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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7 ], |4 R, A* E& \
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:- \- M5 Z7 ^4 `/ }
* `0 N. g( a# o9 }$ [
  所有数据是在同一个采样率下依次采集的数据。( a5 y8 F" o6 R7 N5 Z( x% u4 ~
  每次过滤数据个数一旦固定下来,运行中不可再修改。! A5 P6 J) u0 z7 y
2、  FIR滤波器的群延迟是一个重要的知识点,详情在本教程第41章有详细说明。
- t' ]# x: \+ k+ n, j  W: L. d* G& P/ L- r7 D
40.2 带阻滤波器介绍5 m" t0 H7 d+ `7 W- V8 t
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。/ _- H: F/ s/ e. `8 g# o# _$ m& `

; z. H$ b. n+ H/ g" a
eb07af4703783e5f46e002099968ab94.png

2 {* d1 y$ [# L$ ^1 s" T7 D0 Y' j, I, C' u5 U
40.3 FIR滤波器介绍
. y- c. e% c; U! k7 v! Y/ AARM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。
9 ]* U3 i  U2 K6 _) v4 r; w/ c0 Q" }8 {9 A( Y- {0 S5 W
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:
  u$ Q4 A3 N. Y
* S) ]+ {# z9 G7 m6 yy[n] = b[0] * x[n] + b[1] * x[n-1] + b[2] * x[n-2] + ...+ b[numTaps-1] * x[n-numTaps+1]
7 Z3 ^. R3 t5 e+ ]0 M) r
4 p- O7 m$ t2 x& h4 D" M3 ~结构图如下:5 R2 u" Q8 s: l! W+ r
5 S& y  E2 t# v6 A4 J
90e8ce626ba20176e8f8a370fe3d3a24.png
1 A( e4 k" Z" S2 W+ h
% `$ S5 n5 n4 i
; ]. W& U7 z8 ~

! x7 s4 I0 u- O这种网络结构就是在35.2.1小节所讲的直接型结构。0 x. b+ R) h; P- ?
- D$ C! o, G  g# {  F  q, O
40.4 Matlab工具箱filterDesinger生成带阻滤波器C头文件
5 C' w9 B6 j3 q8 Y+ 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:
& }9 e8 O1 L, K0 o
( O/ f4 n$ e4 m- v
5e14332b29b2594dc996e0064ae98798.png
. u# I  r! z) j5 M

. `% w5 q# E8 w5 sfilterDesigner界面打开效果如下:' t- m  z- N$ T/ r) d- T
0 h' ?8 L& Q( g, y" [8 a1 J  D
d1a63d0da79f50ac93f367c073710727.png
1 H) O3 b' m) t, Q7 ~6 _7 O( P
6 C- F# V/ q1 @# g
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:$ H* S) |5 z8 ?9 j

" ^! p+ A" |% w: U( _# B+ p: A
35d982a9816fc3b4e4b3df474c264710.png

8 c7 S* c' H8 m1 |- f4 Z+ {- i# A# q; ~: P- s
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:
' ?) `& o4 G& l1 P4 p! r! W7 G8 B
- K, q" l& h% P1 ^1 f& R
220bb228e2f80fce9805e85e75e61d15.png
/ p7 Z5 O! j1 B( I; j8 B) X0 a

$ i5 m- |* o+ R0 ]" P  @然后点击Generate,生成如下界面:
4 a+ i. j, }7 C& m3 R* ?2 F  C6 s
84a01de7e8391be7a8456ac6ad24f23e.png

6 Q+ E  Q* k0 x. |) B) D, [. m1 {$ _6 ~: {8 {; K
再点击保存,并打开fdatool.h文件,可以看到生成的系数:
6 `" W- p6 Y" w, F4 m, T3 H& O1 k) Q3 c- i! ?
  1. /*
    & B- T2 E" D4 _
  2. * Filter Coefficients (C Source) generated by the Filter Design and Analysis Tool
    . P6 R4 z8 l( T* H9 r3 I) |
  3. * Generated by MATLAB(R) 9.4 and Signal Processing Toolbox 8.0.$ f+ f. I) ]/ @  }) }0 o4 @, I
  4. * Generated on: 20-Jul-2021 12:19:30
    9 I  |9 q+ Z( L/ ~
  5. */0 C+ t' C- R7 v4 A9 g

  6. 6 X1 T( Y$ o8 _8 r. m
  7. /*
    , C* C+ ]3 I: X) y2 F9 M
  8. * Discrete-Time FIR Filter (real)
    / m; {3 h! [% V1 F  [/ H1 V: C$ {
  9. * -------------------------------
    # s) c) p( ~! S. l6 P6 j8 ~
  10. * Filter Structure  : Direct-Form FIR! X$ k5 P& b& y" z3 R
  11. * Filter Length     : 51
    , L% I5 h! t7 ~0 D5 u0 H1 u: _
  12. * Stable            : Yes
    5 e5 t. |' U) j# X; w# ?
  13. * Linear Phase      : Yes (Type 1)
    , R& m& p1 y: B) a2 A0 d
  14. */6 E  }8 \' a1 a

  15. $ {1 j3 p1 R: m! L* l
  16. /* General type conversion for MATLAB generated C-code  */
    ( j& t) P# Q7 B! l& f) a0 b/ h$ E
  17. #include "tmwtypes.h"& }7 F: j  a5 J6 q2 g5 J; |" g. P
  18. /* : ?# r0 s& A+ G0 n& p. ~4 U
  19. * Expected path to tmwtypes.h
    8 k5 d3 R/ z( I* R/ ]7 X
  20. * D:\Program Files\MATLAB\R2018a\extern\include\tmwtypes.h
    ( h* p( t  ?2 c2 x
  21. */: `7 Y8 I6 }2 L) m" }- w
  22. /*
    5 {+ g9 Y1 j8 P4 q
  23. * Warning - Filter coefficients were truncated to fit specified data type.  . Z- _& f) C8 \; W; _
  24. *   The resulting response may not match generated theoretical response.
    ' K$ \" x- w6 @4 r# t3 E  x
  25. *   Use the Filter Design & Analysis Tool to design accurate2 I( |( G+ B. x
  26. *   single-precision filter coefficients.$ J1 O# w9 T. h, Q# |) b% g
  27. */% h* ?' N3 K0 |
  28. const int BL = 51;9 D6 F- f% I# {2 ]: s
  29. const real32_T B[51] = {
    & u' Q6 E1 ?' a+ f3 |
  30.   -0.0009190982091, -0.00271769613,-0.002486952813, 0.003661438357,   0.0136509249,7 m. o. g' z& _
  31.     0.01735116541,  0.00766530633,-0.006554719061,-0.007696784101, 0.006105459295,! N/ _% ?0 N. ^, O3 i7 ^# u
  32.     0.01387391612,0.0003508617228, -0.01690892503,-0.008905642666,  0.01744112931,
    " {0 y3 |3 K  e
  33.     0.02074504457,  -0.0122964941, -0.03424086422,-0.001034529647,  0.04779030383,4 }2 y: F3 ]  r6 v
  34.     0.02736303769, -0.05937951803, -0.08230702579,  0.06718690693,   0.3100151718,
    7 ~  Q- k6 a( M4 ^" t( X* T- @+ ?
  35.      0.4300478697,   0.3100151718,  0.06718690693, -0.08230702579, -0.05937951803,
    ) L+ k4 @. Q$ H1 ]* q) b* _* x
  36.     0.02736303769,  0.04779030383,-0.001034529647, -0.03424086422,  -0.0122964941,
    4 p8 h4 X5 i; k6 T0 U
  37.     0.02074504457,  0.01744112931,-0.008905642666, -0.01690892503,0.0003508617228,
    4 Q4 h/ P- [$ I3 E
  38.     0.01387391612, 0.006105459295,-0.007696784101,-0.006554719061,  0.00766530633,' b9 D) Z! A$ O/ ]# L, Q$ a
  39.     0.01735116541,   0.0136509249, 0.003661438357,-0.002486952813, -0.00271769613,* P. t7 i1 w2 X6 ~- O' O$ [
  40.   -0.00091909820912 W9 ?- J# L4 f# n5 o
  41. };
复制代码
6 p. X3 k0 b' t
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。
1 m' v+ Y; C$ v3 Q9 l$ v. |+ r3 B6 W4 N+ a
2b24513b974f0554c59651f8b94b60da.png
) ]3 u4 i2 O5 C+ \3 b/ f$ y( E

6 M& \) o. o+ w; k3 b0 T6 ^
, [3 ^9 U3 x8 ?3 Z3 h1 t# Q7 g. d' [- S, e0 U' m2 }
40.5 FIR带通滤波器设计
6 k1 i; [. L: ~8 |3 K
本章使用的FIR滤波器函数是arm_fir_f32。使用此函数可以设计FIR低通,高通,带通和带阻  C; N# Q; Z- J& a4 H

' d0 E  |2 a: h4 l0 M滤波器。2 e& ~/ e. }& U; Q. H

' t* E$ S; u3 N% k; k' e6 D+ k40.5.1 函数arm_fir_init_f321 R, z: E5 Q* t5 N! k" |
函数原型:
5 S( J4 y/ f/ Y$ M4 {, c4 b( P
4 G( ^; J. w$ h/ [9 Z
  1. void arm_fir_init_f32(
    ; ^" a# W9 k$ P, W% v6 G+ V
  2.         arm_fir_instance_f32 * S,6 u+ E" N1 I0 G6 U) `* a* u! A! W
  3.         uint16_t numTaps,# T/ v/ j, _" o' T6 L
  4.   const float32_t * pCoeffs,. x& A& Y2 M+ Y3 @5 b
  5.         float32_t * pState,# ~  F; _1 o: f; v
  6.         uint32_t blockSize);
复制代码
, \) f3 U+ o% U$ W' s
函数描述:
1 ^$ C3 {) l3 J2 {* N5 O' }1 h  y( X$ I1 A* B3 O5 E5 f. u( y* Z
这个函数用于FIR初始化。; X) ]" q) O: M# ?- q

' r0 K$ p3 C8 D( f8 k函数参数:8 J7 U( Q$ V# E' `/ }* V
$ `+ Q/ _# m8 m2 E5 q
  第1个参数是arm_fir_instance_f32类型结构体变量。
; S# B7 R6 d+ F  第2个参数是滤波器系数的个数。) ~/ @% v# ^8 k; n9 D: X
  第3个参数是滤波器系数地址。
3 i2 R6 v  u# Q* V" i  K; ?  第4个参数是缓冲状态地址。
. T+ v& \$ C6 p2 U% \- B% K  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。
& ?, r! F/ Q: t- a1 a注意事项:
- N  H+ H. w7 E6 I# B
" N. W  r! q/ ?5 n& Z; z4 b4 l: ?9 |; l结构体arm_fir_instance_f32的定义如下(在文件arm_math.h文件):9 {7 B( C- G" y- J* H: a& u
2 j! P8 f; G  k) U. S) |
  1.   typedef struct
    + _9 w1 x# q- e% i, Q2 ~, v, S
  2.   {% W& y3 |4 P/ u( Z
  3.     uint16_t numTaps;     /**< number of filter coefficients in the filter. */
    0 y3 w# O0 z. \2 L& f1 E, |% s
  4. float32_t *pState;      /**< points to the state variable array. The array is of length */
    7 p# ~8 V  Q5 F+ q
  5. numTaps+blockSize-1. & |) v7 p9 Y, {( k; N( Z
  6.     float32_t *pCoeffs;    /**< points to the coefficient array. The array is of length numTaps. */
    ! E; ?! \1 U6 f: V) v7 [( x. J
  7.   } arm_fir_instance_f32;
复制代码
( l4 y8 `2 X7 [5 q% f
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:
: `  I" l6 q2 K% g2 x
9 ]5 P3 j5 Y6 f7 Y{b[numTaps-1],  b[numTaps-2],  b[N-2],  ...,  b[1],  b[0]}
* m" f) h+ w  Q/ h8 C1 M6 `. b, }8 n' U/ j3 I" a
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。
) `( p- ^; k$ ^9 F% I  \  E& k% W) F$ k' d# P7 ^% B- I
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。- @. @7 f% K8 T5 }

7 p$ [$ q. z% k& A! K$ W) [/ D3、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。
  _7 I! D, e7 w/ p5 G/ @+ H& ~) p& a% X3 }  V
40.5.2 函数arm_fir_f32
' I4 N  G3 }+ o* h1 c! a0 L5 Q% v
函数原型:9 A$ z8 z+ G, D$ x5 l% K

/ Y% v: \0 W8 w* y9 r7 ^# e
  1. void arm_fir_f32(
    2 W2 U" c4 @+ m
  2. const arm_fir_instance_f32 * S,
    $ q0 e% D& x( Q3 H! k
  3. const float32_t * pSrc,
    & \/ r! u( z0 C8 j5 ^+ \
  4. float32_t * pDst,
    - G& @; E' ~/ P& g) P# _
  5. uint32_t blockSize)
复制代码

. x4 l) t( W8 e/ T4 i5 f+ ^函数描述:
- |* a( E" g6 t4 L! L" x; c
+ `5 z1 s2 ?$ N4 h; v这个函数用于FIR滤波。
: q2 v; ]0 \- P3 O! {6 l
" `+ e2 \4 s6 A/ v3 `" s0 f函数参数:
9 A0 q6 x" r( s0 ?/ j! d2 h1 p9 t! ?& x0 H/ _3 C  r8 S4 T: d
  第1个参数是arm_fir_instance_f32类型结构体变量。
) P+ K$ J7 F' `0 I+ B2 ^- w- u3 ~  第2个参数是源数据地址。# o# j4 \, v- L. \
  第3个参数是滤波后的数据地址。
/ ]" B5 g" Z! @& j( b* ]' ~7 q0 i/ 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。
' B; h' t( f2 s2 K
* c$ z$ ?9 X( m9 |+ ~8 j9 z+ h40.5.3 filterDesigner获取低通滤波器系数
3 I1 P1 f: `, B8 O. m$ \设计一个如下的例子:
/ w( p- ]( q0 C: }0 r+ C6 a
' b6 x3 P" f# m0 B  D0 `6 A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:/ x5 ~7 z  `1 B# b  g
1 Q( R' f+ H3 ^- a
c5d13a97f5445a4be6bd0adeda75b3a6.png

: J5 s0 {% V1 }, V$ b9 _1 D; ~/ |; a, M0 M
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。8 C4 t& V# ~9 D1 J# h
  m7 C0 q6 ?' n5 S1 d8 x- S1 M
40.5.4 带阻滤波器实现
3 r% i1 ]. O9 {. ~% I+ S, C# b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。
. T! C) v8 Q% K# z  n, U6 o' X
! d$ I: v. [$ s6 O# Z4 F
  1. #define TEST_LENGTH_SAMPLES  1024    /* 采样点数 */
    / u& D& T: B5 b' u' n- p+ N$ S+ p) ?
  2. #define BLOCK_SIZE           1         /* 调用一次arm_fir_f32处理的采样点个数 */1 J6 J$ X2 d6 k; k$ n8 I
  3. #define NUM_TAPS             29      /* 滤波器系数个数 */$ s" k) g, G& Q& [' M* S
  4. ' L9 u+ H/ N3 m1 G. V- i8 n0 m
  5. uint32_t blockSize = BLOCK_SIZE;- H) S+ u% S) B
  6. uint32_t numBlocks = TEST_LENGTH_SAMPLES/BLOCK_SIZE;            /* 需要调用arm_fir_f32的次数 */
    * {9 ?5 N2 \' W: p9 [; N1 t
  7. 4 j# [9 n2 b7 i8 S  \
  8. static float32_t testInput_f32_50Hz_200Hz[TEST_LENGTH_SAMPLES]; /* 采样点 */3 ]; [2 F7 i7 e, _5 t  C
  9. static float32_t testOutput[TEST_LENGTH_SAMPLES];               /* 滤波后的输出 */
      H! N  Y0 P4 I; ~2 ^5 ^
  10. static float32_t firStateF32[BLOCK_SIZE + NUM_TAPS - 1];        /* 状态缓存,大小numTaps + blockSize - 1*/
    7 i2 o9 v& r  M* G; C8 z1 f8 {# Z

  11. , b, e' \5 B5 a: r8 V
  12. ) e$ r' w3 G5 E: E
  13. /* 低通滤波器系数 通过fadtool获取*/
    - D; ~2 O2 d; @
  14. const float32_t firCoeffs32LP[NUM_TAPS] = {
    3 R$ L4 i! ~: q/ l9 b/ w  I
  15.   -0.001822523074f,  -0.001587929321f,  1.226008847e-18f,  0.003697750857f,  0.008075430058f,
      R( k( l3 m% _4 \
  16.   0.008530221879f,   -4.273456581e-18f, -0.01739769801f,   -0.03414586186f,  -0.03335915506f,
    - c& B5 E) t1 y) r. x- v
  17.   8.073562366e-18f,  0.06763084233f,    0.1522061825f,     0.2229246944f,    0.2504960895f,
    % H0 L: M1 P! I; [- B# P  I- W. l
  18.   0.2229246944f,     0.1522061825f,     0.06763084233f,    8.073562366e-18f, -0.03335915506f,, P* O! M# y! ~9 u8 d2 a& G, Z
  19.   -0.03414586186f,   -0.01739769801f,   -4.273456581e-18f, 0.008530221879f,  0.008075430058f,$ M; T$ P/ M, Y2 f( ~7 Z7 P. S# P
  20.   0.003697750857f,   1.226008847e-18f,  -0.001587929321f,  -0.001822523074f* Q$ {8 D: R( M* G! b
  21. };
    ! k7 G# g6 J2 i, Y- i) m* H

  22. - ~) b4 P& ^; E2 W
  23. 7 O8 V/ j; n' h4 [% K
  24. /*  k* t  q; Y/ q+ w* b3 I/ x2 G
  25. *********************************************************************************************************4 h9 g4 M# E+ L6 K. v
  26. *    函 数 名: arm_fir_f32_lp% \# D. l  p5 l; o' h, I
  27. *    功能说明: 调用函数arm_fir_f32_lp实现低通滤波器
      I! N0 ]* e* u/ h
  28. *    形    参:无
    1 K2 Q9 g1 J, e* N. ~0 i6 o7 D
  29. *    返 回 值: 无9 o; |* x3 K# I: B. o) u, |2 H- e
  30. *********************************************************************************************************% b& i# Y: @7 K$ Y+ `; A
  31. */! A5 ~* T% V5 J+ G5 `
  32. static void arm_fir_f32_lp(void)
    4 j# W9 n# @# R) b6 v0 U
  33. {
    , C& R8 }7 d* b8 O  a
  34.     uint32_t i;
    9 z9 m( E! M& t7 `2 v( w
  35.     arm_fir_instance_f32 S;. g# _8 q! q- T3 B9 L% m5 G* l
  36.     float32_t  *inputF32, *outputF32;
    # X5 B* V1 P$ I# y" |: b7 j8 F

  37. . A" U$ u  [* z+ [
  38.     /* 初始化输入输出缓存指针 */0 E9 G: _+ e5 D. p
  39.     inputF32 = &testInput_f32_50Hz_200Hz[0];
    ) o) [6 w) j: ^: E* b( g: h
  40.     outputF32 = &testOutput[0];) A# T8 ~) U6 |, e
  41. & J* @3 Z& z& P$ e8 m
  42.     /* 初始化结构体S */
    , \2 i/ `: h6 q
  43.     arm_fir_init_f32(&S,                            5 c; D  ?* Q2 O' {7 t
  44.                      NUM_TAPS,
    # `0 M/ ^6 K0 G& Z
  45.                     (float32_t *)&firCoeffs32LP[0],
    3 b0 ^" ?! S3 o( `. J' j
  46.                      &firStateF32[0], 2 d2 w( p8 b" O% a% V4 F2 L
  47.                      blockSize);/ t+ |$ Y5 r8 v) R- c/ l% s+ V
  48. 7 |- N3 |" u, C8 @- i9 O
  49.     /* 实现FIR滤波,这里每次处理1个点 */; n' u) e1 p% u9 k/ m1 A0 v$ O& z& y
  50.     for(i=0; i < numBlocks; i++)
    ! _/ W; h# b* C2 j  c% B2 Q
  51.     {
    1 V, P  q, D8 i6 i4 A
  52.         arm_fir_f32(&S, inputF32 + (i * blockSize),  outputF32 + (i * blockSize),  blockSize);
    ; b5 W; W/ F! i& U' V1 n
  53.     }" \+ ^5 k( h: \6 U( H3 t1 h' K

  54. . V1 E9 E' a9 a2 O% `0 @
  55. 3 u. a8 P, \' h) Z" {
  56.     /* 打印滤波后结果 */4 a  H# `% q1 ?) k
  57.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    ( p+ w8 D# R( `. o% a' l' v
  58.     {9 A+ }+ |" S9 i+ i$ a
  59.         printf("%f, %f\r\n", testOutput, inputF32);1 f) J' T0 d( j+ ^
  60.     }  m* p  ~, p1 l, y! |

  61. # R. E5 F, K6 z/ Z, O
  62. }
复制代码

, J. V4 Z# g5 g) j6 |/ i9 G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。7 F, S7 l/ l7 _: q

2 ?( c( \9 B7 K; |* ]" {* Q0 \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:
, L/ K- _# Z# t6 j9 y
, q  c/ {& l- d5 l
  1. %****************************************************************************************2 B' w4 Y( w  j' ]0 g
  2. %                             FIR带阻滤波器设计
    ' I) f& y, f$ x/ Y
  3. %***************************************************************************************# L; Z: @  f) Q% k7 n( i
  4. fs=1000;                  %设置采样频率 1K9 s5 }: ~5 F* \' u' q8 r
  5. N=1024;                   %采样点数      * v* V& J4 M, Q# [! ?; `8 u
  6. n=0:N-1;
    3 ]: L. {9 W' x5 U/ Y) s
  7. t=n/fs;                    %时间序列9 Q- x# h" F, x9 J4 o
  8. f=n*fs/N;                  %频率序列
    * S( d) v6 E2 ]4 y
  9. + E& n: H5 l7 ?4 A' F$ m9 F* r" @
  10. x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*200*t);       %50Hz和200Hz正弦波混合           ( I% ~/ Y% Q( B1 Z/ T6 W3 Q9 O
  11. b=fir1(28, [125/500 300/500], 'stop');   %获得滤波器系数,截止频率125Hz和300,带阻滤波。
    0 b  H" A  D; v. K5 q
  12. y=filter(b, 1, x);                        %获得滤波后的波形
    0 _* Z/ C5 A$ }
  13. subplot(211);
    % t1 _% f4 j( }. O+ D1 W) |; l
  14. plot(t, y);
    , T; i6 _" e; ^0 G( Q
  15. title('Matlab FIR滤波后的实际波形');$ L& G4 N) X/ I0 q/ ^; z  L
  16. grid on;% b& m2 q4 h4 q! t+ }
  17. , j! c; y% h; E$ _
  18. subplot(212);/ `/ w" p" C' Z# z3 l% ?, }" T
  19. plot(t, sampledata);        %绘制ARM官方库滤波后的波形。. o6 o: {& V6 K- p0 ^# o
  20. title('ARM官方库滤波后的实际波形');0 ~2 Q7 r+ R/ u9 X( ^: F% v/ F- L
  21. grid on;
复制代码

" K# V! G" W/ R, ]' g( w# jMatlab运行结果如下:+ r. R! _! R6 @' o# M7 Z/ ^' ?
  |$ P* a$ r. y7 Q6 l; D% s
916e866865e182e874925fe4e2fdc08f.png
& X6 |. s, m$ [& V5 z; ]

4 N$ x; {4 N0 N2 ^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:+ G$ R9 P% P+ |; Q  Z7 E
. T7 O4 ~7 q9 C% [- x# a
  1. %****************************************************************************************
    ) G! _" M/ F' z
  2. %                             FIR带阻滤波器设计
    % L6 r% L  X0 I, L: q( P8 E
  3. %***************************************************************************************, f# `; z( v+ f+ G, v! C1 E4 Z
  4. fs=1000;                   %设置采样频率 1K3 s& o5 F. L) _" H; R% B
  5. N=1024;                    %采样点数      
    & }2 a1 U' S, ?) @7 }) I+ @; v
  6. n=0:N-1;4 U% p3 A6 I/ z: \
  7. t=n/fs;                    %时间序列' ~5 A3 Z' u) f8 a& H
  8. f=n*fs/N;                  %频率序列
    4 @: E; a+ u4 F+ C& Y
  9. 3 K* f. X  y9 Z  Q9 o" N* v
  10. x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*200*t);  %50Hz和200Hz正弦波混合           
    ! u# W2 @# O: ?1 i# {
  11. subplot(221);' ~- `" x) `: l* D9 y5 x
  12. plot(t, x);   %绘制信号x的波形                                                 ! ]: }: b5 z7 i1 n9 H
  13. xlabel('时间');5 M) q3 V# m. L2 p$ H" C) F
  14. ylabel('幅值');
    6 F! e! q8 M! L. e
  15. title('原始信号');6 t* {! h% b) G1 @0 E' U
  16. grid on;7 s" t* ~) h: c
  17. 1 G9 z  G! Y6 V' R
  18. subplot(222);
    7 X2 f9 w) A6 V
  19. y=fft(x, N);     %对信号x做FFT   & z5 }$ b! N" O0 ^$ F
  20. plot(f,abs(y));! G% h* Z* |% `( ~( z5 s; J( L
  21. xlabel('频率/Hz');: t9 ^5 x! n* w' k0 h0 n
  22. ylabel('振幅');
    - ?" I" p& w- h
  23. title('原始信号FFT');
    4 E$ r5 [7 i: o: O  ^2 I1 ?
  24. grid on;
    $ w6 t2 G- x  H+ [; r# d

  25. , H/ Z  u+ E7 d( w' n
  26. y3=fft(sampledata, N);       %经过FIR滤波器后得到的信号做FFT
    2 }2 z+ O% {; w* M
  27. subplot(223);                               5 g  l7 z( K% ]- Q( n  m
  28. plot(f,abs(y3));3 F- k/ w5 j; w6 c$ A
  29. xlabel('频率/Hz');4 Q6 }& U# j3 I: Y) P
  30. ylabel('振幅');0 `5 |; j* F, \$ Z* {
  31. title('滤波后信号FFT');
    6 }5 E" t2 _5 \+ B% V8 W
  32. grid on;; n5 N2 {3 |- Z3 y8 d2 ^+ ?

  33. " A& u6 W/ N* g$ I" {
  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。     ' x" \5 b" L( J
  35. [H,F]=freqz(b,1,160);                  %通过fir1设计的FIR系统的频率响应
    - c5 ^' Q4 h: x# b9 [
  36. subplot(224);
    & a7 m  }4 ~# J9 N0 X7 q! A& q+ U
  37. plot(F/pi,abs(H));             %绘制幅频响应
    0 t, [) y6 [3 K7 ?. b
  38. xlabel('归一化频率');        
    ' _& @+ F3 r$ W- ^8 _- @
  39. title(['Order=',int2str(28)]);7 @& v3 E5 b; C7 r
  40. grid on;
复制代码
' j  b9 a- i  M" p8 s7 g% K$ ?: {
Matlab显示效果如下:
/ D" x$ M7 [4 d, `6 @) [( m0 }1 L9 z5 f. l' T! g  @1 a: w8 j
73baea66269631da516a74e98da45b88.png

/ q1 E/ y4 f" C0 r! H# t; M" V  o% Z1 L; s  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。
1 x2 x3 U# C$ w4 G. s/ t" D4 C8 x, ^
40.6 实验例程说明(MDK)
3 i- P3 _2 Z* b- r( k! n% _0 d/ j% I, l配套例子:, ^' X  p- d$ T. i2 l& c; R* ^

) E4 Q* X% R' D0 I1 o# IV7-228_FIR带阻滤波器设计(支持逐个数据的实时滤波)
6 I( e9 X& l: q
+ E2 S/ t+ P  N2 }实验目的:" t, e& G# `& ^/ ?4 ]
学习FIR带阻滤波器的实现,支持实时滤波. o# A8 K9 O. t) `6 S6 @$ u
4 w; ?: i# ^9 Y3 y9 {
实验内容:
0 l5 a; v6 H, Y$ s0 I启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
, H. V1 [# v6 l按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
- @" j! ?, Q1 l) L) C+ I5 Q
8 d! h# [2 W7 |* s$ H  K' R% s. G8 ]使用AC6注意事项
# _- N6 h5 k3 v( i特别注意附件章节C的问题6 t, D5 C. K* ]
4 a5 \4 Y" `1 e: f2 ?3 _4 V7 O
上电后串口打印的信息:
2 Y+ l6 n3 Q  B% F# n4 R  O2 ]) Y# M" B& c* i) V* y; R
波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。
0 ~/ U2 Z% h# `5 q
5 A  y+ Q8 `' l; ^
9820ba6145f7d8a3406f4cccd06e4b4c.png
# c+ X* x$ @2 L! d3 a, |. ~& b
' l1 ]9 R; R/ v- b8 J: q
RTT方式打印信息:
! T5 d; G6 c. w
: T1 j/ @( |" p0 ~. n- F& e0 e
803e36294ac8bbc76428bcbe5613d79d.png
6 d" V" g( C* T' Q) w- H

+ }9 Z% L% e, W" E, Y程序设计:
0 @4 y# K( q$ k3 I) X4 \0 S* k
+ ]2 G3 G" V9 r$ x/ d% J  系统栈大小分配:
; e0 `; x# d- G+ o$ R) c7 D
! R. L4 g, Q0 f' P# K2 D
ec342c78f71466987e218f42f92187c5.png

! I0 Y& x4 g# |4 V( Z' T4 _! b1 u$ \- H  ^# Q
  RAM空间用的DTCM:* J# I$ N9 N; H8 f# C

, J5 `4 _) s3 `' Z5 y2 W. l( r
7f807913bee995db3a40e79477f226c9.png
; l( |8 }3 C( C2 T

( K& r; n$ f) Z  硬件外设初始化  V# C4 z' {8 N6 n8 \

$ ?  D: `2 M5 u" `( r5 @硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:5 s( x" ~; e# J0 Q# g2 ]9 C

4 ~: Q8 z6 h& }! C% G
  1. /*
    ; V4 D- \2 k! }  B9 c2 F. A
  2. *********************************************************************************************************- r7 q* w3 t0 z; _3 f
  3. *    函 数 名: bsp_Init
    % V# l9 e* j. @! b- ^9 U
  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
    ' i0 W$ ?9 {* A  ~, n
  5. *    形    参:无# V5 i: h  T( Y3 u  w8 j* _! D
  6. *    返 回 值: 无
    - Z5 z) q, h% e8 ~7 o+ _" B; D
  7. *********************************************************************************************************
    + X5 J( Y1 F- F# `% x% C
  8. */  ]8 R5 f% C0 W; w
  9. void bsp_Init(void)
    * v& `. T' r; W
  10. {' \8 d5 `/ ?8 |2 ^+ E. S% Y
  11.     /* 配置MPU */; P4 x+ \3 E5 w
  12.     MPU_Config();
    3 c# I, s; S+ ~+ _% L& A
  13. 0 d- c$ t: \8 u
  14.     /* 使能L1 Cache */
    & m3 |# M7 B) ?1 a
  15.     CPU_CACHE_Enable();) B  a9 ?# R. |8 h6 ?9 Q$ _1 G

  16. 9 E- W4 i1 w+ J8 ~- I* ^- ^
  17.     /* 8 K! Y1 |0 Q6 ?$ M% m
  18.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:$ l3 u, @1 B+ ^7 C4 X: E- }
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
    4 G1 F$ b: Z$ t5 P$ k
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。- ~( [7 W+ c% s, q! |1 s. @
  21.      */
    " I+ r; \4 @6 u3 J
  22.     HAL_Init();! F2 H3 t" f% ^# c# W; U2 W
  23. & v$ t" d, N6 e: p7 J
  24.     /*   ^, C; R' r9 b0 K; w% ~
  25.        配置系统时钟到400MHz
    2 f" N) j* [$ f: P6 |
  26.        - 切换使用HSE。
    6 h* p& {- U) u
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。7 s+ }. L9 S6 `! v8 I4 P
  28.     */
    7 G4 \% {' N; j+ d
  29.     SystemClock_Config();
    ( ~0 u9 {4 v6 Z$ N, p/ b- Z7 X
  30. ; C; h3 U: K9 H
  31.     /*
    1 Z7 \* |6 d2 ]6 q) q
  32.        Event Recorder:! U1 u2 }* ~4 Z9 v7 _* K" c4 p
  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 t2 g/ T, L( u
  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: H, @9 U  e$ j
  35.     */   
    3 r- Y. i- X- m: m- `$ {" n3 X) O
  36. #if Enable_EventRecorder == 1  
    3 W% w! Z: H+ W+ Z" j5 }
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 */: w- R6 p9 L7 A  t
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);& y2 ~2 F9 a( N& a
  39.     EventRecorderStart();  |3 \0 G+ W. C' K
  40. #endif% [+ P# o8 V" N/ K& P0 ]

  41. ; H  s& K" V* _  Q; K! X! L
  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 */
    3 @7 f! [! Z& U: f
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
      z1 s" p: z: q8 _1 Y5 D# a
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */! t# t' ^/ x2 I- G" R
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    5 |, h/ g6 ^% E1 O% @8 S+ Y
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */   
    ( ~8 F( U* r. H8 m( s
  47. }
复制代码
- d: k; E2 b# h; s0 ~; R$ r  |& |
  MPU配置和Cache配置:
2 C0 i. G, P# |2 ?( J" G3 r' O; e( A' V8 C3 K" a
数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区(本例子未用到AXI SRAM),FMC的扩展IO区。5 W# o- V* Y( u+ ^% N: U2 n% N
! k" p& o( E8 A6 D9 i
  1. /*% @7 O& K# y6 I7 q
  2. *********************************************************************************************************  t9 A! a) _" r
  3. *    函 数 名: MPU_Config
    & x% m. `5 |1 f5 n1 H, t
  4. *    功能说明: 配置MPU8 A7 g* @- t: z" P7 q3 i
  5. *    形    参: 无" v  ]' j  O7 @/ `9 }. f
  6. *    返 回 值: 无7 O' h# b& t3 r
  7. *********************************************************************************************************$ G, L3 O7 L# h
  8. */
    0 h7 q/ c. q4 {' F
  9. static void MPU_Config( void )
      s: g" V5 W/ |: ^1 m
  10. {
    + S$ S2 t4 s1 r+ H, R' J
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;
    + [4 t1 _, Z* F4 I1 I6 |
  12. ; _5 D6 z: S5 P1 D
  13.     /* 禁止 MPU */
    4 l3 l1 @: I1 ~9 P3 |$ P
  14.     HAL_MPU_Disable();. V1 I' l6 y- s0 `9 z" a& D* x+ i

  15. / R6 c: l' {) U' d
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为关闭读Cache和写Cache */+ Y5 V" ?" r  t
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    ' |' ~8 r  d. E
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;* z! B2 ~) f( o; O9 s; t
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;( S. S2 @# C; p+ r, \. i
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    ( y6 s7 H/ z: O% `4 c
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_NOT _BUFFERABLE;
    . {( R% _2 s0 q/ B$ Q; H+ W
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT _CACHEABLE;
    5 ~* y/ G0 A: ~0 T6 O2 Y. P
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    * Q1 O, U- [' E$ r! ^2 C
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    9 e3 j+ F% [4 A
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    6 {' J9 ]" A1 _( ?
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;! E& o" a# N  i' V
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    0 \7 u& v3 T% |# Y
  28. 9 B4 M! I7 q4 F) |7 a9 X, z
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    $ i6 y& o6 `3 k

  30. ) t+ G. ]1 t. {  {- u# D: M2 d( e

  31. ( p1 L$ ]: J* m, V( D3 j* F* \
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */# i$ H& Y1 j0 f2 X& M+ a: K: L: A
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    1 P* f5 ?6 W$ a. L! \, w
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;; {3 ]2 ?* E3 f7 O4 Z/ Y
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;   
    ) N, ^. @8 `1 t4 l
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;4 i7 W# v4 N3 C6 B- ^4 G5 U
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;7 T" F7 s+ P7 O. ~4 S
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;    1 D- S4 r4 v& S* w. C
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    1 |7 r- M* x' T/ a1 T5 \, k( O. i# Q
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;( C1 f4 c+ P& {" |
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    - \" \9 n  _% h
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    ( a* S1 M( r) I( _0 b) o
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    0 k% M$ Z0 F0 H  u0 S

  44. + ^( z1 b1 _; K7 d5 B3 ~& Q! [1 _
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);! d$ j4 H/ e# I. N/ f' ]5 r1 x

  46. 5 Q5 y( g! g0 k2 Z1 a' }, r
  47.     /*使能 MPU */! k# l+ Y- I1 [9 p( ^+ P3 n9 B
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
    4 G0 G8 A; p% \4 f
  49. }
    & J1 v( u# ?4 L# C" e  y- r
  50. 9 m7 }* }, E  x# j. F$ Z
  51. /*0 F6 ]/ H) |( x3 ]* @7 |( ]* P( i
  52. *********************************************************************************************************
    4 M; d' Y5 g( w
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
    ) p4 q) ]4 ?1 m+ B1 R. ]
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache
    5 e% V$ l  c0 v, z
  55. *    形    参: 无
    + X  ]8 {% P' E4 u0 X
  56. *    返 回 值: 无
    + Y  M) m# y% \+ H4 V5 _
  57. *********************************************************************************************************" b& O! F/ p7 F
  58. */- x) a+ \0 F4 c. n+ g
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void)6 ]  ?4 e7 I7 [! e3 [# w
  60. {- ]* H3 I( d4 A3 O+ c- B0 k
  61.     /* 使能 I-Cache */: m: s* x) U8 d% W" y
  62.     SCB_EnableICache();
    ) }  w7 a2 Y5 _
  63. & B! Q$ l/ U$ k* n1 R
  64.     /* 使能 D-Cache */$ \3 C( ~+ M3 X3 ^8 z: h
  65.     SCB_EnableDCache();
    & |# d  N0 C" i0 k
  66. }
复制代码

5 h, u! p0 m, e$ J9 o  主功能:6 h2 x* V2 o/ _- r
* f+ G' t% t/ T% s4 O% \
主程序实现如下操作:
* B5 q0 ^+ _# y& Z5 u
5 j+ ?( w% n- T. R- @! \. T) t  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
: E2 T4 j- x7 O  按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
% m! y3 [$ k8 o. m
  1. /*
    - O6 w+ e2 S# F# M, \' G
  2. *********************************************************************************************************
    5 _  B! ]) x& J0 K1 T) J. w
  3. *    函 数 名: main5 N  [* a/ E2 s0 K7 V+ c# U
  4. *    功能说明: c程序入口1 L: v2 q$ H' j/ v+ _$ ?
  5. *    形    参: 无
    4 \3 {6 y% X3 V4 ?
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)8 _$ i. K  ]5 U2 x
  7. *********************************************************************************************************% }+ C, P4 |$ ?
  8. */
    0 ]& i  Y  Z( z
  9. int main(void)
    6 b: K7 R/ C8 Q3 R
  10. {1 u$ k- J2 y6 [3 T0 e- B
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */* }9 c+ \( n% I. ^- Y/ s& Q. N
  12.     uint16_t i;! u3 g% A& P/ [. z

  13. 2 v" V" }* H& G  z+ v# I/ W! y8 q
  14.   q6 K3 t5 ]  e& I. w! g8 W
  15.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */( h: E- e/ w5 h  C8 A6 o
  16.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */- S9 j; P  ~- ]; G" }( R5 C
  17. # s6 B% [. `7 K1 x
  18.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */
    9 u( `( q: q% Q$ c5 p

  19. / b5 t& t3 D, I# K5 o! a+ k
  20.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    6 v+ @! y% {+ T
  21.     {
    ! t2 G9 H5 `3 Z: P$ S) f/ O
  22.         /* 50Hz正弦波+200Hz正弦波,采样率1KHz */
    # N  C: m' k# G9 ]9 {" k. v  B, i/ n
  23.         testInput_f32_50Hz_200Hz<span style="font-style: italic;"><span style="font-style: normal;"> = arm_sin_f32(2*3.1415926f*50*i/1000) + . ~8 S# V- }5 I- P4 a
  24. arm_sin_f32(2*3.1415926f*200*i/1000);
    0 X- G( w3 b5 k% {3 G% b1 V
  25.     }
    4 ]5 j: X" C/ A7 [0 p9 Z. B

  26. ! }# H( [- x. K/ v& E; Q( w( z
  27. ) ]. o1 x  _1 x, `, n) P
  28.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */3 h! O. ?7 T5 E
  29. , ~( T& k# }' K0 x6 u+ ]: V
  30.     /* 进入主程序循环体 */
    9 X( @+ `0 v1 I, m0 ^* h1 W2 y
  31.     while (1)
    9 r+ T$ s* M+ u5 F2 a; y9 r/ Q9 o
  32.     {
    # I0 t+ `$ x9 P1 \* ^
  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 */
    - y( n! D4 o: i% g
  34. " ^; L* p" f' U3 c. e! r2 J8 y% C3 ~$ t

  35. 1 F, E& V, U: f" |$ r, k& F# ^
  36.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */
    . B# `/ ?, E9 U$ h( J
  37.         {
      T) k6 I# l( l. \5 p. l" h. X. ~; H, g2 _
  38.             /* 每隔100ms 进来一次 */- L, f' A5 G% Y( c$ t3 s# s
  39.             bsp_LedToggle(2);    /* 翻转LED2的状态 */" z7 ]/ m6 F+ Y( R7 v
  40.         }
    " P1 m# q3 F0 i4 T9 U3 s: @

  41. 1 n7 O  S% B1 T& f' j
  42.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */: e" m( c' _( h
  43.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)5 f) f) t8 q. ]  N6 J
  44.         {
      O* J" d1 ^8 B# g6 ~; Z7 T
  45.             switch (ucKeyCode)' h& q& J% M$ C0 B1 L
  46.             {/ g" `7 f: ]- M. L; v8 h6 Z2 {
  47.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */
    0 l, f  N' J  Q1 ]0 A  Z
  48.                     arm_fir_f32_bs();
    * u# @' z6 [+ S& I
  49.                     break;1 l; Y2 I; _" C* ~/ u2 M
  50. 0 p1 Y2 `! |5 V. m, H0 k

  51. / m# o( I' Z9 ?- o
  52.                 default:$ B) w2 d8 y) B, d) N  O8 A
  53.                     /* 其它的键值不处理 */
    " F& `5 \# O& S% [& r
  54.                     break;
    4 b! s- d4 c% p
  55.             }0 Y8 F6 V  b$ z$ n0 R
  56.         }' r" g: ~% Z; Q9 V! g4 Y4 ~

  57. 4 [  j) f3 l( m9 N
  58.     }" D4 a5 ^" s: k, M
  59. }</span></span>
复制代码
$ D* i8 w! s  e9 x6 V5 `
40.7 实验例程说明(IAR)! c/ j, T6 M0 D5 ^( R+ T% [
配套例子:; f# j9 z; f$ P8 i$ v$ a
V7-228_FIR带阻滤波器设计(支持逐个数据的实时滤波)
/ S5 c1 a; @1 x9 r  J3 l! x$ r/ J# m, d  i* o- o# w. L  S9 s
实验目的:
5 v1 o/ c8 H; E$ e! R( A) ]9 B4 w5 X学习FIR带阻滤波器的实现,支持实时滤波

; K# \) N' [1 Q0 U- c$ D
# x) S7 Q! e4 @* z) v实验内容:& d5 z0 [5 x) G- Y! H$ v
启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
8 z" O1 A1 r0 d! E* E) y按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。

0 H/ ^3 N0 A2 ]- F4 Q7 D0 ?( |# X4 ~. W$ H5 S
使用AC6注意事项
0 z) l$ S2 C' j, X% `2 T. c, x特别注意附件章节C的问题: `# w. c+ L8 {2 Y. ?

  c# \' Z, B4 v0 B上电后串口打印的信息:7 M& @8 {0 R4 k# ~8 Y" [4 n

4 w' _0 j. w2 U/ y/ L: i波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。% H$ d( k% w% w( F
. C% i7 d/ {' q9 K
70f3399c2aa9dec61c38503cb279463f.png
+ f( y0 z8 [% O! h% ]" s

6 l1 W  b! x9 S% }RTT方式打印信息:) _  g: r) G: m- f6 |

5 z9 d" _- A6 Q- A! Y) L  P
3216bf4356cb1b680117bbddb4f062e0.png
9 N4 D+ F! h" T$ f4 y" U
1 G% n7 Z2 q% q) D$ A
程序设计:+ j( ]8 m" H& Q/ c$ y: |
( O0 g: i. c  }" Z
  系统栈大小分配:
0 B/ e, I9 t# {6 U% Z; [
: P6 i/ B6 ^. t4 B' a7 W6 K
6c0034e2c114417bc42c84b776059e2e.png

) f' `7 u2 ]6 }$ _) a4 f- ^, N  L
  RAM空间用的DTCM:* z4 T- i1 ?" G6 U

' R4 H  E8 k8 p9 c  P
636fab000c9dcaaef2a3c37cf6bb28b3.png

, j, j( R' C' L+ L% @
$ _, i! `: P+ a5 [  硬件外设初始化
0 y1 ]: j" U+ X; t: u# V  f1 M0 y
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:9 d( y# n1 x5 _8 _8 z+ d! `# q

* w* ]( ^: {8 _7 f
  1. /*
    1 z+ c1 l$ U9 B- `  v, [- J
  2. *********************************************************************************************************% j6 {, Z1 P# i8 i4 g; P
  3. *    函 数 名: bsp_Init
    " a* q6 K3 d- j; K2 H
  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
    ! Z8 i$ h3 o3 Y
  5. *    形    参:无$ ^& a( M( H6 J+ i) M1 C8 g2 `
  6. *    返 回 值: 无+ ?" S- P6 X( a* a
  7. *********************************************************************************************************8 [! ^$ u* G4 \* u, I& S# D
  8. */
    " p0 c2 Y; Y/ k9 B( c% v: X* A
  9. void bsp_Init(void)8 y% `# ?* I: U  B9 E2 }
  10. {
    7 E0 f2 P0 o  X. `
  11.     /* 配置MPU */
    % q: o+ O. w) V  e( G& w
  12.     MPU_Config();
    . {# s8 s  z" U8 c3 M2 d+ `$ s
  13. % }$ q4 S0 F# ]4 i' f5 s' u" X9 w
  14.     /* 使能L1 Cache */5 y* u: b& d. W! J6 d8 I
  15.     CPU_CACHE_Enable();
    2 L8 o' O$ P8 A7 o) j: s
  16. 4 N6 d/ f  ~) x
  17.     /* 6 Y7 y6 F) Z/ \6 w
  18.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:
    3 ^( F* V% j% W# q$ J4 A7 ~2 P7 y- [
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
    ( ^8 D/ `- B& O2 T* F  y- E/ u
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。( I+ S- I/ k0 `* E' I- @
  21.      */% ?" Z0 {+ r3 |, z! t# @; Y
  22.     HAL_Init();  o4 h0 J' ~3 S0 n

  23. / f' B, s, s, J* u' n# U* O2 X
  24.     /* 3 m9 X' V5 S& v' `+ t
  25.        配置系统时钟到400MHz7 ~. p7 q, x6 Z- g) p8 I( R
  26.        - 切换使用HSE。
    , o. {( T  Z( Y$ E7 n7 b, @" S
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。8 v! X5 i  A1 U4 o+ @3 C
  28.     */
    # O4 w3 h9 q+ l5 `3 l2 o' t, Y3 N5 W
  29.     SystemClock_Config();
    * z. U' b+ j! t1 Y3 ^9 }
  30. % S$ E8 n+ j: Y
  31.     /*
    1 w* I. o' F! Z& j0 d
  32.        Event Recorder:( _5 a$ B3 v0 [
  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。9 e, _7 S& v2 h8 \
  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 _1 t8 W, [3 P/ |
  35.     */    & x7 I* x, L/ h* D
  36. #if Enable_EventRecorder == 1  
    2 z* ?2 x$ z* n) e$ g% v' q1 E
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 *// s* f9 t( A5 c9 \
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);5 i! i$ f* l2 N1 Y6 L9 i
  39.     EventRecorderStart();/ J1 b- z9 w% `5 K8 F
  40. #endif! w1 Q' q% Q6 x3 A/ X
  41. 8 ?0 D% v+ l  e! M% Q% 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 */$ P- o! _7 W6 C/ h0 ^
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */- u# Z! w' r) X% [
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    1 p4 F4 d: r6 g7 b& ]7 S, n
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */   
    " {5 Z( ~; l( g) {. `* y  ]1 \4 z
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */   
    * x5 n, Z2 A7 [  |2 T
  47. }
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- I3 J* e. t2 T$ m- w/ J$ V* V  MPU配置和Cache配置:
; d" K9 y. M/ t8 i; Q
' F7 a: {" U+ B( I3 }/ O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。
8 F1 c8 |+ n0 j$ F# [
' R9 ^% G" Z# F. O3 A1 ?: [
  1. /*( T" K. ^3 j; O3 e: c" x8 `: R( Y
  2. *********************************************************************************************************
    ; a& t0 h  J/ ?: E  m& p
  3. *    函 数 名: MPU_Config4 i) t8 t. H5 Z
  4. *    功能说明: 配置MPU) j8 Z/ P8 M/ R
  5. *    形    参: 无( `- c! I: C8 N. v0 `. X$ K7 Y
  6. *    返 回 值: 无# e: F: V3 b+ p! X5 r5 v# m
  7. *********************************************************************************************************% W5 a- P" n" z: B
  8. */6 U  {) V: v3 M
  9. static void MPU_Config( void )
    0 j/ s% y- E% D6 g# I5 x
  10. {$ o1 |5 f! q* q' k$ C
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;4 Q1 z0 i& {# ^' c- S# l0 ]
  12. . D7 k# C) M- A# S; Z
  13.     /* 禁止 MPU */
    2 l: }( f0 X3 D
  14.     HAL_MPU_Disable();
    5 P% a4 i  o6 d& L3 B( @. {. G& ?

  15. ; Y: _5 N6 c- b! k) r
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate,Write allocate */8 O& t; x& B+ L, ]5 K* \
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;5 o. k1 \! e* A1 k& X" x
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;( M, t3 W, x  Z, f0 _( _9 f0 \! a
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;$ p8 u+ ^7 q2 u- s# V8 Q
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    : m7 S; _( q' m  g
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;' _. c& b/ g  k) G9 [1 [
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;" ~+ N: h1 j- N, H2 J' K
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;+ ~7 A+ {' L# l& K8 I6 }
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;3 k+ J% W# L" v/ V, E" h. w! q- d: F
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;! p+ O6 s& @' ?1 b: W- y! ^3 g7 b. U
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;7 P: Y7 W# l: H0 j4 {9 }( \
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;5 ]2 I8 W. e' v: {

  28. / C$ P8 J2 _! e% k5 D4 h6 T3 c5 O
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);( M; l4 U! N4 e& Y& N2 d3 j

  30. ' S' a7 i( w5 d9 n4 L5 d
  31.   V2 ~4 t2 G: [( L5 H4 e, d" F
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */* Y3 v" U! O9 W" R5 G6 U* t5 q
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    % k" s- y1 z, R# w/ k+ K  n+ X2 C
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    . [( C' H; {3 D0 _* Q" z
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;    % Y! E" A9 e! Z' W7 |
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    2 O4 P( \; g, Z" L* J( x3 I  I0 R* K
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    7 Q' T! o% w" S" f5 T1 n/ A6 u
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;    ) p1 g0 a- b% ~. Y; [$ M# r( U1 I
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;5 T+ l6 A& f4 W, t* x- \  u, v
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;% m: \1 X# `; H; h0 l. T) ^0 o
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;& x1 ]3 @- Q6 {& D( `! ^- d0 \- T
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;, H7 I. P8 \* v
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    . ~6 Z$ R5 z$ X
  44. 7 A$ k! C  ^; J& o  j- c7 V
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    % h7 j# V5 u& g& c

  46. ' n7 D/ m; j* L
  47.     /*使能 MPU */
    3 {& l/ m! K5 q# x5 w% T
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);; S$ C+ R4 Y( a% _1 |2 @& E- q
  49. }6 Z# a9 a+ J. S3 R  S0 F- \) y
  50. 7 B2 J1 ~. F8 |  j% {
  51. /*
    0 Z9 j& A& i5 Z  u* |
  52. *********************************************************************************************************
    & j' a- U, \4 m0 k. ~1 e  o# @! v. [
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
    # G0 Y. d9 \7 l6 T; y. r. ~
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache  W! ^1 I1 Z% x$ f3 U
  55. *    形    参: 无2 F' J3 F1 `, b+ X5 e" `! v
  56. *    返 回 值: 无
      S0 \. ^. U1 G. R) W8 |1 M5 \0 Y' V4 {
  57. *********************************************************************************************************
    $ h6 _- Z! T- w4 c
  58. */; i3 G6 m8 H5 g1 t6 Y- W
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void)/ z; H5 m$ P: }2 D
  60. {
    / B' m2 I: R8 y
  61.     /* 使能 I-Cache */6 r$ L6 J# M" P2 X2 R
  62.     SCB_EnableICache();. P& }5 U$ A, N
  63. 3 {. v$ E) x$ S1 M
  64.     /* 使能 D-Cache */
    / y8 v& T! T/ I: B& g
  65.     SCB_EnableDCache();# i% L) p/ M- H: r8 t; J& t
  66. }
复制代码

, `2 p) T" a# P! D  主功能:
, U& |5 ^/ v6 @) n- Z9 _, ]5 W0 p8 `9 i1 d
主程序实现如下操作:
% D6 D5 x, p; V( W' @- n) Q4 d
5 v' o% b) s* U4 I3 R4 B9 o  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。4 J2 t; E0 {3 ^+ m7 c! r8 ]7 n
  按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
) Q% k% \5 i$ _; m. i' A
  1. /*' P$ k7 Q; N% V+ {
  2. *********************************************************************************************************
    3 q1 k" j& U' ?- l& P+ J( a" l- x
  3. *    函 数 名: main! j% B% Y3 @2 r$ j' f
  4. *    功能说明: c程序入口
    - K$ q. l) Z$ j$ \
  5. *    形    参: 无, w6 V: y2 E/ l3 I! v
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)- Z( X' o! u, a( B4 N+ ~
  7. *********************************************************************************************************9 G6 r- O$ s) f5 j
  8. */
    " w0 `- u" I2 H$ u$ X
  9. int main(void)
    + ~7 g/ Y4 A' T) v7 q
  10. {. M* ?$ p3 E2 R$ S" S
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
    " `/ q* u  L$ j0 P2 V
  12.     uint16_t i;3 }. ~/ [- R: o; {

  13. # u9 n( T. f/ ]; L3 U
  14. 2 z/ u3 b5 v1 ?: S8 N
  15.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */9 D1 j0 Q6 H. G) h
  16.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */& N+ Z+ r8 I: E2 w& @1 o; G
  17. . Q: L3 H0 h1 |: J* M+ |. u1 @; @
  18.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */
    * |3 B& V: w1 p) \2 V! H" m  Q

  19. ( v/ Q" C( K( q7 r+ {, i; d
  20.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++), k/ r, j! q0 E+ t" K9 m* ^9 q
  21.     {! ]3 `+ n8 d: B" f" {, J
  22.         /* 50Hz正弦波+200Hz正弦波,采样率1KHz */
    % d% t, D! |  Z0 M! g1 ~5 M
  23.         testInput_f32_50Hz_200Hz<span style="font-style: italic;"><span style="font-style: normal;"> = arm_sin_f32(2*3.1415926f*50*i/1000) +
    ' {5 N- a/ {- x8 K. r* Y. J
  24. arm_sin_f32(2*3.1415926f*200*i/1000);9 d* Q5 t+ H$ x2 [% U0 D: U  z; h
  25.     }
    ; W4 F( N5 S5 V
  26. $ m! j& }, d4 n+ m

  27. 2 r* L9 H; Y% I$ x7 u
  28.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */0 r' S6 i0 O9 _& W  I6 P/ d
  29. 8 f$ D, |# x8 P: l5 f4 y: e" `
  30.     /* 进入主程序循环体 */4 W0 ]- o+ _2 Z" [5 G
  31.     while (1)
    ! G( R  J- Q: M
  32.     {0 W- R( N) h$ U" c* u# t+ k2 \
  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 */
    # W# f- ^  `+ `4 X( ^
  34. % T. d; e* f# L4 m
  35. 7 A+ ?$ C: {7 F/ e* N
  36.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */
    8 T  E7 i+ I. b" d" ?
  37.         {$ \& P2 R  G9 N$ U: H! [
  38.             /* 每隔100ms 进来一次 */, d# M! N! Y  V' S% ^8 q+ t8 @
  39.             bsp_LedToggle(2);    /* 翻转LED2的状态 */2 z5 ]' U0 U  T, D; s' u
  40.         }8 }, E5 l% z8 W& Y
  41. 1 {$ V8 t4 y! N) J% c
  42.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
    & L; O8 c/ A* @) f- B
  43.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)3 V$ h4 m( p8 e# c! n0 R* X, W
  44.         {
    % J7 k" v7 a/ R0 U% m, T
  45.             switch (ucKeyCode). ?! F7 ]7 g' y* T4 n
  46.             {6 y6 U, q8 z/ N
  47.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */$ ]4 q2 V. J6 O( w5 Z5 L" U
  48.                     arm_fir_f32_bs();
    - @: \1 L& T9 i
  49.                     break;
    8 K- U5 q7 j- A0 n
  50. & }& |6 J6 v" j9 {! z1 f

  51. / Y9 |4 n9 i/ J4 G5 W  w. B
  52.                 default:7 g% ^8 t9 l' O% X, F$ K
  53.                     /* 其它的键值不处理 */
    : a1 b3 p7 U" v" U" j1 G" N' y9 y
  54.                     break;8 f7 B/ A/ ?* _4 C- ~2 A0 h
  55.             }+ {9 m, o$ g  I6 l  u* F
  56.         }. E9 [. b2 ^! J# }* K# G2 r# S
  57. # z5 D: S7 N) s( c
  58.     }
    ) R# i5 C7 T4 e- m3 v4 c9 j2 m; u! V( s# q1 V
  59. }</span></span>
复制代码

% _1 u8 r; V  f7 D9 \" i+ G: c+ V% U40.8 总结
- w, Z. P' Q+ r0 c7 r7 @+ o. D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 G+ n2 H- a* B3 O4 h

" b# m. j8 @2 s' D% w* k! d+ q1 A# V( G) b  O! F9 x5 ~

/ a' D9 M. s6 M% I5 }4 v) ?. Z+ C
收藏 评论0 发布时间:2021-12-31 18:00

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