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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 d8 i. J4 t8 U: O
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:, x2 u! T* U* O& `6 S
$ [+ P4 h1 [9 f; d, i
  所有数据是在同一个采样率下依次采集的数据。& _' N8 X/ I2 n, J
  每次过滤数据个数一旦固定下来,运行中不可再修改。
0 F* n5 L+ g% D! P( n/ }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。
. W! j' L# Q. A
  `# G3 r( U/ h& x) D40.2 带阻滤波器介绍, D2 o2 b% P# i: B
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。" T- Y, J4 w- G4 `) U% S7 {4 `

2 p8 _3 v- l# a! h
eb07af4703783e5f46e002099968ab94.png
: u* \" L8 @- e/ v: v+ ~" W

( ~& m4 i/ [6 g0 }1 h2 T40.3 FIR滤波器介绍9 M0 U) p( T' V3 B
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。' y; R# o; M, C& i

7 U8 `) J: e8 v) H% `FIR滤波器的基本算法是一种乘法-累加(MAC)运行,输出表达式如下:7 w, x1 O0 {' \

8 H$ p8 H9 t/ e1 _$ A# U( V2 py[n] = b[0] * x[n] + b[1] * x[n-1] + b[2] * x[n-2] + ...+ b[numTaps-1] * x[n-numTaps+1]
, N  D3 ~& T0 W" R7 \
( P. U) b, I0 L8 e) P( S结构图如下:: n; V( _" ^, w+ q; P8 X  ~
/ O- C% A, ]/ f: Z+ p* ?2 C" Z# b
90e8ce626ba20176e8f8a370fe3d3a24.png

0 i! l( I6 {$ c1 u+ K% z% I+ E
, ^, H# B( H' D' h0 U- W" h1 @
) y; B4 L# Z0 P% F% Y. Q9 j' X! u$ B6 c" o
这种网络结构就是在35.2.1小节所讲的直接型结构。
" Z/ i. `: [* v" d! A7 }7 O, P4 Y6 ~( ^4 s7 P! y
40.4 Matlab工具箱filterDesinger生成带阻滤波器C头文件7 A% \: B# r/ N' z* }: O
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:
# N2 u# G/ e% g5 Z% m; I1 g, |/ ^3 M. H) S" ~; ^3 s2 B0 b9 N( L
5e14332b29b2594dc996e0064ae98798.png
- ~& D' I. M4 d9 q
9 o; j$ {2 j9 Z9 @# u
filterDesigner界面打开效果如下:+ G; D. Z1 R& d- G: }' C* A1 x
* Q- N" f" @7 B/ N1 D" [
d1a63d0da79f50ac93f367c073710727.png

2 J7 \* [; U7 B+ F7 I6 v0 S. [. q3 U, F+ w; P
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:
: B' z) |( D2 }
' i* ~( Q# \7 K5 |- q% H* {( U
35d982a9816fc3b4e4b3df474c264710.png
' V/ U' x3 C/ m" k2 F9 D
+ p; q3 y' z( g2 r& K2 Z0 k9 i2 j
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:9 ^1 o# ^! s* p& L  E

! S! g: E7 U; p% t% f
220bb228e2f80fce9805e85e75e61d15.png

4 I! m( \! b8 u7 z* X6 l4 D7 }
0 z5 R8 D: |8 `5 r5 y然后点击Generate,生成如下界面:
2 J, J: G8 Q6 B. ], t6 y2 [7 x% c; r0 @+ U4 X" A9 h) j8 V5 i0 M) {' r
84a01de7e8391be7a8456ac6ad24f23e.png
( z5 g# J5 H9 B' N' f' `
' @, A& r8 W0 n8 B
再点击保存,并打开fdatool.h文件,可以看到生成的系数:/ _' _5 i0 V; J, F
; s* g7 ?8 L7 V! X3 W* `+ ]4 T
  1. /** n' @' b8 G: X- C
  2. * Filter Coefficients (C Source) generated by the Filter Design and Analysis Tool6 h- K$ O# a5 G! a; u) F. P$ M
  3. * Generated by MATLAB(R) 9.4 and Signal Processing Toolbox 8.0.
    / ~, `- ~4 \. {+ O, @+ X) x5 o& @
  4. * Generated on: 20-Jul-2021 12:19:30
    ; \- b% B/ ~" ~0 _1 |2 c( g1 E" C
  5. */
    ' w1 i9 M/ K' i4 q1 l) H; r3 E; {) V. Z. U
  6. / N" x& B8 G  p: D1 |2 j. G
  7. /*
    7 H, E( T( ^# N  s
  8. * Discrete-Time FIR Filter (real)
    $ ^8 h2 J9 K0 _/ Y
  9. * -------------------------------" X# Q2 [3 V3 F# Z& a
  10. * Filter Structure  : Direct-Form FIR
    ( ~/ q3 i- p" V7 A- c! c3 u
  11. * Filter Length     : 518 t1 y# s0 J5 B. S+ A$ U/ F
  12. * Stable            : Yes
    6 n7 K9 e1 p6 i  J; E9 h) Z
  13. * Linear Phase      : Yes (Type 1)
    1 m3 j$ X+ ~/ W
  14. *// W  O+ f) {% w- m0 h& `1 {# T3 k
  15. 0 S  O' g% s) H4 U7 M; r$ t& U& G& U
  16. /* General type conversion for MATLAB generated C-code  */
    ) g: s- X8 [8 j
  17. #include "tmwtypes.h"
    , R3 g" @) j9 L9 s& A6 h4 x  _
  18. /* - C! |9 ?3 b* f$ i1 f/ g  ~- D
  19. * Expected path to tmwtypes.h $ i& K" i' Z- L6 Z$ n/ G* @; [, q
  20. * D:\Program Files\MATLAB\R2018a\extern\include\tmwtypes.h
    ( E6 F1 k, w! V5 z& q. V# G* I
  21. */8 Q$ a' X1 ^2 w2 p7 n' B) G# H
  22. /*
    * }/ u6 _, d* g* |# m
  23. * Warning - Filter coefficients were truncated to fit specified data type.  
    ) [4 H. [! {# h4 v6 B/ s
  24. *   The resulting response may not match generated theoretical response.
    + t* d7 j! V/ j% C
  25. *   Use the Filter Design & Analysis Tool to design accurate/ w7 a+ u  |0 Z4 A2 I7 z! v* E
  26. *   single-precision filter coefficients.3 F$ }5 q  T$ e; d
  27. */- e+ S$ ^' l* E* i1 u8 q5 \7 b) ?) O
  28. const int BL = 51;
    ) @, p4 V1 ?' }
  29. const real32_T B[51] = {
    : b5 u4 q0 K! B  M0 M
  30.   -0.0009190982091, -0.00271769613,-0.002486952813, 0.003661438357,   0.0136509249,# t7 \4 G8 D$ i4 @- l3 y
  31.     0.01735116541,  0.00766530633,-0.006554719061,-0.007696784101, 0.006105459295,& C1 k. z7 T: E: s
  32.     0.01387391612,0.0003508617228, -0.01690892503,-0.008905642666,  0.01744112931,
    5 s  |( d  P: P- e
  33.     0.02074504457,  -0.0122964941, -0.03424086422,-0.001034529647,  0.04779030383,
    % T  u9 M3 E) v+ N
  34.     0.02736303769, -0.05937951803, -0.08230702579,  0.06718690693,   0.3100151718,) v5 y5 c& f9 {5 v/ q
  35.      0.4300478697,   0.3100151718,  0.06718690693, -0.08230702579, -0.05937951803,
    ; ?( l- a, j. G8 D2 d
  36.     0.02736303769,  0.04779030383,-0.001034529647, -0.03424086422,  -0.0122964941,* J$ z  q0 K: G7 A3 l0 j$ K
  37.     0.02074504457,  0.01744112931,-0.008905642666, -0.01690892503,0.0003508617228,! |0 a. W2 i0 k- l8 H8 f
  38.     0.01387391612, 0.006105459295,-0.007696784101,-0.006554719061,  0.00766530633,  d" `7 C( w! s6 ]% c* ~/ g
  39.     0.01735116541,   0.0136509249, 0.003661438357,-0.002486952813, -0.00271769613,
    ) H1 M% ^) C6 ~$ J: g5 r3 Z- N
  40.   -0.00091909820910 |4 Q! S2 i/ `6 M
  41. };
复制代码
; N" z$ f3 O4 m5 F
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。
: _0 X# O( P9 X- T' h  n
) j! {0 B9 V7 N! K$ ^" ~
2b24513b974f0554c59651f8b94b60da.png

5 B: F  u4 b. e3 c) x; w
: ~  k2 E" @8 Z0 G6 ^8 {( t
: ]8 `1 q# Z  ~; O: w9 _9 ?7 F. Y1 d5 E
40.5 FIR带通滤波器设计

- s* V5 J# r6 O. U, _3 Q" i' M& D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! X, B" ]% W) j0 Y6 T7 S& M

. V/ Y/ R! J- t+ S# _! _滤波器。" J- ?( C; `+ ?' V+ f' g8 o/ c
. _8 g+ w3 k6 f. K- C
40.5.1 函数arm_fir_init_f32% {4 p/ N% _% G0 l+ o$ Z! |
函数原型:* P! D- ~( i# V& K. O" A3 A; e2 d

, L+ W% q& B/ i  J
  1. void arm_fir_init_f32(
    * @% r- r, B4 a- d
  2.         arm_fir_instance_f32 * S,  r, J$ {$ Q$ A/ R' K
  3.         uint16_t numTaps,% Y0 @! c, @/ Z* S
  4.   const float32_t * pCoeffs,
    5 y9 o* `; b: ?+ K9 V( L5 p
  5.         float32_t * pState,- O0 q9 E8 b$ Z9 D9 Y
  6.         uint32_t blockSize);
复制代码
' Q6 v  g: m0 D$ A- Z9 R0 q' a
函数描述:
, W( j6 M7 Q4 W" g* r& @: A6 q& {4 ^) F( ~8 S
这个函数用于FIR初始化。
- R. V' I' b& Y8 E* h+ ~8 E1 j/ [0 w/ [" L$ Q
函数参数:, d- m3 L: \' @  x' N

; K  @( n) u6 D1 n7 K7 R2 w5 e/ d  第1个参数是arm_fir_instance_f32类型结构体变量。0 i; J* Y; l: ]5 v+ }6 Y" u+ u
  第2个参数是滤波器系数的个数。
/ J. @- r! b6 F& ?  Q; N3 `% ~0 F6 w( B2 s  第3个参数是滤波器系数地址。" X2 J. o$ z8 ^6 V
  第4个参数是缓冲状态地址。
% B5 q3 {& \  K6 [  K! c  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。8 W7 r1 t# m8 z7 m* k  w. ?0 z
注意事项:5 R; A. R% R9 s" l+ d/ c$ D

- g; K& Y# D; M1 i9 M! R结构体arm_fir_instance_f32的定义如下(在文件arm_math.h文件):
. I* x! C+ d9 d- |. P; S
% X+ h, B; q+ b, S. f) B
  1.   typedef struct" X& G" |7 v( X" y  I
  2.   {
    4 C$ y+ U& o" S# B2 ?" s" `
  3.     uint16_t numTaps;     /**< number of filter coefficients in the filter. */
    ( Z8 h/ d% ]" O
  4. float32_t *pState;      /**< points to the state variable array. The array is of length */$ I" P: u- j1 l! V
  5. numTaps+blockSize-1.
    " I% T- o( |/ w) ^
  6.     float32_t *pCoeffs;    /**< points to the coefficient array. The array is of length numTaps. */
    9 W" x2 ]* v% t. N
  7.   } arm_fir_instance_f32;
复制代码
9 W, k: j. T, ~: j
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:3 y2 M7 i7 x4 {, s0 d
% q+ f( I4 [( S
{b[numTaps-1],  b[numTaps-2],  b[N-2],  ...,  b[1],  b[0]} ; I2 w+ e# T' R; h) `. ]4 ]  [
4 ~- [+ X7 _$ |  b6 }2 `% k: h
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。- [3 C+ g( t0 u
$ O1 p3 f$ e: Q! }5 j: 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。
, d) O0 o5 G6 t
7 o8 v7 j; m; k0 N3、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。
/ d/ u$ D6 V2 k3 h$ a, R/ S5 Y
9 a- E- h: W% t1 `6 b40.5.2 函数arm_fir_f32

6 @, w0 T% \8 j9 D# g函数原型:
) l, V1 p: [- Z$ v$ S7 m& s; l9 T) V! h2 ]" O0 [" V
  1. void arm_fir_f32(
    3 z% t  J3 V$ O6 _
  2. const arm_fir_instance_f32 * S,
    ( @' e# g+ O4 K# W
  3. const float32_t * pSrc,( M* [. H1 x7 v0 b/ n, F
  4. float32_t * pDst," T6 R6 K6 ]# N- @
  5. uint32_t blockSize)
复制代码

; b7 g& `9 F! J3 d函数描述:
; p. A1 r2 ^. O, b/ x) }" A4 C3 G: P! ^% n
这个函数用于FIR滤波。
/ u* u  y  S* K/ z/ v: m7 V6 b6 C3 r' P, J  C8 `
函数参数:
9 n- q* }) T8 O. X4 G9 l
. g8 F% x2 t  E! O  第1个参数是arm_fir_instance_f32类型结构体变量。
' T7 j4 p. ^: X$ H9 G& Y* J5 n  第2个参数是源数据地址。
% D" a; _) K/ ?  第3个参数是滤波后的数据地址。
8 }  w1 \4 s5 q+ e  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。
7 D# x% u. K) o* m# I5 L0 K$ N
1 d2 Z) }1 N$ c. V+ n, S* f40.5.3 filterDesigner获取低通滤波器系数
' ^6 c# h6 c1 @设计一个如下的例子:5 n& E% \" R# P7 \  F/ y1 a

3 ]1 k! j3 {. l: g6 y) N# P信号由50Hz正弦波和200Hz正弦波组成,采样率1Kbps,现设计一个带阻滤波器,截止频率125Hz和300Hz,采样1024个数据,采用函数fir1进行设计(注意这个函数是基于窗口的方法设计FIR滤波,默认是hamming窗),滤波器阶数设置为28。filterDesigner的配置如下:- W) Z) {  {* q
4 H2 G0 z) t. N, \
c5d13a97f5445a4be6bd0adeda75b3a6.png
: a% U/ v: q+ A3 I4 V6 M1 E
- p9 {* U' |. \/ R6 c: 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。) f0 X3 Y; F  `* g; G) T

  N3 q2 u" V" y# \40.5.4 带阻滤波器实现
( c$ r7 m. }  ~" y. a4 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。
+ s3 }7 Q1 n7 A
* O% }( |( a7 S3 @3 a2 K; n
  1. #define TEST_LENGTH_SAMPLES  1024    /* 采样点数 */$ d: O' c, M1 O5 Q$ ?. e, @
  2. #define BLOCK_SIZE           1         /* 调用一次arm_fir_f32处理的采样点个数 */0 b0 l% a0 w. h9 b
  3. #define NUM_TAPS             29      /* 滤波器系数个数 */
    % f! n: h! Q) I  b: v! p$ g

  4. 6 C9 w4 \3 f6 i$ l* G4 b  Z
  5. uint32_t blockSize = BLOCK_SIZE;5 g0 Q) x1 P. y7 B8 v5 Z! l7 W
  6. uint32_t numBlocks = TEST_LENGTH_SAMPLES/BLOCK_SIZE;            /* 需要调用arm_fir_f32的次数 */: q9 H: y# v. A' c4 }
  7. 1 K" V6 f/ c4 s
  8. static float32_t testInput_f32_50Hz_200Hz[TEST_LENGTH_SAMPLES]; /* 采样点 */
    1 A$ k4 Z' L6 H8 D
  9. static float32_t testOutput[TEST_LENGTH_SAMPLES];               /* 滤波后的输出 */9 y8 M' P7 \! d/ s0 {1 y+ g" M  t
  10. static float32_t firStateF32[BLOCK_SIZE + NUM_TAPS - 1];        /* 状态缓存,大小numTaps + blockSize - 1*/
    & J: Z* T8 [% o6 v2 i

  11. 3 M9 G" r( f5 h9 j2 T7 l4 [, V- q
  12. + d$ S, A& E. x- s+ `
  13. /* 低通滤波器系数 通过fadtool获取*/
    3 U4 d" D6 U% B0 n$ M8 b! @9 \
  14. const float32_t firCoeffs32LP[NUM_TAPS] = {# v: r# r$ X0 i6 p& @
  15.   -0.001822523074f,  -0.001587929321f,  1.226008847e-18f,  0.003697750857f,  0.008075430058f,, u4 ^, _) \- ], ]( L& G
  16.   0.008530221879f,   -4.273456581e-18f, -0.01739769801f,   -0.03414586186f,  -0.03335915506f,9 N( _# U# X1 V: G( o* N- i
  17.   8.073562366e-18f,  0.06763084233f,    0.1522061825f,     0.2229246944f,    0.2504960895f,
    " E. q( l' G9 Q6 N: K
  18.   0.2229246944f,     0.1522061825f,     0.06763084233f,    8.073562366e-18f, -0.03335915506f,5 t& w+ x! ^1 n* {  }+ S. C, J4 F+ |
  19.   -0.03414586186f,   -0.01739769801f,   -4.273456581e-18f, 0.008530221879f,  0.008075430058f,
      Y' b$ G$ _; S% B( J; H
  20.   0.003697750857f,   1.226008847e-18f,  -0.001587929321f,  -0.001822523074f" e9 u- A& e  E1 P0 C# |
  21. };- r( ~3 c' o: H7 w7 L9 ^9 C/ [

  22. 6 f5 L" y: V+ P
  23. 8 n: J/ v0 Y% M% N! a7 h/ y. H
  24. /*& Y, K, w. K! V/ s: b* B" m% R0 l
  25. *********************************************************************************************************
    3 o' H$ h4 X( u7 b
  26. *    函 数 名: arm_fir_f32_lp$ M. J- F) |. {5 Y6 Q
  27. *    功能说明: 调用函数arm_fir_f32_lp实现低通滤波器
    $ m+ L% ?: y5 T& U1 ]2 G% f+ M( o
  28. *    形    参:无5 B# Y0 v. s! |! {2 P
  29. *    返 回 值: 无8 [: Z- f6 ]) w/ _
  30. *********************************************************************************************************5 o' B, A( w* k* ~" u6 L
  31. */
    ) A! M# x% K- k- U% r. P- n7 e# @! p
  32. static void arm_fir_f32_lp(void). L+ O' b" \9 @" o3 w
  33. {
    , z2 p0 W1 q1 o' f3 b
  34.     uint32_t i;& B  Q) F5 R+ t$ ?
  35.     arm_fir_instance_f32 S;- ]: Z; h- w* i9 r$ R
  36.     float32_t  *inputF32, *outputF32;) [' H. j+ `0 O6 u
  37. 8 G, h8 t6 Y  ~7 d* S5 t
  38.     /* 初始化输入输出缓存指针 */, ^& C% Y! C- I  A
  39.     inputF32 = &testInput_f32_50Hz_200Hz[0];
    * C5 h  f: ~  D' O2 f
  40.     outputF32 = &testOutput[0];+ H# A0 M: K9 e9 J( {
  41. 8 s, f1 f/ w0 F, ~( i* _5 R
  42.     /* 初始化结构体S */
    ( @" z% V6 \0 Z; n$ a
  43.     arm_fir_init_f32(&S,                            4 A1 c, P0 b: C9 P( t" U: C
  44.                      NUM_TAPS,
      P! `+ H4 Z2 z- A
  45.                     (float32_t *)&firCoeffs32LP[0], $ l6 [( V7 }+ u* U
  46.                      &firStateF32[0],
    $ Q, @. e5 f' ~9 N" l7 ?
  47.                      blockSize);
    9 b& W" ?* R3 k4 Y# ?

  48. 9 s' f+ d8 h0 m8 w
  49.     /* 实现FIR滤波,这里每次处理1个点 */, c8 M. ?/ j$ A( v
  50.     for(i=0; i < numBlocks; i++); B/ p; j: ?6 ?: v6 k% r' z8 Y
  51.     {
    $ V& m" o0 Z) q
  52.         arm_fir_f32(&S, inputF32 + (i * blockSize),  outputF32 + (i * blockSize),  blockSize);
    & e+ w1 H( j9 m) n8 P
  53.     }+ t9 j9 Q4 h/ h
  54. 2 |6 j  g! L1 U. h: c& x4 O
  55. 7 ?/ h9 Y8 c  c" Q
  56.     /* 打印滤波后结果 */
    3 n5 P/ V3 n0 u/ Y4 V3 h1 `1 I8 U
  57.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)' \6 C! j( H" b- v
  58.     {
    0 @1 ^9 z9 |. W9 W! D$ n
  59.         printf("%f, %f\r\n", testOutput, inputF32);- f6 d+ E, S0 d/ T% W: `, V
  60.     }' c! _1 ?/ D. [7 n# n2 A
  61. 2 N% B3 P/ z# L4 _
  62. }
复制代码
  {3 v4 B/ S2 v9 ^+ r; ^
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。' i4 D2 ^" @7 `: K

1 A9 r* c/ A1 g* z/ H& y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:
; o* e; |4 X( K
$ @4 `& {' g5 K: T3 d/ t$ G( o
  1. %****************************************************************************************
    , u8 l: a* ]: Y" g/ k9 M
  2. %                             FIR带阻滤波器设计
    + N+ |9 c- j5 c4 n8 @& q" y! g
  3. %***************************************************************************************
    6 {& b! l# E+ h& ]1 g$ N2 P1 u
  4. fs=1000;                  %设置采样频率 1K; n3 s4 x1 v; ^, _* [
  5. N=1024;                   %采样点数      
    1 v' v; Q2 u+ Y# a2 d
  6. n=0:N-1;
    - ^6 \+ E, U2 u5 m
  7. t=n/fs;                    %时间序列" K/ c( w  ?) M3 i2 B. w8 k  \: A
  8. f=n*fs/N;                  %频率序列
    & k  K& N7 d  E0 {

  9. 9 W* Z  w  Y# ~) [% ?1 P
  10. x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*200*t);       %50Hz和200Hz正弦波混合           
    6 M$ J! C0 V) ]3 `
  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。
    9 e5 {  W6 W6 g1 I
  12. y=filter(b, 1, x);                        %获得滤波后的波形
    - A( W# s" H% k6 d0 Y
  13. subplot(211);/ X" f+ u( R# g% \
  14. plot(t, y);
    * Z% B7 c2 Y6 l% k
  15. title('Matlab FIR滤波后的实际波形');# [  ~3 Z" Y' E
  16. grid on;9 j: M2 a5 f; R8 G6 d9 \

  17. 4 Z! V, w" U4 Y$ H4 b2 [$ c
  18. subplot(212);4 x$ I: k! ?3 G& X2 L1 I: b
  19. plot(t, sampledata);        %绘制ARM官方库滤波后的波形。
    - f2 ^& z& {& A# T# c! _7 e
  20. title('ARM官方库滤波后的实际波形');
    0 g" p) w. ^# P  M- d; p) x( Z
  21. grid on;
复制代码

! U1 G' ?9 K" e: d$ e. X5 sMatlab运行结果如下:
7 b* [' _- w6 z
1 g* D* P1 d  k. @5 Z
916e866865e182e874925fe4e2fdc08f.png

* I$ y/ X5 g4 u+ T  N- @$ x& g% Y2 u/ u- M
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:
" A. R7 x( p6 ~  C/ C, K+ ^: F% A" G# @2 R4 C$ X
  1. %****************************************************************************************2 z( P/ J4 E* c" q, h% Q% p
  2. %                             FIR带阻滤波器设计
    7 P+ }7 Q5 s* r( z2 e
  3. %***************************************************************************************# I) S$ ]/ v- Z: \; ?( q$ W
  4. fs=1000;                   %设置采样频率 1K: @! f+ C0 x1 ~" w. C
  5. N=1024;                    %采样点数      
    " X2 o0 H) ]/ y3 m6 S. ]9 B3 N
  6. n=0:N-1;4 i% h4 u" x& c! W2 l1 f( P8 n
  7. t=n/fs;                    %时间序列
    " Y; J7 Q" N% O3 N. e
  8. f=n*fs/N;                  %频率序列
    4 z$ G0 {0 l. n7 T- b9 J* m2 L

  9. % a; V" ~# j2 f& z- J
  10. x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*200*t);  %50Hz和200Hz正弦波混合           % \/ `& m2 V: I0 Q" {! k
  11. subplot(221);
    ( y9 H# g! b' l4 z
  12. plot(t, x);   %绘制信号x的波形                                                
    * j; w6 l  K1 I. A
  13. xlabel('时间');8 k* e; X' ?& W7 f7 C
  14. ylabel('幅值');
    / S+ O) [' \  {+ h6 y
  15. title('原始信号');
    2 W. o4 y: q0 y1 o. v7 U( H4 y
  16. grid on;# q- ]4 y8 U. G
  17. ( D1 t6 b  M- T+ U, J' T# F! B7 E
  18. subplot(222);1 H9 }0 U# i) T! U  s8 X% _) T
  19. y=fft(x, N);     %对信号x做FFT   # X6 H7 v  V" m$ `# j3 W
  20. plot(f,abs(y));
    , Q: X8 L" o0 S
  21. xlabel('频率/Hz');- N+ _6 P0 v1 m1 ?: o4 O$ [" U  N! {
  22. ylabel('振幅');
    ) X+ ]" c( c! J* F# i0 @
  23. title('原始信号FFT');
    7 D5 `) g  f3 a. Y, F
  24. grid on;* S: L$ \( F5 W4 L# z" \0 P

  25. 7 y! P5 x4 l# s
  26. y3=fft(sampledata, N);       %经过FIR滤波器后得到的信号做FFT
    6 i3 h: X/ \$ |) V9 T
  27. subplot(223);                              
    8 R, y4 ~; U  u  b0 B+ V5 B
  28. plot(f,abs(y3));
    ) t- [7 ?4 A7 z" R) G0 ?8 u
  29. xlabel('频率/Hz');
    " J3 ?& s6 o- r3 l
  30. ylabel('振幅');: v' m/ e0 J: V) g8 I
  31. title('滤波后信号FFT');
    * x6 u3 c2 @! N% U0 i" @
  32. grid on;
    / k% D2 l/ S1 `8 U

  33. 0 `( V' A# z/ J# {. u
  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; N, e+ U, w4 h
  35. [H,F]=freqz(b,1,160);                  %通过fir1设计的FIR系统的频率响应
    9 u( h9 U0 ?, J' ]/ _, s
  36. subplot(224);
    ; d7 H) i. o1 p$ ^) R
  37. plot(F/pi,abs(H));             %绘制幅频响应: H' v$ \% |& [1 d; o7 }/ V+ v) l1 l1 I
  38. xlabel('归一化频率');        ( l$ L6 O( R. q5 K% w; i1 Z
  39. title(['Order=',int2str(28)]);
    & q+ ], o+ s! x; I* Q! S; Y  W
  40. grid on;
复制代码

  Y( g  n, u* A$ iMatlab显示效果如下:2 C1 p+ v" ?4 m7 a2 t% G7 o. C
, r7 K% G4 ~+ Z: a" Z+ ~- ], E
73baea66269631da516a74e98da45b88.png
* S& J% v7 g" w# ^. V. ~. N! t

4 M; }& [6 }! i4 T& M9 o/ P- x上面波形变换前的FFT和变换后FFT可以看出,200Hz的正弦波基本被滤除。
/ w- S- a- i, m% \
* i# T; P) @: E" c1 c  m( V40.6 实验例程说明(MDK)
8 R, r% M. k; `% O9 U  b配套例子:
1 N+ L! ?7 E# e
3 C2 a4 w7 y, u1 k1 e5 \9 _. O9 D* VV7-228_FIR带阻滤波器设计(支持逐个数据的实时滤波)1 J2 M2 C  e6 o# [

( L) |4 P' L% O+ F( T实验目的:
& R% m3 }* D2 s! T5 G$ J学习FIR带阻滤波器的实现,支持实时滤波5 R, \! C; O: N4 N3 H6 N
8 o0 V7 l' b+ B" s0 r5 o
实验内容:/ X, |% `* i0 A9 E3 b6 T" u3 W
启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
) h/ n4 f# u7 b按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
. a5 _% q& y6 P* \8 y! {; C" ~3 |( I( N% f; r
使用AC6注意事项
: I" f8 `/ c- I) d( Z特别注意附件章节C的问题
0 s" J6 h; }0 A1 F& E  T
0 P* @* {" L) Z/ u# F上电后串口打印的信息:
% g+ `) z- ]9 s7 n
0 P' S- ^( @; S波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。
5 J$ F5 \! F0 J! ~( k, ]/ m( s/ ~: @% Y7 T  O1 e: @8 ^
9820ba6145f7d8a3406f4cccd06e4b4c.png

' L  m. s$ s, Y3 x" d- M5 D% M+ L7 w, N; q) ]3 l1 f
RTT方式打印信息:5 v* E! a+ S8 p; q. X2 `5 F
. w- t0 _9 s2 W) {+ B
803e36294ac8bbc76428bcbe5613d79d.png
7 A( c. H/ R0 t& J( i0 o

" y$ ~& j5 M# v5 x! \程序设计:* a+ K! r" u9 K" e4 m; W

; n  T+ o4 }; q  T9 O$ g: ^  系统栈大小分配:
7 N$ q0 A# A+ Y5 A* M4 R2 j
8 z( I/ b, U. O! K  M5 m: D; k
ec342c78f71466987e218f42f92187c5.png
( A& c, q- |! [% o& F6 t

+ J5 x- P1 D' C7 }2 D& Q  RAM空间用的DTCM:
8 B1 Z4 g/ y& U& D
! d# f; p* C/ A5 {) y
7f807913bee995db3a40e79477f226c9.png
( ^- [* _! b* U: \

& o/ F  b1 d0 l& o  硬件外设初始化
) J7 o. r/ o$ `6 }0 y
# L6 m6 S/ Q; R+ H# y* ~5 `5 d  e硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:8 E. r6 E, T. d! p

) ~0 k' k, O5 H4 H! M: Y
  1. /*+ ~9 Z: G) i4 b" G
  2. *********************************************************************************************************
    - r- a6 X7 K. ?, m  p# }/ F
  3. *    函 数 名: bsp_Init& c2 x: e* ]" |$ A+ b1 V
  4. *    功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次; T0 R" e% h' u, q4 z
  5. *    形    参:无
    6 m4 I6 P0 y, {! e. b: ?
  6. *    返 回 值: 无% P! H& v  B" ^7 ^% C
  7. *********************************************************************************************************8 B. G$ I0 @4 }( x" E4 ^
  8. */2 G  L6 S6 Y/ {. @' j% v! a
  9. void bsp_Init(void)) |1 y9 h3 L' a2 p) R
  10. {7 ]8 ^+ u& d% n  Q0 R
  11.     /* 配置MPU */
    0 v# y% R( i# i1 g# @5 G
  12.     MPU_Config();
    : _5 c& Y8 r( z/ t7 N1 X6 a+ b
  13. 2 G; \3 h( l! o
  14.     /* 使能L1 Cache */
    ) Y' c5 x1 B- |( U! {
  15.     CPU_CACHE_Enable();
    9 R/ P9 Y- e3 z5 P, B. O- P1 Q
  16. + Q1 t; m- V6 ?1 e, Z4 Z, z/ m
  17.     /* ) j9 b# c6 P5 l
  18.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:
    # Y/ E. ~1 Z2 l8 Y
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
    : w' j. U* h9 U% [* Q; h
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。! ^# f% c# j: Y
  21.      */+ T! X1 s! m* {8 o
  22.     HAL_Init();- z+ ~  h( _( e% W8 N! W1 c

  23. 2 v7 C9 l3 d3 V) n, \2 h
  24.     /* # k- Y, {6 L3 [$ w8 g5 o
  25.        配置系统时钟到400MHz
    ' _0 T1 T4 q  ], v2 k* a
  26.        - 切换使用HSE。
    ( a, i$ P) @( s2 b, m' G
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
    . Q4 R: e" h- s6 t* U  Q
  28.     */0 k; q' Z0 B9 r$ F
  29.     SystemClock_Config();
    " x& ^" O. F1 o! `2 ~

  30. 8 p7 E% }0 q9 N) a- G) ~
  31.     /*
    % a" F& g9 l4 r+ a
  32.        Event Recorder:0 p" \5 h* J" }% U  N' }
  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。+ z9 ?  Y1 a3 K, _: U4 g' 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/ P" _- T# E' ?$ N5 Z
  35.     */   
    # K# W* Y* w% {* K+ W
  36. #if Enable_EventRecorder == 1  / C. X" y" X7 \6 K' O/ X2 W+ A: L8 W
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 */( T. O& x( O# R
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);% I# ^& \, V* L9 I% o
  39.     EventRecorderStart();
    * n) x! [6 B/ B7 N! d; k- o- O% W, R
  40. #endif
    ' U) |* g1 ~# R8 c$ o) D: I9 ?
  41. ) d6 o3 T6 c$ O# B  Q7 a/ |0 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 */% }9 b! m- e% ]9 o8 _+ l$ ~
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    ( T$ S" J8 H( x  W9 M7 n
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */( d2 g0 x; }8 m! @" F! [
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    9 [- ^* R  N  k; l. q# u
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    ! g0 B6 Q2 W3 y- j; ~
  47. }
复制代码
" I4 F5 t2 e% `
  MPU配置和Cache配置:5 C% G7 }  k2 o: R, B

( _: R3 ]2 E5 r' Q+ n4 ?& f' E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。
3 X5 d$ s$ U6 U: p  h$ ?2 _- g# k6 _4 M# F
  1. /*
    ) T: Y- l! {2 _1 J( n6 c
  2. *********************************************************************************************************% ]/ c: ]/ l  Z+ M3 _# P, \  a6 U
  3. *    函 数 名: MPU_Config3 v3 G/ x) Q( S8 W9 V  W
  4. *    功能说明: 配置MPU* V3 h* i2 q$ ]8 Q& U8 L# E
  5. *    形    参: 无3 ~* ^5 C# @+ e& W5 w) `
  6. *    返 回 值: 无/ u/ b3 W8 B) _- T6 Q
  7. *********************************************************************************************************4 n% _. I. o/ o% Z
  8. */1 r" @7 E3 q- V% Z  |7 w% B
  9. static void MPU_Config( void )
    - u/ E; g5 t0 P4 g) J  v3 K4 i- R
  10. {
    ! A3 }1 p$ c$ m2 K
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;
    , y! Y2 j% j* w5 e

  12. , G& o6 V' c  v/ {; W, I% A
  13.     /* 禁止 MPU */
    % ]7 v* r$ |" x
  14.     HAL_MPU_Disable();. T1 m1 y2 {  q5 J3 i& |$ }: B: H) ]
  15. ! M3 O9 v8 W9 m, _2 [
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为关闭读Cache和写Cache */9 Y5 L& H$ k+ v4 D: k
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;9 M" O# C3 ~. ^1 p2 g$ w
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;* \! ^7 ~7 Q, w
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;: ^/ |8 {4 N% @; A4 n- J
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    ( l3 U( H8 V+ T( M: C
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_NOT _BUFFERABLE;
    7 b/ n' F. o- G9 s
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT _CACHEABLE;% c* a# b1 y* E, y6 l
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    6 k! c$ `) V( Y. }# Y7 ?' z, `: n
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    . v. D7 d7 P0 o
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;1 k' u7 G, y! m& ?
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    % U# O& `) J) f' v
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    6 Q# Z, t7 \& q

  28. 4 y4 R0 `2 [+ d: x$ s
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);7 ]9 o3 p, ^* m8 l& F
  30. & X" T! y) C8 L, [5 N
  31. % r  P9 u: F. Y7 j, v
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */8 ?( `7 B" k# f$ c( q  H
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;# k' z; I) s, Z* t/ I5 U; H7 ^# T
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    1 ~- f" ]) N" Q1 R: A
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;    5 C2 c# G, b- K* s* q6 {
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;" S" M4 j9 N( c
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;1 O6 Y& @" f( m" q8 I
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;    1 j( l, ^: D: @# O& }/ L$ i
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    * _" V4 o8 g6 I
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;, F# `4 F6 b8 y+ @8 u
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;1 O  ^% U3 q# u+ ?: t1 v
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    0 E& C2 L, x' K. G) I5 v$ B/ B+ a
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    4 N9 t$ G& Q5 z& Y& b- `( t( R

  44. 5 e) B! o% I7 M( ?
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);' Q; s2 _1 V& u

  46. 8 A% k+ W$ a& S" t- D0 k- a, W4 s
  47.     /*使能 MPU */
    : a+ S, W  X* I! \& B" H& N
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
    / S7 V; d# a2 u# R) U, ?8 j% p
  49. }
    ) h* e8 j) U& r) ~' [
  50. 1 D5 `) I: w2 Y  u! `* Y
  51. /*
    ; S$ C; @1 B7 O$ d8 X) [0 }
  52. *********************************************************************************************************
    - R; z: Y  f# @7 P7 O
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable3 Q0 z8 ^, w5 ^. p8 o- G* F/ j( O
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache% N' \, K% S1 @1 t  c0 ^5 M; N
  55. *    形    参: 无7 }- G  _# I  n/ v. H4 R1 x+ y7 x3 F
  56. *    返 回 值: 无; z! K5 A. T2 ~8 b5 M/ ^# f
  57. *********************************************************************************************************
    5 E/ J& H6 @: u6 h* J6 n
  58. */
    6 y( H5 }" T! ^) [+ e
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void)! ^$ T' y4 W2 w. `% c8 ~2 h& z
  60. {: Q) S' c" a9 I; Z9 V8 U2 c
  61.     /* 使能 I-Cache */7 `6 ]) K  Z% Y; h! @. m( B
  62.     SCB_EnableICache();
    1 B5 H& m* U  X! F3 u9 C

  63. $ k$ F7 b4 z- X/ C( v$ @, @
  64.     /* 使能 D-Cache */
    $ {4 e3 z! q4 a1 U1 B+ }% I
  65.     SCB_EnableDCache();$ x( Y5 j! D! A- W
  66. }
复制代码

, X. g; f7 a; y% Z& W  主功能:
  W9 C; X0 t, \4 r
0 |5 G) [7 l7 ]$ x% h( {6 ?) X主程序实现如下操作:
& j8 E: Q- t8 w& M# Y! ^7 ~, x9 B% L0 a$ [5 A. B) ?
  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
8 Q; m8 x( }' h* k! w  按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
5 f/ }/ l2 |: z. A. `) l/ T
  1. /*
    . Q- E0 \9 B' ?$ K! \
  2. *********************************************************************************************************; V5 C  Q8 {% e
  3. *    函 数 名: main
    4 c6 i" [/ J( ~( n: \* {, R4 v5 N; n- u
  4. *    功能说明: c程序入口
    7 s+ E; U/ @  v" H$ V
  5. *    形    参: 无
    8 i, K4 d1 I$ @- `- q" x
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)) K# x8 Y) X2 L' |* J- l5 V) ^, W
  7. *********************************************************************************************************
    / ^3 d2 S+ g& E7 x# u! }# Q
  8. */! W, g* F  k! }# c9 d# D: K
  9. int main(void)
    3 d2 Q. k9 e6 o
  10. {
    " n- R4 j4 q" k3 i* U7 E( W) O
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
    . _* Y8 z7 Q: s0 ]
  12.     uint16_t i;1 z; |# B. m+ s! g% k
  13. ! d2 h* c: `: L$ r- h) ]9 |

  14. + J$ }5 H( n8 r2 m# J
  15.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */9 Q# e: W7 a, q, d# Q
  16.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */
    ) Y% R& T: l) e6 B/ r. C3 Z

  17. 3 T6 [6 Z6 t( V, F, ?
  18.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */9 @# Y) Y0 L5 {' a
  19. ; n8 I5 q- e3 s7 Q! e
  20.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)0 X( d( d# ]7 q3 B2 B. U& {, K
  21.     {# B. ^9 M0 x2 K# Y* v4 H: s1 V3 Q7 x
  22.         /* 50Hz正弦波+200Hz正弦波,采样率1KHz */
    5 I3 I# m1 j$ g0 Y% [1 d: L& p
  23.         testInput_f32_50Hz_200Hz<span style="font-style: italic;"><span style="font-style: normal;"> = arm_sin_f32(2*3.1415926f*50*i/1000) + # ]% N! \3 J- e' d/ Q& z9 |' C0 A
  24. arm_sin_f32(2*3.1415926f*200*i/1000);6 @$ u( _, ~. s1 D
  25.     }) u: K6 A+ a6 f, y5 z$ O5 Z" }3 y

  26.   p! T( R( x% w% F' P
  27. % ?# x( T9 D$ E0 i8 R) `4 j
  28.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */. U5 b8 U$ j, X/ V  R6 C; s

  29. ) V2 u* l& B6 N6 o2 r6 V
  30.     /* 进入主程序循环体 */) T. U, `& m1 u: X6 C8 i4 [2 l
  31.     while (1)
    4 b2 g# W8 ?" k; m+ J
  32.     {
    1 @% U& ^  }2 p- L
  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 */8 G( x$ v/ Y5 T6 ?' A
  34. 4 J% h- y9 k5 d1 M# i. U) ~

  35. # X4 X  o9 o$ {/ Q' A, X, c
  36.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */
    6 }: m& I' f, ^  Y( R% f
  37.         {+ ~; @" \& K  G; J! V$ `1 G9 ^
  38.             /* 每隔100ms 进来一次 */3 \: \8 O2 e, Z2 A9 K  d4 y
  39.             bsp_LedToggle(2);    /* 翻转LED2的状态 */
    ( h, d3 P! e* d/ p
  40.         }( \7 ]$ d4 O5 k7 w" z  k  w

  41. ! M7 F" G- B  m: p' B- J6 z2 n% m. o
  42.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
    8 a6 F( i7 ~% q# Z" t" E% E( `
  43.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)4 Z/ a# Q. [/ d. F& A/ @+ z# R/ ]
  44.         {
    ' j( u( f& l, x6 H
  45.             switch (ucKeyCode)
    & _: b, x2 H, q6 n$ P* o
  46.             {" o" j6 D& }. ^
  47.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */
    + `% a2 h; d  r) T) d6 d. G
  48.                     arm_fir_f32_bs();
    9 o+ s1 w. q# R
  49.                     break;$ M2 K- W) T# e* @

  50. 4 E% M! v, b2 ~  m! O$ p% L

  51. 4 E- D8 d9 f2 y, `
  52.                 default:
    # u; L1 g2 l- c; m2 w: w
  53.                     /* 其它的键值不处理 */
    5 D/ V. p, Y+ F3 y+ x
  54.                     break;
    % v8 Q# B5 R5 u& e/ E4 f4 r
  55.             }0 q4 O! ?, K2 }, e4 M- \8 {, n/ ~
  56.         }
    / e  a( \( E% _# h( C1 P

  57. # K: J! B( T) v( V! {# G
  58.     }) t; O2 Z- {6 l
  59. }</span></span>
复制代码

# c2 R- O: k; ?$ R2 c40.7 实验例程说明(IAR)) W$ Z1 b" Z7 F' Y
配套例子:
; P6 B" [, Q$ vV7-228_FIR带阻滤波器设计(支持逐个数据的实时滤波)5 R* O9 z: \$ l- F

) }8 R! e' I" g( A. S实验目的:
/ H% m; l8 H% i. o/ l% D$ e6 f学习FIR带阻滤波器的实现,支持实时滤波

+ `% O& ]* ]6 l! W9 T9 x+ E, o
# a. ~1 j/ U3 t# S3 ?  I+ \实验内容:6 Q  q- m$ N) [+ T2 ^9 F- \  @
启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
+ _* }2 ~& d% @0 w5 f+ C7 h& y按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
+ c. O" F- O6 ]
4 i9 Q7 C1 b+ p6 ]' s
使用AC6注意事项
) E, J8 p% e# y2 N$ C特别注意附件章节C的问题
9 u) T' s$ p4 P4 B$ q  a& n7 g: _( @5 i" T
上电后串口打印的信息:
! T0 t5 P$ m- t# u6 h1 @; y
; V  N: m! J8 c5 r  d波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。6 r8 N! x! E+ d# F; ?$ P
% @* v4 B6 @& W0 s7 {0 C' M
70f3399c2aa9dec61c38503cb279463f.png
$ Q: g* C. E) h" x, j& h( n

7 h( x0 y+ I8 t# P& `, e; a" E7 DRTT方式打印信息:
6 t8 b+ `; v4 m+ ^
0 t+ C9 C1 [! S5 P
3216bf4356cb1b680117bbddb4f062e0.png
9 }) ~9 H) m, j! Q& b
/ L$ h2 ?8 z) C3 t
程序设计:
1 N& t, Y6 v8 y" R  F
1 W4 B# R) n7 E$ u9 L  系统栈大小分配:
* X7 o3 S* T- H7 C+ r0 g7 X) J! n; N! c% z
6c0034e2c114417bc42c84b776059e2e.png

- z8 e: r  q. X  D3 ?1 h4 ^" Q) v7 V3 C9 \* N$ k1 I# ?/ U3 q5 U/ u/ j
  RAM空间用的DTCM:2 H* w6 t  T+ ?) g( t

/ c+ u: w- J8 R1 \$ D
636fab000c9dcaaef2a3c37cf6bb28b3.png
3 c1 u$ n" A$ K1 {; O
. M9 g( R1 X+ q( b
  硬件外设初始化
6 T" Q. E9 m. S, O# K6 l2 {& P9 l5 t/ n  V' W4 G' _  W' v
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:* X& X$ M9 p$ S0 r' D. H

& t  T  j2 M! Q' G( e$ h6 ?: ?
  1. /*. X5 \$ B1 s/ k2 J- r0 U: h# r) ~
  2. *********************************************************************************************************
    9 s# M' P) d5 r! v8 s; i4 p
  3. *    函 数 名: bsp_Init6 Y" J4 n* l2 i' U6 j1 m
  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' s2 ]" v; ?) [
  5. *    形    参:无& z/ ?4 v6 R- N  @! y( y
  6. *    返 回 值: 无
    % }. G) w2 Y4 y7 s! O# I9 W
  7. *********************************************************************************************************" r- S) a% J7 j/ W
  8. */- k: }- Z, U& M0 Z3 r
  9. void bsp_Init(void)
    / {, u8 K2 T# V9 p: m6 I& y! u
  10. {% S: c1 j. V& Z1 O% [
  11.     /* 配置MPU */
    ; d1 Q- d; G3 {1 H
  12.     MPU_Config();
    4 [8 Z) c1 l8 o' e- y+ ~: \

  13. 0 W$ y# |! {, B  u) H& _
  14.     /* 使能L1 Cache */
    / W" A9 Y4 P5 p2 {
  15.     CPU_CACHE_Enable();: l8 D$ Z3 g" d6 N' C# O" K' r
  16. ( f! X/ n: z  O+ G/ B  Q! b3 x
  17.     /*
    ( ~! p  `# E0 c) w) g: |2 S) ]
  18.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:
    8 s. w% ^7 D9 j- G" A
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
    # l! F6 `( ^* j) x4 k
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。7 Q9 L" q5 e* X4 V- N8 E6 ~$ [% l  @
  21.      */: ~! Y. g6 t2 p. Q" A3 T
  22.     HAL_Init();
    / H4 u+ t4 ~/ W* M6 j( \
  23. 1 S/ X. r7 h  C( A3 v
  24.     /*
    8 i! \( j' ]6 R0 ~6 }; ]: a
  25.        配置系统时钟到400MHz. q$ Y! K; C* S: c2 p$ C4 E
  26.        - 切换使用HSE。, T. A" O4 k, l- W$ O+ R! e) I( z( S
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
    " `% R4 R  @2 B. o( `
  28.     */) V6 e( M$ T3 l1 R6 b
  29.     SystemClock_Config();3 q% ]" [% g1 }6 ]

  30. ; {: l1 l1 a, W
  31.     /*
    ) x1 P/ _) M" S. e0 T
  32.        Event Recorder:
    ; [4 o3 G: e9 m. J. c5 N$ D2 g3 E
  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。
    6 y8 e2 _+ h0 N* S, 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
    2 {. W6 v: [+ t1 _
  35.     */      G( k) [" [9 e: W5 p1 C
  36. #if Enable_EventRecorder == 1  3 {. Y) A( o  @
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 */
    - ^$ M% M4 t. s2 _8 L
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);, |2 X( O( v1 s) _
  39.     EventRecorderStart();. |$ ?, @5 h1 C3 ^( g
  40. #endif$ j( [) v/ Y# T* p% A: `; x

  41. 4 a( V6 z9 X. k( d/ 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 */
    % K& E/ j( a8 W: d% N
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */8 ]! k- G  P1 \" v' p5 f+ \" S
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */- J2 T9 g/ A; ^( X
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */   
    / w4 D) \# J' u4 ^/ M
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    : O5 s0 z+ B- `/ ?0 `4 ]5 P
  47. }
复制代码
8 G8 r4 [% \/ j; z
  MPU配置和Cache配置:
1 @! s: M+ e# V( }" S0 |3 p. E* R! o0 w4 E0 s
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。
. I; K+ a( J. J8 `3 W6 r( i4 ^& O
- V  u; K% I  x, r
  1. /*# z; m1 g( i  I/ e4 m$ ~" P
  2. *********************************************************************************************************
      B6 [+ @9 k' L
  3. *    函 数 名: MPU_Config2 |0 ~, L& n" w" e* K0 s" @8 x
  4. *    功能说明: 配置MPU! a7 B1 y# a- t( u
  5. *    形    参: 无
    4 E9 m5 G. w; ^. i) k8 W6 W
  6. *    返 回 值: 无
    / E/ G2 J: T% S
  7. *********************************************************************************************************
    & O- [, y. c0 o6 L6 w+ }9 D; }
  8. */
    2 c* O1 n+ p$ L9 ^7 ^* z
  9. static void MPU_Config( void )6 w$ Y( C" g9 Z) T6 m
  10. {
    2 a& c" s) D) n' F& X$ w) b
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;  G5 A! c- i. o3 Y, y6 x
  12. 9 {$ O5 c: l4 {" [+ B
  13.     /* 禁止 MPU */! K0 R0 v- W. o- O" w/ `
  14.     HAL_MPU_Disable();
    ' U; L' z, H" p; w+ T1 N6 a3 Q
  15. 9 |- X" S/ ^; H0 y3 d
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate,Write allocate */
    4 B  V$ Y- D3 a3 _
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;" s: r0 E6 Q1 |5 j1 S
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    + x2 y4 ?. y$ \, q" U# I8 T
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;3 T0 j) A- V+ @- Y+ U
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;/ S' ~+ v: x# y
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    8 Y1 E  o1 J# m
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
    ; H( N7 p" H. g4 U, ?7 O( i& W
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    . F" ~2 U/ e6 Z9 B5 d
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;6 v0 E( ^0 [+ Z5 A: R7 M, Y. H8 l
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;
    , m) f1 h6 |9 u5 @
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;( h1 U6 r7 s* S
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;) n) O# R1 A, `/ }

  28. # w1 ^& v. v9 B
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    4 K  x7 P" j5 Y9 J% r/ `
  30. ; \/ J& K0 w" ^0 y2 A3 Z

  31. & `, k9 U4 I7 j2 @! ^7 e
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
      K# E0 W3 m& C; D& ~6 n1 w
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;" D5 e) l& }5 l- `2 g0 @
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;$ `2 }3 Q& u- y+ B$ ^6 t& [: n
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;   
    ' }3 N# |5 R1 o4 G; V, N
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;1 A. K2 ~) C: @: |! G
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;0 [1 C8 `! R* O+ Z
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;   
    # M' |# M& P( n, ~
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;2 N& S; J" g; ?8 [
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;
    # K- r4 {' X) N
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    " q0 J  ^* j: {" D  C% c6 T3 H
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;8 T  j- G; z! n4 z
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;" W0 Q6 r( M7 Y" z0 I

  44. 8 K- ]. ]0 e: C( G# ^+ R
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    ; s8 p% o. h. K2 b
  46. & a/ G; `% L: H/ Q0 k: n. A3 O
  47.     /*使能 MPU */
    9 d5 g; A  j, R7 D0 ]! w
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
    1 u; N0 l9 |. [% i- F, a
  49. }6 A9 w# b9 g) D% W8 ]
  50. 5 W6 E% O2 R+ a2 c. X: ^
  51. /*
    3 p8 S/ R' C# K& T: w2 @
  52. *********************************************************************************************************' ^( g6 u+ t* l
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable8 l' j, a; O& J; \! c  U, i* I' m- f* h
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache
    # _4 p! x. n( A& ]
  55. *    形    参: 无
    ! r7 n& U4 [4 d* f
  56. *    返 回 值: 无
    5 Z9 S. ]# m/ r) ?* Y5 g
  57. *********************************************************************************************************" w( G' N* j7 M2 J/ q" d8 y+ m
  58. */0 ]* y5 h' ?  a1 l, [$ S3 ^
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void)/ Y5 @$ G9 J9 o/ ~8 v& B
  60. {
    1 F! w+ Z+ A4 t3 k, G+ F
  61.     /* 使能 I-Cache */2 c( \- N, W; _
  62.     SCB_EnableICache();
    ! u- D2 K# t0 g0 {
  63. 0 C, |9 F$ _# ]+ p
  64.     /* 使能 D-Cache */4 T8 @* R* ]5 J
  65.     SCB_EnableDCache();# `  I8 V, n5 U1 S8 Z3 G
  66. }
复制代码
, K* d% K' W( S* Q& M' U' G4 Q
  主功能:8 g5 K- h6 J3 ~! X% T# q
6 I3 F5 d. l9 Z( b1 n
主程序实现如下操作:1 |9 S( X' Z4 ]; f7 P
4 H; t# |8 `9 ]  C3 U5 M; W
  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
* U6 f$ Z& m  E1 T+ _" a5 t3 u0 @  按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。  Z8 J" j/ }2 s
  1. /*
    * l. H4 D- \1 l- p0 ~
  2. *********************************************************************************************************
    * w1 k1 z: [  A/ x' u7 W
  3. *    函 数 名: main6 |* \$ o7 u) I9 e9 A: ^) e
  4. *    功能说明: c程序入口
    0 o1 K7 C  b( W
  5. *    形    参: 无4 m+ o( Z( E/ J$ N( @! T: C
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)
    1 {' W: o, Z+ o; J8 k# U
  7. *********************************************************************************************************
    / D/ v  H. G3 G4 j3 @3 O
  8. */
    ; M  f6 E4 a" `# d4 G6 c' P0 X, H
  9. int main(void)
    0 d/ @& j$ I" J7 \! l9 p0 A8 F1 S8 O
  10. {7 l+ A+ R! K* f6 k8 j
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */) P* s: F- J$ ^4 k: z
  12.     uint16_t i;
    6 M" s- I% z- c4 R8 g# z
  13. ( G3 h! L5 {7 m1 |- |( q- K/ U
  14. / ~- w+ L& q1 u8 {
  15.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    / E  w% U1 B' H0 z
  16.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */
    # L+ e) ~1 B" u5 r: n& n9 F/ p) Q
  17. # }4 }  B. A  b" X; |, [1 _. p
  18.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */
    . M2 B0 W- D( ?5 ^- S/ f
  19. 4 T  V& o' o# g/ Q
  20.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    5 \  d4 _! f3 s  I
  21.     {* a! e2 k1 N# L- l: }
  22.         /* 50Hz正弦波+200Hz正弦波,采样率1KHz */
    . S+ q( C7 p5 S# Z- V
  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 X% q1 F/ H4 ^' r
  24. arm_sin_f32(2*3.1415926f*200*i/1000);6 [3 R& g0 Q$ t) Y
  25.     }
    " \0 N# p+ I! w2 w$ [8 x
  26. 1 n; F4 c( X4 [1 i0 C
  27. , j( s: U. X" |% G- T; c4 Z
  28.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
    * Q' k9 N$ s" c! Y
  29. 0 l; z4 h4 G1 O5 r( x7 Z
  30.     /* 进入主程序循环体 *// z8 U0 r  n2 V
  31.     while (1)) r0 Q$ G' h2 K
  32.     {% n/ a4 x% }& o, j
  33.         bsp_Idle();        /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */" k7 i! B' c3 y2 \, w7 E; i
  34. & o: q2 C) ^! S8 f8 h
  35. 6 \+ K5 R% C5 M0 C4 z
  36.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */
    / u- C" p9 W* Z% H; W$ R; N
  37.         {
    4 Q# |! `- |8 t' G! q5 S1 Q
  38.             /* 每隔100ms 进来一次 */
    7 U' \/ C( q- L1 B8 t" [6 J$ U) j
  39.             bsp_LedToggle(2);    /* 翻转LED2的状态 */2 O) b- h8 {# j9 J9 q
  40.         }$ P  {6 `: p& F/ d2 l, R
  41. $ T9 D/ \+ P$ M+ B+ {# b' D( w
  42.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
    ( s* I# X& N' s( O: f8 k% x, V2 @$ {
  43.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)3 f/ Y7 e, @! `+ M& z+ P: i# X8 I" X/ \
  44.         {: l+ z  e. s5 K- o
  45.             switch (ucKeyCode)/ n+ _, C  b- a1 g- K
  46.             {" o4 Q' j! n3 M! ?3 T7 O  T
  47.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */
    ! B% Z% F7 j. \$ f, ]$ b' t% W9 `
  48.                     arm_fir_f32_bs();9 m/ A/ t4 a) X. R' F
  49.                     break;5 v% B3 V- `: E% P
  50. ( w" y! Z0 h: }9 d7 m
  51. 3 c* G/ C7 t1 S5 T) F- r4 l* t
  52.                 default:& u" r8 B+ A! Y8 O
  53.                     /* 其它的键值不处理 */8 k/ v' L  F  |# y' E- r
  54.                     break;1 p# }7 k2 W  m" h7 j1 t5 K! n
  55.             }
    - e/ N2 F% V2 P0 L! ~1 p
  56.         }
    / e; G, g2 F- m& Z  s
  57. + P1 G+ z3 L: a: @" H1 K
  58.     }: _0 r2 p! U6 r# |6 N# z. t
  59. }</span></span>
复制代码

- e- l" h' e: s$ I; {. _40.8 总结/ M( Q  x& E4 m0 K! |3 x9 j
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。$ {: W6 ^& j  K7 X5 ^
) l' @, y7 w4 R5 J$ s- F' f- O/ j

$ z. C* q$ \- u& L) O

: e$ ~& f; B- W( t
收藏 评论0 发布时间:2021-12-31 18:00

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