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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
; X% z4 q6 @+ R: _7 ^6 \8 M1 q1、  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:/ T6 C2 o3 s. f! ^% X0 T0 N. Z' L, ~

! w& w! }# {6 E7 W5 N$ M- x7 G. o  所有数据是在同一个采样率下依次采集的数据。
6 ~8 a0 W3 a) p4 K. B6 n  每次过滤数据个数一旦固定下来,运行中不可再修改。
+ G  @) r, W4 t. s. [% E- t2、  FIR滤波器的群延迟是一个重要的知识点,详情在本教程第41章有详细说明。
7 a  n9 c, d/ j* `+ W% a/ |  ^- s7 f" R, ]5 j
40.2 带阻滤波器介绍; A$ c' D3 r) _$ 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。! N* C5 V6 S# u4 i3 I& L
9 b2 z+ Y0 F. e) y. e- {. T
eb07af4703783e5f46e002099968ab94.png
1 g3 `8 L  k( d" q' k, J8 Q' j" u

" U* m# H+ ]9 \3 u2 l7 ^9 b" M40.3 FIR滤波器介绍& a  P( O0 Z9 e
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。" E5 A8 R) H/ o& c4 S0 _8 s* \! N5 Q
4 v3 R5 a$ I; q! d
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:( ?1 b+ z! H9 P0 x$ f+ i- ?
2 O1 g# h3 H' z9 R
y[n] = b[0] * x[n] + b[1] * x[n-1] + b[2] * x[n-2] + ...+ b[numTaps-1] * x[n-numTaps+1]& w: ?% k1 ]$ H, m: S, R3 {; Q

: m) n( F# ~* \% E8 A; L" M结构图如下:$ ~# u+ i$ }* u( K+ X

- C# k- g* ~8 Y
90e8ce626ba20176e8f8a370fe3d3a24.png
: S9 @* B# {: _! S) X) O

$ |8 Y/ f* ~7 }7 c- O9 W
, I- A) q& i. _0 i: Q  H  A1 w* x$ i2 ?. e( x" K$ m
这种网络结构就是在35.2.1小节所讲的直接型结构。" `: G" _- S$ R* j
8 }* {  T9 T& V7 [0 c+ h# O
40.4 Matlab工具箱filterDesinger生成带阻滤波器C头文件7 z  |& Z4 i9 t4 q* \, r$ `. S2 M8 v
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:( i" B1 `: G1 D4 M
2 `3 F. W7 j9 n: x* `% z
5e14332b29b2594dc996e0064ae98798.png

  k) o# q+ r/ A. \8 ]! v6 Y# G- h6 N3 O% ?& |- h
filterDesigner界面打开效果如下:
6 V' N! D+ @# H. V  Y. g7 `) U# n, f5 L
d1a63d0da79f50ac93f367c073710727.png
2 Y3 T( ]1 t; @
, b' j8 U1 ~: }  x
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:
1 s, e  g$ ?" M1 {3 K8 \2 j6 l7 @" [3 h6 z
35d982a9816fc3b4e4b3df474c264710.png

  M; j' o' u1 s8 L  r7 R% _0 F8 j3 U. R
# [9 u( k+ [* z+ s0 E/ n4 q3 E3 G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:: V8 \) f9 o* q" a
, z3 A* G; x! F$ }
220bb228e2f80fce9805e85e75e61d15.png
$ ^% r! H' Z" u+ f8 Q
5 G' {0 ~( j) O/ K
然后点击Generate,生成如下界面:; \: [$ C7 {/ F5 `+ g* M- u1 \' I; G

! P5 x2 Y% x) h4 m9 f
84a01de7e8391be7a8456ac6ad24f23e.png
  u' N; P/ g* W; i
* U! Q) A& f0 I6 D; h
再点击保存,并打开fdatool.h文件,可以看到生成的系数:
& p/ J/ z6 D. P- Y
, N" E4 h7 o7 P) R9 ^; G" l2 O" h
  1. /*
    4 t2 b" X( A- [: x0 d( o* h
  2. * Filter Coefficients (C Source) generated by the Filter Design and Analysis Tool& V; D, p1 m, m; e9 L
  3. * Generated by MATLAB(R) 9.4 and Signal Processing Toolbox 8.0.0 }$ [& w" N3 o; n* b9 P$ B  z
  4. * Generated on: 20-Jul-2021 12:19:30
    7 p% }0 g4 F$ H2 z9 Y/ z3 Y3 S
  5. */( T8 J; g8 A, Q

  6.   a5 A2 N/ Y- [1 I, r0 A
  7. /*
    % `2 Y4 a$ `2 r/ H9 b, Y8 w
  8. * Discrete-Time FIR Filter (real)
    * A! k& W3 E- q
  9. * -------------------------------
    9 t( _7 c1 {' F! K8 l( a
  10. * Filter Structure  : Direct-Form FIR/ m* }! S' ~1 R% l5 C" f3 x6 ~
  11. * Filter Length     : 51+ S( T- j$ _" \' V+ c* H
  12. * Stable            : Yes
    9 B* V" {' A0 m
  13. * Linear Phase      : Yes (Type 1)
    # W/ ]7 g  v; A
  14. */# H0 R4 F# H% [4 l; W

  15. % S+ N; X/ F8 E& r( ^; i
  16. /* General type conversion for MATLAB generated C-code  */' n0 T* g- Z# F- \7 {/ S, C
  17. #include "tmwtypes.h"
    % d! o( L: ~$ o) l; g, K) m
  18. /* % C5 l7 p, w) I# A3 t
  19. * Expected path to tmwtypes.h   B4 m, B3 Z4 R# u) r9 i6 G4 ]
  20. * D:\Program Files\MATLAB\R2018a\extern\include\tmwtypes.h % L4 d3 h- K) f, j) p
  21. */
    ; ?9 @0 N) B, R3 |- L
  22. /*. H! y; P( P2 t& m* h7 n
  23. * Warning - Filter coefficients were truncated to fit specified data type.  4 s0 ?. @5 \3 p$ R
  24. *   The resulting response may not match generated theoretical response.
    $ y$ t5 K* q& O& J$ J) _
  25. *   Use the Filter Design & Analysis Tool to design accurate
    1 S, n, ^% p  i: \; E
  26. *   single-precision filter coefficients.
    # T( u3 ]! E( Z8 s6 Q$ I6 S3 h
  27. */8 K3 e. N5 O1 s5 z, c
  28. const int BL = 51;
    ' p$ s& c7 ?: S& r1 A5 h! a
  29. const real32_T B[51] = {
    % o# {( c( t7 Q$ C+ z& Y
  30.   -0.0009190982091, -0.00271769613,-0.002486952813, 0.003661438357,   0.0136509249,
    / a) H/ D! i0 N: V8 _/ C
  31.     0.01735116541,  0.00766530633,-0.006554719061,-0.007696784101, 0.006105459295,
    $ o$ B9 X2 e- u' B; @
  32.     0.01387391612,0.0003508617228, -0.01690892503,-0.008905642666,  0.01744112931,
    " f* t! e7 }4 v9 S0 W
  33.     0.02074504457,  -0.0122964941, -0.03424086422,-0.001034529647,  0.04779030383,
    ! \$ U. _8 @. D9 S
  34.     0.02736303769, -0.05937951803, -0.08230702579,  0.06718690693,   0.3100151718,
    ) }7 u) x0 h: |& m& R
  35.      0.4300478697,   0.3100151718,  0.06718690693, -0.08230702579, -0.05937951803,7 m* C; D" F" Y
  36.     0.02736303769,  0.04779030383,-0.001034529647, -0.03424086422,  -0.0122964941,
    % K: M; H+ M& q( O! I+ f0 Z5 F# b) j
  37.     0.02074504457,  0.01744112931,-0.008905642666, -0.01690892503,0.0003508617228,2 l# D5 ?& {3 ^+ ]( c5 x, C
  38.     0.01387391612, 0.006105459295,-0.007696784101,-0.006554719061,  0.00766530633,0 K, A  W4 A" h3 t2 i% t
  39.     0.01735116541,   0.0136509249, 0.003661438357,-0.002486952813, -0.00271769613,5 r% |. }$ z! ^. W" t+ _
  40.   -0.00091909820917 ]) H! A, O' A- c+ q
  41. };
复制代码
5 F6 b% R& J0 Y% H: @1 W
上面数组B[51]中的数据就是滤波器系数。下面小节讲解如何使用filterDesigner配置FIR低通,高通,带通和带阻滤波。关于Filter Designer的其它用法,大家可以在matlab命令窗口中输入help filterDesigner打开帮助文档进行学习。
; k& X) j& @6 |/ O, U6 y- z5 ?! J- ?: @
2b24513b974f0554c59651f8b94b60da.png
: E7 D' l) y6 ?2 Z/ t

6 F! A, s* f8 M9 u! U( F9 r& f/ @5 n7 B! b$ I/ ~1 s/ x$ S
3 Y$ M7 H2 a( O; g' y
40.5 FIR带通滤波器设计
" {1 K/ J; W( S1 i+ ]
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
% f. B$ z  l6 I5 j% N; h( g3 l8 S# F  ~+ q) q( b  d( g4 `
滤波器。0 `: k  }( F& f' ^- S  j8 X6 f  d
) r& T! q* J/ v- K% W
40.5.1 函数arm_fir_init_f32- |+ d& i" X% k
函数原型:# F2 a+ {* Z( q3 h- _4 w& G0 R" D
/ \! O$ u. \& k6 b  Y
  1. void arm_fir_init_f32(  P# D* g  l/ \( H& y
  2.         arm_fir_instance_f32 * S,( R! s# j  Q" G3 d, g
  3.         uint16_t numTaps,+ ?, P1 E2 m4 D% y4 [& u
  4.   const float32_t * pCoeffs,: W1 G5 I5 [, M* X
  5.         float32_t * pState,
    ) j- c7 [. O! U  X. G$ i" w6 ~
  6.         uint32_t blockSize);
复制代码
$ `9 |! n( o9 s0 o- K* Y& b# f
函数描述:
4 l2 X$ R' L: A4 r; C6 e1 C2 Y! F, }2 W
这个函数用于FIR初始化。9 A; ~9 F4 V+ x0 |5 W+ p

4 E4 {# k- K4 g6 K$ ~函数参数:4 U& I4 W& O4 V5 h2 e

$ ~! m4 u7 U! h  第1个参数是arm_fir_instance_f32类型结构体变量。
  v: Z9 D; ^7 ]! L& `  第2个参数是滤波器系数的个数。
) ]. t0 b% h0 \2 f  第3个参数是滤波器系数地址。0 w( d4 B6 r9 L# ]8 e; d& [
  第4个参数是缓冲状态地址。7 e; [: A1 s7 h$ v  F( [7 w+ G6 G5 U
  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。
  c( o/ i' C. _4 ?7 _+ x: u注意事项:0 x9 X/ A* g2 Q6 d

7 m; G- D8 g1 F' N结构体arm_fir_instance_f32的定义如下(在文件arm_math.h文件):$ h: a& _2 |" v& j" [6 t
8 [2 N6 E4 i0 x/ X4 X+ O, Z
  1.   typedef struct
    0 N/ x6 B) ~9 Z
  2.   {
    % C2 @) v( W- @3 w% G6 N
  3.     uint16_t numTaps;     /**< number of filter coefficients in the filter. */
      \, z: u( j  {# U/ j, p
  4. float32_t *pState;      /**< points to the state variable array. The array is of length */
    , b9 K. |* y# I+ c( \
  5. numTaps+blockSize-1.
    / s6 u' b- ?4 x8 h
  6.     float32_t *pCoeffs;    /**< points to the coefficient array. The array is of length numTaps. */
    $ c( f7 p2 b$ O( ?2 R
  7.   } arm_fir_instance_f32;
复制代码

+ x: n/ h) c* n) P2 `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:2 y8 h  E2 j# h

* X' w1 `9 G* h$ Y0 j' R{b[numTaps-1],  b[numTaps-2],  b[N-2],  ...,  b[1],  b[0]}
4 x/ _5 ~  \4 B5 S* h6 ~& h' ?6 t. `2 f( A1 k. b
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。
# d: h* j4 K- y  ~- h5 {
) D8 w# H% T7 d% |+ i1 D9 G2、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。
- `: k2 l! m; S; X0 L  D& V
$ l6 M4 A& ~, E% [7 P. @3 s/ T3、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。
; c  T& r& ]8 i7 w. O5 z
1 T  |8 ?2 }# m9 \' z2 j40.5.2 函数arm_fir_f32
, `8 Y9 S: \  r1 d' v" {
函数原型:
" P+ [/ j* z, v) v+ J" b7 z: [0 i" |0 z3 m) O4 F
  1. void arm_fir_f32(
    8 e0 M- b+ b4 T) ~
  2. const arm_fir_instance_f32 * S,
    1 B9 ^) M+ m( ]" B( o4 f  U
  3. const float32_t * pSrc,6 R7 A8 P( \7 ~, v( c4 e  n4 t6 h
  4. float32_t * pDst,/ L. B/ r2 }; d# ^
  5. uint32_t blockSize)
复制代码

) o- _/ m- j0 R" ?4 {6 m函数描述:8 M/ q4 }1 o+ {8 z+ Z/ i% R0 }: D
  ?& E0 D6 }9 O- T: Y( r
这个函数用于FIR滤波。/ c: z; A$ T; T8 j. f; Y
4 ^6 f1 _. P2 R9 A
函数参数:$ O8 T/ t# u) P; a5 c! n7 \; ^8 Z

5 C& |# Q6 e2 D( e* H# u2 u  第1个参数是arm_fir_instance_f32类型结构体变量。7 |7 i  a' L# P  q
  第2个参数是源数据地址。
7 `1 h( [  o+ w* U3 Z' v2 n2 Q  第3个参数是滤波后的数据地址。; a! ?6 @, F  D4 b7 E+ 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。
5 L: M9 Q" P$ @$ d: U2 {! h
- ~8 v* [- \) O5 J40.5.3 filterDesigner获取低通滤波器系数1 R/ i# I8 ?) w) Y+ Q% u/ Y
设计一个如下的例子:; s* I3 W7 O% ^7 J: T8 d/ A# B

& O% \! J) J% S% O9 Y& Z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:+ K( o4 [- r$ H6 a- k

& r! q8 u( d$ P6 j& m3 I* e3 q# r2 w" ^
c5d13a97f5445a4be6bd0adeda75b3a6.png

) N) M4 }/ y- R( h% g; w: H+ f! C: x0 N$ X% w% G/ @
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。
1 m5 }9 B- S" L, K5 M% g  u; ~8 Z5 V5 f
40.5.4 带阻滤波器实现5 ?$ j9 D8 h6 S6 a5 W
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。" v6 E8 h: L; n5 c) L; u
; J+ f. n' ]( w$ |+ E/ q
  1. #define TEST_LENGTH_SAMPLES  1024    /* 采样点数 */
    8 c3 P. p" s& @; n) a
  2. #define BLOCK_SIZE           1         /* 调用一次arm_fir_f32处理的采样点个数 */# ?& h" C2 Z0 g2 s; n
  3. #define NUM_TAPS             29      /* 滤波器系数个数 */
    ; S5 a* o4 c) b
  4. ( h: R9 T* A+ s% Z4 `( ^
  5. uint32_t blockSize = BLOCK_SIZE;
      K2 E, N  \$ k9 U; P5 r
  6. uint32_t numBlocks = TEST_LENGTH_SAMPLES/BLOCK_SIZE;            /* 需要调用arm_fir_f32的次数 */+ K& o8 D. d2 f7 n  a1 x, W
  7. 0 Z; V% A3 l/ z, m
  8. static float32_t testInput_f32_50Hz_200Hz[TEST_LENGTH_SAMPLES]; /* 采样点 */
    + ~" \' R0 @( l: R: U9 G$ t# S
  9. static float32_t testOutput[TEST_LENGTH_SAMPLES];               /* 滤波后的输出 */
    * _: M5 {% g6 X& X+ d8 o
  10. static float32_t firStateF32[BLOCK_SIZE + NUM_TAPS - 1];        /* 状态缓存,大小numTaps + blockSize - 1*/' A5 [) f! v9 q5 f2 T% J

  11. . M5 ?% I" u- O1 [
  12. , ]+ L% |2 G; P& j% j1 a" t
  13. /* 低通滤波器系数 通过fadtool获取*/
    ( x2 ^3 }# F8 x2 G; m+ ]' Y
  14. const float32_t firCoeffs32LP[NUM_TAPS] = {9 R' F$ Z# U) e  }+ Q7 S. b1 w! V
  15.   -0.001822523074f,  -0.001587929321f,  1.226008847e-18f,  0.003697750857f,  0.008075430058f,, h& Z7 d9 b& N. H8 i3 F/ ?
  16.   0.008530221879f,   -4.273456581e-18f, -0.01739769801f,   -0.03414586186f,  -0.03335915506f,  R& ~$ h- N1 q2 e' L6 k: T
  17.   8.073562366e-18f,  0.06763084233f,    0.1522061825f,     0.2229246944f,    0.2504960895f,6 n" I- w  p2 e% K% E- }
  18.   0.2229246944f,     0.1522061825f,     0.06763084233f,    8.073562366e-18f, -0.03335915506f,# Y9 O) d9 }9 `! `3 c$ X
  19.   -0.03414586186f,   -0.01739769801f,   -4.273456581e-18f, 0.008530221879f,  0.008075430058f,
    * Z+ r7 n- M* S
  20.   0.003697750857f,   1.226008847e-18f,  -0.001587929321f,  -0.001822523074f
    - R" }* f: F; P  t1 C
  21. };
    ! G( ?0 C9 M* o# w2 n) l) r

  22. 2 ~6 x& x) F( B6 Z
  23. . m7 g9 a7 ~/ w0 l+ l% V& \
  24. /*+ w4 ~+ E0 }+ D2 q. [0 z0 t4 N
  25. *********************************************************************************************************
    * [9 j: p& G4 I
  26. *    函 数 名: arm_fir_f32_lp% V- r5 f- |  I- B4 z- E* e0 ?7 T
  27. *    功能说明: 调用函数arm_fir_f32_lp实现低通滤波器* ~7 z& v# b* C6 H9 z4 K
  28. *    形    参:无
    . |& d$ w4 Q$ _# `5 P
  29. *    返 回 值: 无  F+ B9 b& W* J+ y" Y' L) g
  30. *********************************************************************************************************5 x; d$ y/ m6 b5 F
  31. */
    - B7 d# i% q( W( g  `
  32. static void arm_fir_f32_lp(void); D1 ?2 }: R. ^6 ]" ]% @* G9 x4 c
  33. {
    2 t% A6 g. o) V& y* \8 [
  34.     uint32_t i;. @# E4 o% i+ I" e
  35.     arm_fir_instance_f32 S;# `& \/ `2 f4 u2 G: X
  36.     float32_t  *inputF32, *outputF32;
    " C% n/ p' ]0 V' g

  37. ( F) V5 U8 I/ A$ U6 o, \# n
  38.     /* 初始化输入输出缓存指针 */* Z: Q- x3 u: h( \3 u
  39.     inputF32 = &testInput_f32_50Hz_200Hz[0];
    3 V, I3 r# ?; Q5 v
  40.     outputF32 = &testOutput[0];- v& |; x) l# Y* t6 V
  41. 1 q2 \: T) G- \  O
  42.     /* 初始化结构体S */5 [- y; R+ y% f) q
  43.     arm_fir_init_f32(&S,                            4 c" ?* |5 r1 X: _2 G# @) [
  44.                      NUM_TAPS,
    9 ?- K! `: L$ p9 ]% k& S& H: W
  45.                     (float32_t *)&firCoeffs32LP[0],
    ( l, N' r" d) v8 N2 R
  46.                      &firStateF32[0],
    3 u- y( m8 H3 m5 {1 ^" R7 ~
  47.                      blockSize);
    ' c6 b0 X& p. r
  48. & Y+ H7 r  [% C& ?
  49.     /* 实现FIR滤波,这里每次处理1个点 */) e' ~3 w6 U( n2 u1 p) h
  50.     for(i=0; i < numBlocks; i++)
    ! c. C" U4 f+ W# J% f, t. R5 S
  51.     {
    ! W7 R. n  H2 }; ?7 Z0 d6 W
  52.         arm_fir_f32(&S, inputF32 + (i * blockSize),  outputF32 + (i * blockSize),  blockSize);7 X3 C7 t0 {7 M0 h* c/ E. @% e% b+ P
  53.     }
    7 U4 X; m) _/ r+ F4 D  a

  54. + l6 n9 T  F: ~$ [- z$ _0 z1 q# ]& s
  55. . S# |8 u4 q3 N) W; D  ^3 W
  56.     /* 打印滤波后结果 */
    2 C# x) x8 r/ A
  57.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    3 k& ?& i; s  B; O! N. Z
  58.     {/ ~+ H+ W" O# S% u* q$ w$ @
  59.         printf("%f, %f\r\n", testOutput, inputF32);& I2 `# Q+ {6 F' ~
  60.     }" a  C4 Y. Q( K  O) R; p* ?

  61. + J* H: ?7 F+ p) T
  62. }
复制代码
% a1 \0 Q9 p+ m- 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。) E. f( J+ b9 P( m2 e5 S

. Z1 A. e/ X. d+ _# f' d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:
& Q; Y! ^! [' [& B9 h
3 x4 }0 y( t8 M
  1. %****************************************************************************************
    . t& y4 v7 v5 n+ v8 e4 o
  2. %                             FIR带阻滤波器设计! i: H- o1 H8 o, R0 H! o
  3. %***************************************************************************************
    % t) f" P/ ~4 G  X6 W" H1 y
  4. fs=1000;                  %设置采样频率 1K2 V( b1 R3 q4 i, e6 B6 g; E
  5. N=1024;                   %采样点数      
    5 f# d& R' Y- ~9 V2 ]8 ?, n0 j
  6. n=0:N-1;
    - C9 V. B1 z7 q1 B
  7. t=n/fs;                    %时间序列
    ( i: f* N2 c: g, g, s
  8. f=n*fs/N;                  %频率序列
    + X* h; \# |- M

  9. ! d" P+ Q/ |) z$ X9 @
  10. x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*200*t);       %50Hz和200Hz正弦波混合           4 n! V0 u7 F0 B! U' {& g
  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。$ X# U8 u* W& x+ m" H" g3 c
  12. y=filter(b, 1, x);                        %获得滤波后的波形
    . C5 s- i$ h# @* V
  13. subplot(211);
    ' V- R. p6 ^( `) O4 W8 k
  14. plot(t, y);
    . c3 R/ L* o- t3 A, I( q8 U
  15. title('Matlab FIR滤波后的实际波形');
    & k% z& {* A7 c5 ^& L, u6 M* O
  16. grid on;
    7 ]# I5 s' C" i/ g% Y7 j

  17. . @: W6 Q& z5 v
  18. subplot(212);- A  w( e  m- S5 u
  19. plot(t, sampledata);        %绘制ARM官方库滤波后的波形。
    0 I5 E& G/ `0 I6 f  p" R
  20. title('ARM官方库滤波后的实际波形');
    ' E- G4 }. _) c' X, f. w' U: B$ ^2 N/ d
  21. grid on;
复制代码
' z( W3 O- U  h) d8 o! ~. [
Matlab运行结果如下:
/ a! F8 k4 j! i
: Y1 t" c+ J" D
916e866865e182e874925fe4e2fdc08f.png
7 q4 w: ~9 [+ N! l3 Q& u$ ~

# N/ T  S6 O! v; x2 {# p+ E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:
% W3 P' q+ e( D9 G6 h8 y% ^7 e) B5 P4 |
  1. %****************************************************************************************
    6 i) A, b- j$ O  }" B  q4 X* Y
  2. %                             FIR带阻滤波器设计
    4 |( v# _8 G, `- q* o( l2 _3 I6 s
  3. %***************************************************************************************
    8 X# {. K4 I3 g/ \: M
  4. fs=1000;                   %设置采样频率 1K# I, I! j' S( v: V0 C1 ~$ d& A8 i
  5. N=1024;                    %采样点数      
    4 @1 W) v) K( \/ p1 z) _7 w
  6. n=0:N-1;; ^9 G4 ^/ p3 I7 H" O# p* T
  7. t=n/fs;                    %时间序列
    9 T/ B- r/ S; Y; O; L% {" y
  8. f=n*fs/N;                  %频率序列
    1 P9 ]5 ^7 V* q' @$ H( A, g6 H
  9. 5 Z' v% o  u) q) F. ~' h
  10. x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*200*t);  %50Hz和200Hz正弦波混合           
    8 t9 ^! o7 S4 Z/ v
  11. subplot(221);- P+ a1 q% r) a( T  N
  12. plot(t, x);   %绘制信号x的波形                                                
    . B+ z6 O5 R3 _* Y9 k. M0 M
  13. xlabel('时间');2 L7 ~8 Y8 S9 Q! p0 A6 e0 k
  14. ylabel('幅值');
    4 o1 P0 @9 |, S- q/ x+ @
  15. title('原始信号');
    5 ^6 J# x7 I( U3 {- K6 d) E
  16. grid on;% J3 a" S; M; |* c- J' t. A

  17. ) Q' L0 n3 O0 N$ z) q& T! J( j* h# S
  18. subplot(222);& w; @) n9 j- \5 u: W8 n4 j/ w
  19. y=fft(x, N);     %对信号x做FFT   $ s; Y' g6 h) u  p% m
  20. plot(f,abs(y));
    / ^; G6 @& ]9 I( k+ k
  21. xlabel('频率/Hz');- _; P( I: k' W# ~8 j. Z
  22. ylabel('振幅');
    * d- `, L/ [0 A* X0 e8 X* x" ~
  23. title('原始信号FFT');
    # t) I6 J+ W% [7 |9 k
  24. grid on;
    / r& a1 R; [  L4 H& v

  25. 7 S2 R" g( {( G* K
  26. y3=fft(sampledata, N);       %经过FIR滤波器后得到的信号做FFT  F. J; h( v2 h8 l$ O0 Z: _3 j3 V# D
  27. subplot(223);                              
    6 O  v' C) L: U. B2 C1 U
  28. plot(f,abs(y3));, K2 @; z! D: Z* W) b0 w
  29. xlabel('频率/Hz');
    ; m3 A' M. i' b5 `  k
  30. ylabel('振幅');
    1 T- v% b) N0 }4 Q9 C
  31. title('滤波后信号FFT');! A$ W1 [* a/ v
  32. grid on;
    * m: t" F* c. }: q3 ^9 y  w
  33. . L; {) l5 c; p  d
  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。     
    ! S$ T3 a& T6 g
  35. [H,F]=freqz(b,1,160);                  %通过fir1设计的FIR系统的频率响应
    % F3 P8 y& \7 }) L( X! y
  36. subplot(224);
    " Z! J2 @" Q& N6 N
  37. plot(F/pi,abs(H));             %绘制幅频响应) b$ \* E$ H0 L4 U! A7 U. k& |& f! W
  38. xlabel('归一化频率');        
      K) R: b/ w7 k" k8 C
  39. title(['Order=',int2str(28)]);
    & T7 Y* Z, {, m- X2 a& ~
  40. grid on;
复制代码

% s3 N* Q5 J$ h1 \) W: _& EMatlab显示效果如下:# b0 O- L' F) c

( I. s. G/ E6 S1 K
73baea66269631da516a74e98da45b88.png

: {) Q. P% b6 D; C" @
# L1 p/ e$ J8 \9 \0 J2 h& l' i0 w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。3 E1 [. b  x$ I7 _
& I# A1 H9 I+ s* X+ I
40.6 实验例程说明(MDK)# K" Z, J& Q( f3 Z/ M
配套例子:: i6 W: y% c1 X' w+ c

; ~, v: `% C5 @  A2 Y2 M& A' dV7-228_FIR带阻滤波器设计(支持逐个数据的实时滤波)( \6 k3 I  e, B9 \. y* w3 L

; v. O* p. f- `- D( F8 M实验目的:$ c; i: P% G4 c
学习FIR带阻滤波器的实现,支持实时滤波) H" _- b: d  g* y
+ ]& T- e% c/ k8 m; G
实验内容:
' v- M) l- x! F6 y1 Q+ a启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
  \! v8 E4 t1 }/ Y7 C9 C! o按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
: P% U# ]7 s7 I- h: D' M2 L+ f9 d  f5 M) h# x; v6 c
使用AC6注意事项! O$ ~3 v  m- D  `! Y4 G+ D  O
特别注意附件章节C的问题: }/ Z6 V" q% ]" {
% Q1 ^! N5 r4 J+ s. d/ M* D3 K3 j6 e
上电后串口打印的信息:0 q# e1 M# u0 [0 N( U

! @4 z2 e2 J2 E& h' r波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。
5 m4 s0 J5 L' ~  N* v8 w8 c7 `2 V( B8 v# F- l( K/ @: b# r/ A- e, @
9820ba6145f7d8a3406f4cccd06e4b4c.png
( L, F5 S1 {2 ~$ @* h

) d; d* N' L) d, b* J# ZRTT方式打印信息:0 s4 ^; m* I9 Q3 P1 Y, \8 ~# f

, Y2 K; Q3 G' i+ S# X5 c
803e36294ac8bbc76428bcbe5613d79d.png
! q+ Y% _6 B. Y# p" ]
" I( j/ H, y! A/ G  g( E
程序设计:
( P5 t) B* h# G4 o* j
+ T# F) A5 H! P7 `4 E8 T  j  系统栈大小分配:6 t8 t& b! q, Q8 X  q, e" [

7 E5 s& E  N/ ^( k
ec342c78f71466987e218f42f92187c5.png

  d' w0 Z. l, E( V4 m+ p. p; O
  RAM空间用的DTCM:
4 @  {6 h7 [% X: D( a7 M- f# U0 ?3 c$ S" Q4 G( l, c3 w
7f807913bee995db3a40e79477f226c9.png
% d6 ~' I5 I# [8 F* P9 r

8 g5 m8 O5 r; @" B  硬件外设初始化
( w' n2 t) Q* ~# ^* N; \5 O9 M% H: _' y; n
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:7 Y: e3 F7 O- o  Q8 Z6 e
0 o+ d0 y4 y* g1 A
  1. /*
    8 z7 g) h0 k- q' m
  2. *********************************************************************************************************
    * p8 W; g! A; O9 Y: J. h' O
  3. *    函 数 名: bsp_Init1 O# X8 r" M5 }3 S6 ]
  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2 d% ~1 a( K2 H% W+ B% R
  5. *    形    参:无3 V* u. b4 K# s" k1 `! k8 `$ r- V
  6. *    返 回 值: 无# _: j/ Z' Z( y
  7. *********************************************************************************************************
    6 D+ i) c: a' a& v0 S3 v
  8. */, }6 I; P- ^# r/ s' A9 L
  9. void bsp_Init(void)( S+ R6 F+ Q5 V* j
  10. {
    . H3 |: Y; N$ a( F- e
  11.     /* 配置MPU */* f" s! _8 k. w* M3 l. `
  12.     MPU_Config();$ E& f$ ?1 Z4 `

  13. % Y9 |  s. }( p- U8 ?
  14.     /* 使能L1 Cache */
    " _6 \( ]9 a6 J2 E# v3 |) W
  15.     CPU_CACHE_Enable();
    2 {0 \% {. h: v1 e* B# F0 O

  16. 7 s! _' g+ ]2 B' W$ p% G
  17.     /* 3 x2 ^# `1 Q/ h, o
  18.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:8 R; A8 u7 V# |- x' f
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。- u7 Q" H3 M2 [4 Q1 F, ]  q% D
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。& E5 G& ?7 z5 `7 N) A
  21.      */0 i$ T  @: Y4 s: P3 T
  22.     HAL_Init();# c! S! O) U+ C& P  I
  23. " x8 K( e, u1 F! C0 {; O$ [- P
  24.     /* $ G( p7 s9 [; _8 p* l- }! e
  25.        配置系统时钟到400MHz
    9 h1 z5 Y4 c' P* i
  26.        - 切换使用HSE。
    3 e8 H. g+ I$ s! _2 K# q
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
    ; Q$ X) l& a* b3 o* j
  28.     */5 ~$ }2 I  c5 d
  29.     SystemClock_Config();
    * L5 J8 ?  t* h$ m3 N+ h/ d( i# H- c: ~

  30. 6 L1 p- c0 J; u7 q$ g2 y3 h) v9 [
  31.     /*
    - x" Z6 f5 {" ]  r
  32.        Event Recorder:
    3 K, ?! O' \+ J+ g
  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。3 B8 q9 Y) {+ M* A" ^% E) Y/ ]
  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
    9 L7 s" e: ^4 r3 A
  35.     */    8 @, n; e, C8 w4 {4 k9 A1 Q
  36. #if Enable_EventRecorder == 1  % C6 z" \3 h3 k/ P/ }1 {" Q
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 */
      G+ q$ |% C2 s: a( a! J7 Q4 w
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    2 d0 M1 R6 V) v. A6 S+ E
  39.     EventRecorderStart();
    7 n" x+ f3 ^# o+ z0 J) c9 A
  40. #endif, S4 T  \; S6 J3 p2 W

  41. 8 L" m' o; k% s' M
  42.     bsp_InitKey();        /* 按键初始化,要放在滴答定时器之前,因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */4 ~% O6 c/ c9 |' u% g& N, |
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
      x: v6 @: H- @3 _5 N
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    $ h# @7 C( J0 [8 X  g& @' H- j$ M( }/ J
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */   
    & F  f2 e$ c7 w5 |, ^- C9 c; [/ E
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */   
    & A1 a% u) Q7 v7 q
  47. }
复制代码
# b- L* Y6 e8 L" o) \  |+ s
  MPU配置和Cache配置:2 i. {* V  F# W) p# P# c" B4 {
4 b5 r1 j* B4 ~% `
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。9 c, b- f' Z) B  O, ^

  c! S1 @, c% ^
  1. /*) G( L& R- Y+ X( D3 m6 }8 u
  2. *********************************************************************************************************
    4 \) j- A0 d$ }  f- J
  3. *    函 数 名: MPU_Config7 `% g/ E3 \7 K  m
  4. *    功能说明: 配置MPU
    ' R5 V! L3 }1 m+ p/ w
  5. *    形    参: 无0 J; G5 G" B* d5 H3 Y
  6. *    返 回 值: 无8 A# o7 K* B9 V- k# e
  7. *********************************************************************************************************9 F9 D1 p$ r+ f; {
  8. */6 }7 w6 {& G6 t! W9 ~
  9. static void MPU_Config( void )
    0 a3 m  F" ?. U' n  v8 p/ y
  10. {& X; ?" c1 r7 E; w
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;8 w8 }6 {/ ~! g4 x  i

  12. 6 i$ G! B* `3 J# T' o" S
  13.     /* 禁止 MPU *// `" u7 z. n! `
  14.     HAL_MPU_Disable();
    . l& L5 o) }- m4 j& c

  15. 9 |2 _. c6 C0 |. S' p) U' ^
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为关闭读Cache和写Cache */
    + B. D3 M/ e  y: w4 {
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    1 ^" i6 c  s6 a0 i7 p5 V# h: [; l
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;* K, O, Z: m. L# ~/ e& `+ G
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
    0 K1 U. M* I" O- V/ |: w
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    / K3 m7 ?+ Y: J, `5 C1 G: J. n
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_NOT _BUFFERABLE;  Y& {! K; f4 c& d! x/ [1 Q
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT _CACHEABLE;
    + f* U' M+ G& Q) Y) u
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    1 B' c7 J8 p0 S) \) p
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    + W+ v. B4 ]: k; ^1 q
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    2 O0 y/ s* Y  |3 }: ?1 R
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    ) o4 k( a# o0 u1 u& k
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    ; s3 f! x4 N% s. R
  28. 0 P5 U* l$ J+ |6 q4 F
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);/ W3 T: U6 K  Y4 A% G9 t5 r

  30. , d7 u" c. F9 r+ w

  31. ; W6 |2 @) \* V' c3 Q2 U
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
    7 L% M5 k1 i3 }- g. h
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    2 f: J1 T) Q" l: J+ ?4 @
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    : d1 J) k% t/ l/ H9 u
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;    " g; L) n8 {  u' c% Y  l) z
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;$ Y9 T- E1 e( ~2 M' p6 q
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    9 F2 z9 O  z' V1 F+ g" }6 `4 J
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;   
    9 h1 Y; ]4 s# G- z
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;" t  f/ o- [$ {* J6 P. n
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;
    7 [: k$ V; D% ~2 R9 a9 K1 v/ D) w& ^
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;1 r8 f" Z  m7 F. Z! g& P( b2 l
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    6 }/ h; C+ o/ U4 `" S, d
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
      u& T' N6 [8 T. o

  44. * o0 i+ S8 o9 Z' m# l! @
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);1 ]: Q* u% c. w3 t* g& D4 K
  46. 9 g: H+ N- r+ L4 r) U; W( m( R
  47.     /*使能 MPU */
    ( m7 ]2 K6 t; l) {) A& _3 m% w3 z
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);. g  v6 Z" S7 H/ [+ _
  49. }
    / Y, h& Y$ S! m1 z8 @. h7 ~3 P

  50. 8 T! f1 y- Q6 O, ^
  51. /*) z( B$ x4 M) _% K. [, e* `
  52. *********************************************************************************************************
    " A# ]+ p) {( c
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable2 U# ]! Z) J# y! [6 C+ P
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache
    9 e1 X! C, j$ {
  55. *    形    参: 无* Z! S8 N+ c9 O; e# e0 \/ c
  56. *    返 回 值: 无
    ; S: N+ W  L2 F/ p2 Q
  57. *********************************************************************************************************
    / U3 E6 `2 X' w- n: \
  58. */5 X/ u" p7 M& `; x  P4 N2 m
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void)7 A, Q" }4 A7 z9 M5 F: P2 C% f! R
  60. {# }  N( W' }2 T
  61.     /* 使能 I-Cache */. F% h+ C, O3 ^& ~: I
  62.     SCB_EnableICache();
    2 I5 Y( I. \- c2 w& e

  63. " M8 V% w7 Q2 K1 \& I+ `( k5 v
  64.     /* 使能 D-Cache */& L! k4 p4 |# k5 W
  65.     SCB_EnableDCache();
    + I) c$ d/ Z5 {* m3 b* J
  66. }
复制代码

3 F3 t" o) I1 ~; y) D  主功能:
2 ~: z& U2 C' G# I3 K# l2 c8 I  p& o8 g- c( x
主程序实现如下操作:
, k3 E7 ]; c2 O3 ]  @( `: @  f# |
7 h8 |' _6 q+ N% x7 z% l1 |$ s4 B  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。8 }6 ~4 r* |7 A: Q3 }+ W
  按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。' h1 U+ _5 ~' r3 D' |7 c2 c0 V
  1. /*4 N+ \  X8 m- v6 N
  2. *********************************************************************************************************
    + `  D; V/ _+ S; `* j
  3. *    函 数 名: main! l( E$ }, u, }9 o/ e
  4. *    功能说明: c程序入口
    ; Q4 C3 c! m$ o+ I3 `  {+ ~) b+ w4 U
  5. *    形    参: 无% `! `& n& D5 ]" M# q( w8 _/ c
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)9 @$ M% m% w, Q5 @5 |$ m) C) o/ g
  7. *********************************************************************************************************
    ) w  O# S7 \5 S, i
  8. */
    0 ]  x3 f2 w0 L! \
  9. int main(void)
    % v, J' X" ~) N  v: E3 o/ G
  10. {2 |" O4 w/ L/ O# e
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
    4 e) }! s6 D+ w. G0 m, m" i: I' _
  12.     uint16_t i;# r! o( I" k- o0 T" W3 d) e
  13.   F: m4 X2 D. G6 D/ Z: _. ~

  14. & f, u$ b6 l1 D' ^# T
  15.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */$ Q" S' G/ l' q
  16.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */3 c, v  ~. ]! i

  17. ) H% h- @) |. L% [
  18.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */
    " n5 w8 V& t0 |) T; \- Z1 F

  19.   e" A* {' k3 C9 e$ ^
  20.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    + ]( C) Y+ \# U3 S- |1 k& G  k
  21.     {
    8 y. u2 V7 ?* q. i" Y: ^. u: }
  22.         /* 50Hz正弦波+200Hz正弦波,采样率1KHz */
    * P. a" q' Y, Y3 k
  23.         testInput_f32_50Hz_200Hz<span style="font-style: italic;"><span style="font-style: normal;"> = arm_sin_f32(2*3.1415926f*50*i/1000) +
    " a4 r: x; u. x' N" y( E1 F( ]
  24. arm_sin_f32(2*3.1415926f*200*i/1000);
    4 u& y: f$ u% W2 E* \. P
  25.     }8 y! x' c# m, k) F& @8 h
  26. * @. V% Y4 _6 W( S5 f

  27. . E) a/ A  O# A/ t& Q1 P
  28.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */, k0 V, r: V! Z' h/ O

  29. " g1 r6 s6 m1 `
  30.     /* 进入主程序循环体 */- a1 d6 h9 u& D8 [4 ^' K& F
  31.     while (1)
    ! @, z' G0 C3 A  s
  32.     {
    8 B7 A) Z. Z; `; l3 r6 n$ w
  33.         bsp_Idle();        /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */* R  ]) h+ g, |" @2 Z

  34. 4 ?; X, t5 k7 u3 d: k* X- U
  35. ! C# ]( K* X% z* {* w8 y8 {" o
  36.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */; l4 F: W8 C# \% d
  37.         {. F4 c% @2 a$ ~, {+ K: }
  38.             /* 每隔100ms 进来一次 */5 f; h+ p; ?/ j1 i* b
  39.             bsp_LedToggle(2);    /* 翻转LED2的状态 */" y! k( e. {" Y$ ~1 Q; \' N. d  U
  40.         }3 `9 T% s, q1 }# b  j7 E6 u
  41. # I2 p4 w5 B6 V% f
  42.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */* }1 o- k2 |) L/ ~
  43.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)
    8 O; i5 e& g0 N$ d% h
  44.         {
    : A) R$ y! y8 k" T
  45.             switch (ucKeyCode)8 S5 A7 A& E2 U+ j: I
  46.             {
    2 Z# B2 B: r% S+ |6 v/ E
  47.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */
    & C( d8 ^6 M2 x/ M2 D
  48.                     arm_fir_f32_bs();
    8 H2 M+ M* G: G
  49.                     break;" c( u6 Q, y" M1 x4 B
  50. ; J- f: k& l4 L) f
  51. . u8 |9 C7 X/ B8 I
  52.                 default:
      Y' u  O6 y: _2 }6 G) C" u' \
  53.                     /* 其它的键值不处理 */5 d9 K+ k$ \9 `  z' q1 C/ _( j1 `
  54.                     break;# S% U, k4 D4 y/ A3 r# x# I
  55.             }
    5 J7 \. H  i5 s, ?
  56.         }+ l7 q5 d  G# K$ z
  57. + f- s- J' G& n& I' B
  58.     }0 x) o* A$ [. t" R5 ~
  59. }</span></span>
复制代码
) B! ?. ]" r+ [3 J
40.7 实验例程说明(IAR)$ R3 R1 r( @& ]' b
配套例子:
+ q( F0 ^6 J' r3 c( m2 T2 `V7-228_FIR带阻滤波器设计(支持逐个数据的实时滤波)
2 }! l. Z' u4 u0 n" W/ X* F  d( |* k/ U) i
实验目的:/ o% Q1 j1 Y% D, m7 Q" t- t
学习FIR带阻滤波器的实现,支持实时滤波
9 ]. a% S4 o" S( w( `
/ h" q' g# D5 Z8 f
实验内容:) o) C, [* h5 u) I% ~8 I6 ~2 W3 U; \6 M
启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
$ z; e# J: t1 C! Y5 s  K, K  [  ]按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
3 t: V) [5 F- q( j- `) a

/ |. g) s/ ]8 l8 `7 C0 D使用AC6注意事项: w/ y6 n" N2 [5 i( O6 y3 ^
特别注意附件章节C的问题
) g1 d7 l4 d" o3 {5 y" d' z# ]/ U1 B; d2 y# b
上电后串口打印的信息:
3 C8 d, C1 j: V  [; y9 u
9 X) |( V3 x1 x' z0 q2 r# O0 I/ P波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。& n: B( _. J8 T

- X. u. Q+ J1 Y0 H' p& Z4 @* u6 x
70f3399c2aa9dec61c38503cb279463f.png

( K- J  M+ c  J. u* v' u/ t  t- i) O" C9 L" e! W  I; p
RTT方式打印信息:8 W! }2 _) H3 c! |+ K
6 {, S/ k/ k/ [# @
3216bf4356cb1b680117bbddb4f062e0.png

3 M8 |- V9 w: X/ |& m$ H. ^( }* a1 A% a2 Q' U4 m$ B6 d+ d
程序设计:1 y6 D0 ]( Y  c+ V) d! `5 J

% K' x9 K- V0 l+ H. j  系统栈大小分配:
" r1 n7 P4 o% R2 A$ q7 K( Y. K" b; r5 u1 @5 s/ o* R' W0 K8 S
6c0034e2c114417bc42c84b776059e2e.png
" a2 L" n& R% y
9 B4 N& r& W& P# m6 d$ @
  RAM空间用的DTCM:
; V, c; R3 r0 U, A' W% \& ?+ o) y4 c; t2 w8 D4 F2 _
636fab000c9dcaaef2a3c37cf6bb28b3.png
: L* n8 N7 x; ]/ D+ ~& i* F

% I# u% `! Q+ m! V0 F) Y  硬件外设初始化4 y) X* ?* ?( [6 U! p" O

9 }& ^0 y: o. o3 a+ F硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:
- q2 D4 k& Q8 t: V4 z5 w% D. S# c. k9 t6 Q
  1. /*; E4 s5 H: h$ o4 }& U- u
  2. ********************************************************************************************************** e/ d) Y. R* }- _9 Y' S" L8 x% {
  3. *    函 数 名: bsp_Init" _- h' [0 [5 }+ ?2 L9 s% Q
  4. *    功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次9 l! n% S+ t; b
  5. *    形    参:无/ K; q' E+ u3 k0 e2 _) E0 I
  6. *    返 回 值: 无
    ! h5 g! n% h- H# j
  7. *********************************************************************************************************
    # I# k( B' n, H7 H, `# x6 T( V
  8. */+ r3 }) ^* ]0 O# |( B
  9. void bsp_Init(void)3 p! ?8 j+ q7 V  r0 u5 M
  10. {
    1 c* \% `6 Z: }/ M, d  U! w  F
  11.     /* 配置MPU */9 r7 |! n: m  ~" t
  12.     MPU_Config();4 _0 n9 i. ^8 x  _6 x& `
  13. , t$ w' `6 g' s7 l" F# ^, [; D0 h
  14.     /* 使能L1 Cache */
      \7 q# ?6 |% ?5 n/ ?9 @4 `/ X/ h( ?
  15.     CPU_CACHE_Enable();' v* }  e: A# X9 W% C( }
  16. ! M; j2 J8 _  q- S2 ^, W  B
  17.     /* & [) d: w% O4 B1 |4 T  s" j
  18.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:
    8 y9 d1 f  z  n* i/ n! d$ h
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
    & R' q0 q- S% g% ?
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。
    % p' k. F- ]9 [' J$ g$ `$ ?; I
  21.      */
    3 c- s/ r$ q5 d
  22.     HAL_Init();
    * C. V( c4 W9 w7 z. ?3 m

  23. 3 f% P* t3 s( s
  24.     /*
    5 B# s" R1 a/ g  }
  25.        配置系统时钟到400MHz
    6 _0 Q  [- P, R8 F. }( R8 m
  26.        - 切换使用HSE。. i" z' o: }6 `9 V" X( h* x  c
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。2 l0 q3 I4 J- E- M  z* |9 h; j! L
  28.     */0 _  C& t- v4 [, m5 {# t& T5 u& X# e
  29.     SystemClock_Config();
    8 I  P+ ^% j2 I& F- t! B2 _! Z

  30. & v4 v6 I% q& B5 M
  31.     /* * a" l. |$ N2 ]5 s" o3 B/ B# e
  32.        Event Recorder:$ B; ?& ~( K8 X  h/ 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。8 K5 e0 o7 k* J; \0 k+ x3 O
  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
    6 C! `  _; x' v2 A
  35.     */   
    : X) x/ X& Y. [+ f( k5 Q: Q$ s+ h
  36. #if Enable_EventRecorder == 1  % D  @2 M5 q4 w8 P& ]
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 */
    6 T- d2 z3 D& V* T/ G$ q
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);6 I# S, ^4 w4 C! I9 w& M
  39.     EventRecorderStart();( r* `0 Y7 f7 d) P; `, S
  40. #endif
    5 N8 p; _  l# }$ ~6 m" M

  41. - J3 L; ?2 D7 ^1 K+ I' ?
  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$ y5 G6 |2 m! Q8 F5 q/ W
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */  B0 w# P3 k: S" @8 ]6 ^$ _( Q: k
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */1 }" T# K5 I6 M$ I* S& D
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */   
    0 w6 i7 y9 K; x; R6 j
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */   
    $ h- B) R6 H% u% v" Z+ f
  47. }
复制代码

3 A: P2 U  {( ~5 k+ A4 S' m  MPU配置和Cache配置:
  M; ~2 O/ s  H2 G2 ~" P1 ?/ R/ z0 M# k4 L6 K  A# t6 I6 R; @' 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。. |8 e5 ]$ f: \$ t# k

% {; s. w6 l$ x7 h
  1. /*
    3 Q9 z0 y; f6 _  ?8 z% S- P- e1 A
  2. *********************************************************************************************************
    # f% C5 P( S- w' t$ P# i
  3. *    函 数 名: MPU_Config" H3 C* Z/ Y1 y: G4 @7 E" |
  4. *    功能说明: 配置MPU
    ( F# l& _4 ?9 l$ r! ?- f
  5. *    形    参: 无
    . R5 S& a* D9 A
  6. *    返 回 值: 无
    " ?3 a+ |2 i$ E6 k# b$ g( _
  7. *********************************************************************************************************
    9 N+ m/ W' `& m8 Y$ m- f, D5 M
  8. */3 b7 M6 N) ^5 \" J3 ^8 t) X
  9. static void MPU_Config( void )
    0 V& m8 [2 e. V4 ~; G6 ]( q+ {
  10. {
      [) V& c7 @4 F/ T# g! r
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;# ?6 `+ N1 e8 i+ f! i; o/ I& R

  12. 2 z) @3 A1 f$ G" a  n% D# M8 `
  13.     /* 禁止 MPU */
    % s# A# T3 b  b3 C2 d: G0 [# b; d
  14.     HAL_MPU_Disable();7 l( F% p6 @8 z& P7 S/ }5 K
  15. ' c/ Y4 G* m, _" O2 Q" j4 ?
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate,Write allocate */. w  G8 R& Z, m/ O" Y
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    7 l! {9 x& m$ G, u+ r
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    ' ^) O; z9 m' a6 ^( f4 ]' F
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;; U  l" t- g  H% z. X
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    " H" k" g+ y9 i; B
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    2 X8 J* J/ M0 ~% H% E0 W( h
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;7 W" ]- e7 |( J" ^. @' E
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;& e. j3 v) O) d
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;2 u; p* w6 r; E" g% V
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;. d" ]% g0 g8 B0 C7 V* v6 X
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    ; s! `7 E% p1 G
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;" H# L- h9 W- B! ^  T3 [" P2 l
  28. 8 D6 \1 z7 d: C; c- q2 h
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    ; {# J1 T5 @6 F3 c. t
  30. & B# h1 _# i0 x! T

  31. 2 ~' z, M0 d1 K/ b/ j: Q
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
    , Z6 w& r. W4 U/ M
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;0 l' E$ J8 C7 C% X
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    : Q) g; `: a5 r1 Q! `3 P  ]0 q
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;    7 Z9 w8 u# z! S" W
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    0 }! \: f$ I3 ?# I& g7 M' L$ X7 A
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;9 ^: R1 F) _& `6 ?3 I
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;   
    . m( @( ^: P0 u9 c5 v
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;& S- p- Y4 H- P& L
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;8 R' Z! u/ `* z3 k& X
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;" y) d% B& f3 e3 _
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;/ d7 T4 S4 D" d- M
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;* R: R) R) S5 f! [! x2 ]2 l

  44. - I3 n. k6 y3 g' Q! I$ S4 l
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    " G- d+ C' R: ~( ^' C9 n9 A

  46. - h) V" i9 E; [' }4 ]) Z
  47.     /*使能 MPU */
    4 c/ }5 N2 K0 \" }2 Y4 O, }
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);+ E" z* G. B/ @) K3 ?
  49. }4 C% b6 f( h& P. m% J4 |3 C

  50. 2 C; u% C0 ?1 Q3 e% l
  51. /*
    5 u6 P1 o" r: @8 H
  52. *********************************************************************************************************
    . A% m8 z& w9 y4 b$ a# ^
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable5 B/ `+ _; F2 M" S* a& E7 G) O
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache% a, n) L4 b. p5 Q4 m/ r: c
  55. *    形    参: 无
    - r2 g4 H1 o, e% s
  56. *    返 回 值: 无
      G" H6 N$ V% `
  57. *********************************************************************************************************; y8 h+ ~4 H/ Z/ B7 W8 R: V
  58. */  A. ]8 y4 j& G& v1 P  K0 y
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void)
    7 U7 X1 |1 N7 D3 R) s" b# x; }
  60. {3 y8 _: J/ C5 H
  61.     /* 使能 I-Cache */0 k* W7 B; q; P& r+ P
  62.     SCB_EnableICache();
    9 z2 H3 v4 g5 ?9 H7 f

  63. # P' e6 ?/ I. T# s; {6 r6 _8 X
  64.     /* 使能 D-Cache */: P" z' z; I+ D
  65.     SCB_EnableDCache();( J. _/ V5 j+ U- ?! w) x
  66. }
复制代码
2 I! G% z4 j2 \) K* e) U7 [$ n: s
  主功能:
# I. o8 l& j- T3 _: h, ?
* Q. V3 ~6 N$ x+ g主程序实现如下操作:
0 y9 [% v( l" B0 D2 u& S( Y1 G! y& B
  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
! _0 a" \0 L: x# H% Z3 l- f* ?/ m+ I% F  按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
, g! F: g0 E- ~8 e1 [$ K
  1. /*
    ( O% z, R. w  Z1 _2 u' ?# x& ?: `
  2. *********************************************************************************************************
    9 ~( u) N" l1 H6 u1 n7 y
  3. *    函 数 名: main
    ( m" Q: H4 @& g
  4. *    功能说明: c程序入口. n7 O" h) t8 y4 G- h* ^
  5. *    形    参: 无! H9 |: K, X, W" N- s
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)4 s7 U5 t& C$ S% c, V0 _, b; R& t
  7. *********************************************************************************************************
    $ y* k" _7 @( F" t' w4 H5 a
  8. */
    ( V, ?3 v6 X, K1 g% I! e: b% s6 ]
  9. int main(void)' F- o% S- u; r3 T9 J1 E
  10. {: l7 u/ F: r  D7 e
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
    + C5 \1 m& r1 d5 g, d1 h* v
  12.     uint16_t i;& |* `, H( Y" s3 N8 a

  13. / n# U( N  ^) _# f- f2 O5 Z
  14. 1 U% A# C- E  {) r
  15.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */3 h. m+ G. L) Q" p$ b: y
  16.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */
    , Z  ?: I! j; j% Z! I% [
  17. ( g4 s: l/ j: C5 [
  18.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */
    . C: i6 s* D5 y0 k' X

  19. ) B# s' E0 t1 O# o9 b2 P* L
  20.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)7 D& t9 m# y6 n' p9 c
  21.     {  g. v. r4 H/ T! e/ q
  22.         /* 50Hz正弦波+200Hz正弦波,采样率1KHz */
      y* x1 P4 k, [* y
  23.         testInput_f32_50Hz_200Hz<span style="font-style: italic;"><span style="font-style: normal;"> = arm_sin_f32(2*3.1415926f*50*i/1000) +
    ( l, B0 @# G6 T9 H9 F6 V
  24. arm_sin_f32(2*3.1415926f*200*i/1000);
    9 M  q' j+ t2 ^
  25.     }5 ^6 U( h0 M" `! L6 z/ k6 p7 N( l' l, z

  26. & Z1 Y( S9 n- {
  27. 3 H6 u/ [& t8 M( L9 ^- d
  28.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
    $ ~. K9 K5 ~8 B1 b& r# y/ V3 v
  29. 1 Z9 ~8 U, z+ @' T7 F
  30.     /* 进入主程序循环体 */5 A9 A( U/ v" f! f
  31.     while (1), \+ c6 x  X4 K6 d. k, i/ h5 P
  32.     {2 F% r! P& P/ f
  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 */: ^* p+ a" K) b" T5 W
  34. " X# Y  \8 E5 v/ p0 n
  35. $ G6 P6 l: l! c6 D$ n5 |; n' I
  36.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */% v+ k5 w& S% I% c1 T$ ?1 b
  37.         {
    ) H! R- d6 j+ F0 t
  38.             /* 每隔100ms 进来一次 */
    $ B8 T; W% n) K2 y3 n0 D
  39.             bsp_LedToggle(2);    /* 翻转LED2的状态 */
    4 S# H: J0 w8 F
  40.         }
    / o3 u0 m; J* f0 l% ]2 Q, a
  41. , \( _: x* E( y% q7 a1 @
  42.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */5 g& U# d; W; V3 J, p) F! p
  43.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)
    6 Q8 k0 H/ ^2 ~
  44.         {
    ; ]) x7 z: t4 [$ D
  45.             switch (ucKeyCode)
    0 S0 h# W3 _  T6 f
  46.             {
    : A7 V, U6 ~+ f! o7 l6 }3 I4 v
  47.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */5 s( u; j+ Y8 |; B7 k
  48.                     arm_fir_f32_bs();
    ( S  ~, B5 j) @5 o
  49.                     break;
    : X8 g- p  \% }! v, {1 {6 g( [( Z

  50. ' r+ F  d5 u, Q3 Z7 C/ M) W  l* v

  51. 6 ?( O. |' \$ ^! L5 D. G, `
  52.                 default:
    ; w3 d( v2 D' L% j" m: C8 q- V
  53.                     /* 其它的键值不处理 */
    1 {2 M! g; p- B; K
  54.                     break;
    5 z* H8 j3 n+ ~& B0 ?* K" h
  55.             }
    1 _) W! H) r$ F. f7 f
  56.         }
    4 e1 X( I9 h8 j9 ]* C6 `
  57. * t0 ?2 g. R/ \; U
  58.     }4 @& d; r  J7 P" q# i# D; z
  59. }</span></span>
复制代码

9 z7 R0 V' ]) X40.8 总结
5 V; v  H% ^( H$ N- j, j# z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 _0 E/ a; _/ Z# V$ d. k0 s- f

+ x1 L/ P& D+ k$ r3 T4 c; X# Y& X# e; z
! e/ h4 b* u4 s! I( G# V2 o4 R8 w$ j
! ^$ [( ]  z9 `$ z8 [. H
收藏 评论0 发布时间:2021-12-31 18:00

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