Cache */
    7 \, r5 l! W  L: x
  65.     SCB_EnableDCache();
    0 p5 A" K! a5 v$ I
  66. }
复制代码
  ]* H& v+ [: ~% Y! @: ]: \0 a* p
  主功能:2 x& Q  ~; ^3 x2 E: d
  G$ T8 {6 m+ K! w
主程序实现如下操作:
% s/ @$ U  e9 o5 p
3 N. H$ g' m8 y3 B4 V" B  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
# T& q1 @7 j' z# u0 J4 Y1 x9 J7 k  按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
& {0 r7 n5 c+ [5 |$ y/ D1 G" ^
  1. /*( C! K5 w% a9 o' s
  2. *********************************************************************************************************7 R* T7 w1 s4 f2 ?
  3. *    函 数 名: main1 q- {) Q" q/ x. L5 D' H" ~
  4. *    功能说明: c程序入口% G% h% F( s: N* l- z
  5. *    形    参: 无% P, y4 Y) B7 o, a5 t1 C7 u- H
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)+ O% K9 f7 f* X7 ?
  7. *********************************************************************************************************: Q- R- e+ F% n, i* w# a
  8. */
    5 U( H( s, f, `- p( |, g5 O
  9. int main(void)5 m' b+ ]+ F/ k; o( }
  10. {
    " f9 x" t0 l7 {5 J: V# b! _
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */: |. a4 G, d$ j, c* j
  12.     uint16_t i;2 C) z4 T) I& z3 N9 F5 P8 Z( |# G

  13. / u2 o$ h5 y- t; g6 A. n

  14. ' k5 ?: g& N* H+ h0 m2 i
  15.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    & X9 {2 I( j+ M1 ~5 q
  16.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */  P, h; t  v9 G  `- Y( a( f0 x
  17.   g9 Y$ R  f$ u
  18.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */
      v! j8 ^# v2 O/ V; A5 @4 y
  19. 4 |$ B$ P6 z0 C+ V% O
  20.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)! L& r3 p: l& F4 h
  21.     {
    4 {! ]- v- u. y
  22.         /* 50Hz正弦波+200Hz正弦波,采样率1KHz */
    ( N  \5 S/ Q6 j) m5 P5 Q- q
  23.         testInput_f32_50Hz_200Hz<span style="font-style: italic;"><span style="font-style: normal;"> = arm_sin_f32(2*3.1415926f*50*i/1000) +
    3 B! R  q' R9 e/ g. p( _* d
  24. arm_sin_f32(2*3.1415926f*200*i/1000);
    : p4 g: V! n- O8 A+ G. a
  25.     }
    3 {" Y9 }# Q: g/ u9 J8 G& A# @

  26. : I9 \+ y* }/ e- I' J$ Y- Y
  27. ( c0 ~8 i' k0 [5 b; I* |8 y; ^
  28.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */- Q( J, {$ E5 E5 `; P& W

  29. 6 ~. {5 k* S1 U5 A
  30.     /* 进入主程序循环体 */
    * u; e. r. E+ f  ]- C5 k% Z
  31.     while (1)
    ' O. `7 ?, u* _6 h* q, e
  32.     {( P; W2 C* P2 }
  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 */( A6 @% {7 Q7 b5 x, V! M
  34. + @: Q! X2 s  G
  35. ; k- f' s: ]/ P; A8 P: a/ P
  36.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */, g2 _7 d% l- K) q0 a
  37.         {+ Y5 Z2 S. y' k
  38.             /* 每隔100ms 进来一次 */7 ^4 ^- Z% n) T: k4 h
  39.             bsp_LedToggle(2);    /* 翻转LED2的状态 */1 `1 b& V8 ]" I3 P
  40.         }  t% G# y9 Y2 }

  41. ( O1 ]7 s$ [) j# |6 c, L
  42.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
    4 x3 ^+ u4 Y1 F/ p
  43.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)9 k* C8 H* ?3 f. x2 t
  44.         {: N: o4 W1 H. A- U
  45.             switch (ucKeyCode)
    ) w2 M: c% a  C8 k
  46.             {
    ' W, F0 C  W. M8 k
  47.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */& M' G, X  Z+ U7 d
  48.                     arm_fir_f32_bs();7 B  n. X: a, ^, }! v9 u
  49.                     break;# {3 w7 F7 e, u6 G! B  ~, a
  50. # l2 }7 k! {: `

  51. - b4 Q  q4 }6 {! z4 W% e, c
  52.                 default:
    ) y6 t; I# K  [0 e& E$ d2 e
  53.                     /* 其它的键值不处理 */
    : ?" Z; M3 ?9 P4 }5 L, _- d
  54.                     break;9 L9 p# O, F4 U3 b& D  Z
  55.             }
    , F" \  Z% V0 D! x* T+ K  P/ Y
  56.         }2 e1 X: F7 U% v2 A$ Z* l+ g

  57. % t. h( X: Q$ r: Z7 T0 ~! L6 e3 R& I
  58.     }8 ^$ Q# @& s' x) S% p8 J4 e
  59. }</span></span>
复制代码

% _" K) w% M, Q7 s9 O40.7 实验例程说明(IAR)
/ h, z, C3 g( D/ i$ K( b6 D. B+ ~: _配套例子:# j2 s  W+ O; r% s# b5 d- I% A
V7-228_FIR带阻滤波器设计(支持逐个数据的实时滤波)! b# I. i1 n3 e9 Z" R9 A9 e
8 X/ o, O; O* k* o
实验目的:
$ A) e3 ]( D) W* A学习FIR带阻滤波器的实现,支持实时滤波

: G$ ~9 T8 T! c- ?9 \3 f8 j
9 z/ v5 }' F6 @! Q0 t实验内容:, u/ k. K6 y, U) @7 P% H
启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
8 w. c& i/ b5 o5 U3 V& H按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。

) i6 u$ d: N0 e" ~7 W) a; y5 O' z. Z* f
使用AC6注意事项
9 l7 S; I2 T( D5 ]3 X/ y# F特别注意附件章节C的问题
9 ]) p% p1 P" j4 n5 Q0 m! h8 L% e& V# R4 O" C* X/ n' `0 {
上电后串口打印的信息:
: `# h" K; A- m- @0 l
, w5 Z& `$ I1 d: k: L7 o$ J, T波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。$ A& b; r  r5 S+ `5 D2 m
/ ~$ |! S+ g/ o# w8 X
70f3399c2aa9dec61c38503cb279463f.png
6 m3 \! f4 B+ `2 d$ g, u& ]- |
+ b/ r! `& Q. d* b! r! Q- E
RTT方式打印信息:
& j$ H+ m+ M( H- v) R: T7 U$ n& A/ ~! k- F+ ?& W* A7 ?
3216bf4356cb1b680117bbddb4f062e0.png
  o! ^- l* r& P

" a1 D6 M  I: T' B9 i5 c2 R' `% f程序设计:
2 l$ P* t* M# e* c, z7 t4 q* r, j" R; }) u* `1 v4 }0 ^" B0 q/ A
  系统栈大小分配:
& Z! z( j5 Z4 K: l% W( U% r4 Z& D% o, {. |
6c0034e2c114417bc42c84b776059e2e.png
& d; z1 {; O3 m% p# C
8 |; w! B" {' Q' n0 z
  RAM空间用的DTCM:
9 E- h/ m8 ?$ C, X0 z  O) I* y* t* T8 S& v& L0 |
636fab000c9dcaaef2a3c37cf6bb28b3.png

$ L: }* S) C2 N. n9 D- k" a6 q7 V) h: q7 p& b- i/ O$ O7 k* h
  硬件外设初始化
7 a- B& U1 [, i6 }# g: |; }8 O4 |7 K3 }$ D: t% `& ]6 n  P
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:
' O9 P7 ^% P) n" P
# r# S3 J2 r/ S& Z0 V
  1. /** f# l3 E2 n  t1 X3 E
  2. *********************************************************************************************************  L0 L! H3 v, l' \  g2 ]4 x( D
  3. *    函 数 名: bsp_Init
    ( i; q. V) ]6 I9 l6 o
  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; c" }* X4 b5 f1 F7 c  j
  5. *    形    参:无, \9 v' `0 V4 Y6 S
  6. *    返 回 值: 无
    ; Y$ T! W: A" s7 @
  7. *********************************************************************************************************3 m2 i7 q+ d& C' i1 r& I
  8. */  N) g) b* a1 o9 M# E
  9. void bsp_Init(void)
    & w2 x- `8 L; H6 q, }: ?/ p
  10. {
    & u0 e* r3 V- V5 [7 L$ N# |
  11.     /* 配置MPU */4 I: t) k, L# U  o4 y
  12.     MPU_Config();
    . n9 W/ k0 n4 W5 a7 Z( k: H
  13. " \1 E9 F9 L2 f2 w0 ?$ ?
  14.     /* 使能L1 Cache */6 \0 T- ^8 t5 B7 }! _& @
  15.     CPU_CACHE_Enable();8 T0 ]! E* B3 j5 Q" {8 ~/ K

  16. + ]% h# [( i* K5 M3 Z. l
  17.     /* 0 @/ n% v( C2 c2 o+ h  ?2 M
  18.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:  R' g/ |4 e, F( ^& V
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
    " V9 @) V, a; E) |/ y% _0 P
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。
    $ |, I# T! x5 J. e" j1 C7 @' x
  21.      */* x% V0 k3 b0 F, {' n
  22.     HAL_Init();( l- i) S" `7 |7 z& O

  23. / s# g4 O* L4 X4 I
  24.     /* - Y2 U. p" u: O: G
  25.        配置系统时钟到400MHz
    , ?; S3 v/ j2 z6 N1 s( F; M
  26.        - 切换使用HSE。
    ; w* l- J1 I7 _* W* ?3 }
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
      {0 r" w/ o  ~8 _. R5 I. V  n
  28.     */1 t* C3 s' b+ E. @+ z- E' `6 ~
  29.     SystemClock_Config();* J6 l3 z) `) ^! t
  30. 1 s3 S4 y7 u' P' D+ Z2 E2 d" q7 Y# O
  31.     /*
    4 B0 T, e8 H6 g2 |# S
  32.        Event Recorder:' e7 _+ U# \+ h; d# R; N! b
  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。
    + H0 k7 A3 ]( A. I- V
  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
    1 Z( ~' E2 E: o" A
  35.     */   
    , l3 D" Z1 U8 F; h& q' E
  36. #if Enable_EventRecorder == 1  
    % o! L4 J* J- a8 g1 X$ S4 N
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 */
    & D0 _- q6 Z9 {0 c" g% L1 @
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    " |/ s% q7 b$ \0 s" B
  39.     EventRecorderStart();& O) |3 y/ N  X9 b! Q
  40. #endif
    ! e/ T, P4 x5 B4 D- e" g
  41. 1 `3 k1 Q  B5 |1 V* 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 */& w( L. F; H6 f5 W% k0 |- t7 Q
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    ( z  T8 w9 v. b9 Z5 d) j/ l
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    : S( Z* J; b- F- V; \/ m4 w
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    & ?9 I$ j9 p' U* a/ ?+ a/ t
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */   
    - K. {- _0 C+ k
  47. }
复制代码
: t( H- ?7 W1 n# t
  MPU配置和Cache配置:
3 t8 d* V8 }1 |" ^, h2 O8 O7 v: L, L4 i. u6 q
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。
- d- d  h# e% K/ V9 }1 y5 \( q# a6 \8 X' A, l. I) N4 i
  1. /*8 o# `2 k) @+ x5 T
  2. *********************************************************************************************************
    1 w% C2 d" y$ N& f& Z
  3. *    函 数 名: MPU_Config
    - u6 t& S' [. k# h$ q7 v
  4. *    功能说明: 配置MPU. @* n# v5 y9 y
  5. *    形    参: 无4 ]. O) U  L% U+ L
  6. *    返 回 值: 无
    5 {5 r0 g2 K3 ?" u
  7. *********************************************************************************************************
    9 R) f4 Y% h( P) V& m$ w, U: E
  8. */
    $ d5 {4 O/ S4 W9 x3 p1 i( _- v( A" N
  9. static void MPU_Config( void )7 z7 n& d3 B) s: O4 W6 j; q9 p% c
  10. {, d/ M  B. s. K" K
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;/ X& ^) w* l0 W+ O7 Q
  12. + ^6 T/ A& |% U( f; M8 M' L# C
  13.     /* 禁止 MPU */
    " @2 O3 C$ A/ m% e
  14.     HAL_MPU_Disable();
    % H- K& j! P1 ~) c
  15. $ e1 ^% X. m" {7 N( g$ ~8 v" j
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate,Write allocate *// \! W% j; m+ T) v7 I
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    8 o: X, U4 S9 W. p: ^' A/ Y
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
      t# U* i' U& o* }+ N! Y" ?
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;+ h" G% {' d$ B, D3 P
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;6 o! {' h1 `0 f% H3 W/ ~1 o
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    " j1 t- _4 s2 o' h
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;; B5 o* B& R7 B6 |8 {0 y
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;6 I  L2 r1 x& s- T) T% U
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    - }+ L! v3 C& J) L
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;: d7 X3 k& f3 K8 K! H+ M! \: C- b
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;9 l  C: e* R$ w% R1 r
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    * E( _% d; b" @) x) F1 _
  28. * V4 {/ g6 r9 S0 }) w, G
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);6 R" w9 R- a) w; B! S" R- o
  30. : G& d4 v9 j+ s% w
  31. " D: _- ]' u( W) _) w: h/ h7 @( i
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
    - O$ n- T6 t8 F2 |$ F
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    : K1 Z6 x& H# H7 N; _
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    4 @% D- e& B, m" a
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;   
    % U) J' X  X( \' f# X3 B
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;1 I  G8 k& @* @, @
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;' U9 v9 f7 G' s  O, c' p! p! d
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;    ' W9 i) @# x- I
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    8 E8 t7 }& L8 x1 o9 k1 z
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;# U8 }) F5 K* G
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
      ?, Y6 m/ H5 n4 G6 g$ c( H
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;2 t0 C' D* R/ a
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    $ I0 L9 Q% _+ }. k  a) k
  44. ' d1 P4 r- u) k* [6 E
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    5 l/ h  D, u/ D+ j7 Z' c' s
  46. ; E& p' w. Q; U4 X! H' A/ o
  47.     /*使能 MPU */+ \' a! X" n7 c; d/ ^+ Z
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
    . c0 `: D8 p1 Q& X- K' ~' Z5 \
  49. }' }2 u: Y  ~: {6 |+ F# X3 w% o
  50. 9 M6 W9 ]0 ]! U: q+ a
  51. /*" k9 p; Q% b2 Q- |! y
  52. *********************************************************************************************************
    . A8 S$ ^0 J8 T4 _) i% Z
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable( ^/ v% [# Y9 M
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache
    1 a  M1 s) T' U, e
  55. *    形    参: 无
    1 @$ M* f+ }* O7 A, e
  56. *    返 回 值: 无# s5 i. ~: {0 J& A& a! W2 l' P! W
  57. *********************************************************************************************************- ]. X) r# s8 Y" K9 J3 `
  58. */! c/ G+ M3 a! |  w5 W
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void)$ A; q! ~# J! s: x5 _$ ?5 D+ G
  60. {6 Y# a$ g! y  P: E# @. y0 c
  61.     /* 使能 I-Cache */8 i$ V9 }" C4 V' _
  62.     SCB_EnableICache();
    1 u) T9 e# [# P

  63. - b  V  R3 q5 N$ O
  64.     /* 使能 D-Cache */
    0 q8 [- [5 k6 ?. r, {# @) |
  65.     SCB_EnableDCache();* m6 ~9 d; d# n' |# l
  66. }
复制代码

5 ^4 F7 p% H2 Z' Y$ x  K! d, X# d  主功能:
# h1 x5 M& q9 ^% ]2 c9 w+ m
: Q; w& V* U! \4 v& |! W主程序实现如下操作:7 K! m" M) @* e  l  a) B

4 i+ X  m: F6 p. S8 u, s  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。) d9 c+ y& ]% @/ u; e
  按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。7 h' `+ X/ c5 F+ Q+ f
  1. /*
      m6 V- M& k' H
  2. *********************************************************************************************************
    # v3 K, F5 x" p9 q3 c4 a
  3. *    函 数 名: main/ |) j  E# [. w) A- e6 @/ |
  4. *    功能说明: c程序入口
    ! Q# @9 U5 s, C; J! ]' i2 S
  5. *    形    参: 无6 B5 g0 [8 c, e! Y! g! h
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)' z3 v" f" |  m8 G) f
  7. *********************************************************************************************************: E; Q- T6 |: f0 r
  8. */0 F  F+ T. E  T% p8 n' T
  9. int main(void)
    + F  w8 J2 y3 U8 d( K; I; V
  10. {# O9 c. `, U. ?+ N/ w! D" s
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
    ( g* o* t7 C9 z* q# H
  12.     uint16_t i;
    $ t8 h8 {/ G  K) X  t& D
  13. ; X( C4 F2 B5 l( A5 I% @, f( ~* Y
  14. 8 `( k$ T# m2 T5 I! j* x  Q: G5 [1 v
  15.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */( V9 {( T, t4 p" V' L& b( h2 f
  16.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */
    1 e% n$ ?5 n' `7 f- w
  17. ( c1 d( m$ ^" o$ \, X4 N2 E
  18.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */
    & K0 \; a5 c/ e* o. t. Q* ~/ l

  19. 2 Q; K8 ~. a+ D! y7 J9 u6 g9 @
  20.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    - T* m" h5 l% Q# j1 v; R
  21.     {
    - l0 [9 [" L. v# m
  22.         /* 50Hz正弦波+200Hz正弦波,采样率1KHz */0 u* s) ?6 ~+ V8 A- J; T1 R% o# U' ]
  23.         testInput_f32_50Hz_200Hz<span style="font-style: italic;"><span style="font-style: normal;"> = arm_sin_f32(2*3.1415926f*50*i/1000) +
    / z9 k: `+ h+ v. b1 t' Y& N" U( R% m
  24. arm_sin_f32(2*3.1415926f*200*i/1000);
    7 K% P# V5 L* k
  25.     }
    # F+ Z1 @  F! f+ V* J
  26. ) r$ [! x" C1 p5 F
  27. , C- X+ [" y7 D7 g/ g2 Y! _  X
  28.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
    ' U) g2 A+ f4 Y3 s

  29. 0 e% v  n3 \) @3 H
  30.     /* 进入主程序循环体 */
      z% _# M; K$ ~8 g
  31.     while (1)* |* u8 v. i& n9 _$ [/ m4 l) Y/ a
  32.     {! O+ J" j# N. n% {" u+ b
  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 */( r( i  v0 L3 F5 b; G

  34. : B" G: \9 c1 @, f, y
  35. 2 C) m" A( v6 O" h! {4 R
  36.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */
    , E4 D3 I/ w/ }5 A3 z
  37.         {+ n* o# D& K' J' ^
  38.             /* 每隔100ms 进来一次 */
    0 a" A5 w0 E% U8 w9 b" w+ A5 n2 R
  39.             bsp_LedToggle(2);    /* 翻转LED2的状态 */( G  `4 a4 k  f6 O% @- {
  40.         }
    - s; ]5 C. N) n7 V# K+ w

  41. 3 w, ?* U; e+ U/ X* ?
  42.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */8 a& S! z- Z4 \& [
  43.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)4 }* Q. I" ^( Q7 m- ~
  44.         {5 D2 q3 q, L7 F! N
  45.             switch (ucKeyCode)
    # \/ e2 D% r7 |, |
  46.             {
    : p% @9 ?$ _' W
  47.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */
    * G, x. ?8 ?: q" s) X4 k7 A
  48.                     arm_fir_f32_bs();$ w) \, e1 z& Y" G1 Y. E: P
  49.                     break;
    ' {8 @4 n$ p3 `/ n% h  j3 L

  50. - C! a1 d6 c/ a$ ~1 k7 N, |7 P

  51. $ C- D, D( u! x% e) X0 e3 V
  52.                 default:
    1 G5 V, Y! u" }: x  C# O; `9 J7 f+ r
  53.                     /* 其它的键值不处理 */
    2 k1 x7 u  h; H2 l! b
  54.                     break;
    3 r* m1 y! Y4 D, a3 \
  55.             }! _, ?6 V# D/ E% q
  56.         }8 q" F7 Z1 j% H' s; ^' E9 r: Z, S6 e

  57. 8 F- s2 j( Y1 h
  58.     }3 |# ^' @& f4 ]8 W
  59. }</span></span>
复制代码
, ^# g0 a/ {8 [7 t& P
40.8 总结7 A3 E; w& X  S5 Z0 G1 Y5 f" N
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。$ `8 d/ `, e; \& h" Z: X8 d
% E$ T# S+ B! C; |% K' z
1 F' |! C6 I% x5 D- f" w6 K

9 p  t9 ^( A1 y. x2 ?4 q% l
收藏 评论0 发布时间:2021-12-31 18:00

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