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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
: Z) M( }8 Z( \# @) G4 a1、  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:% i5 O7 }+ e% f6 g7 a2 M* O+ R2 J
3 V& T( t9 y- f) u
  所有数据是在同一个采样率下依次采集的数据。
/ j8 I  g$ ]7 ]9 y  每次过滤数据个数一旦固定下来,运行中不可再修改。
. {* I3 @9 b$ \) H# V2、  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。% K; M# [7 x7 M
  h$ ^) [4 f: C6 |! S) V
40.2 带阻滤波器介绍
3 D1 v  G$ T# z" K0 ^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。1 ]* v- j5 N3 i4 V( ~! ~- ?
' b! A& p& S9 i
eb07af4703783e5f46e002099968ab94.png
* E* l% o, O( I" J( \) p/ N3 ]& @

/ F- [. a4 S% t40.3 FIR滤波器介绍. E4 F. ^: J' L# \# N
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。6 _1 M$ d4 \- N9 V( O8 |) ?+ w

. N6 \$ \' N2 W8 D$ c! ^FIR滤波器的基本算法是一种乘法-累加(MAC)运行,输出表达式如下:: j4 ~) d: \6 B$ Q1 t  @. t
& b: N( w6 k6 u3 N! j2 K6 J( z% S4 w
y[n] = b[0] * x[n] + b[1] * x[n-1] + b[2] * x[n-2] + ...+ b[numTaps-1] * x[n-numTaps+1]
) e/ _0 e3 h6 z* o; c. j, X
2 {; L/ N( j4 p结构图如下:
$ l" S6 @! Y$ a& n$ x: E' ^* i2 b: g* S8 I8 A' z
90e8ce626ba20176e8f8a370fe3d3a24.png
5 |1 T# g7 H9 b- V
1 m6 K( v' [2 O# H- C- {
: L& t) G% S! q$ Q$ d, ]9 i1 E
& X% A( p2 x7 |0 D  g) h- W
这种网络结构就是在35.2.1小节所讲的直接型结构。
9 ^$ _% @$ M6 @: q" I* c5 t, ~8 z- j, a$ C: j- r
40.4 Matlab工具箱filterDesinger生成带阻滤波器C头文件+ z* `8 \! {: F; C* F9 U, Q
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:
1 I$ n* O7 }# h3 Z# x$ G
; K: E' z3 ~3 u) c, j& n
5e14332b29b2594dc996e0064ae98798.png
! j# n: t* l8 Y0 Y, d

% k! }2 h/ Y8 i4 K  j* V$ o& u& G# r' RfilterDesigner界面打开效果如下:* q' O/ y* O8 W1 K8 p

* R4 E2 y2 {% S2 Z
d1a63d0da79f50ac93f367c073710727.png
! L- }2 A$ H& s% g6 b, t! A
. O. r- g$ c2 Q" y0 @( |
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:" u! L; t& b0 Y: d  ?

1 c$ C/ m( d* g+ q6 T1 B
35d982a9816fc3b4e4b3df474c264710.png

2 b% l& R' n$ `$ k# q. w' q( v0 N9 P, ]: p8 T& T  [4 a' d
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:
0 F+ S0 v( I3 i! n* s* o7 k5 G
; D% _0 V- B, R& ]* `
220bb228e2f80fce9805e85e75e61d15.png

1 ]- R. Q  u" ?" T, P% w5 T
+ X7 t  C& }; [; H# K# s然后点击Generate,生成如下界面:
. z$ ^0 _) q- ^: A! S3 [
1 G; Z( n( d# T- g( _7 N5 T( {
84a01de7e8391be7a8456ac6ad24f23e.png
: z" v. B6 E; K9 V- Z/ ?

$ I. f! i  p* |. K' e! u再点击保存,并打开fdatool.h文件,可以看到生成的系数:; a% Z( y* F. C/ D9 {

2 Z4 H3 X2 {) Q# a
  1. /*" Y, f$ C3 t" z4 e7 e9 f% P
  2. * Filter Coefficients (C Source) generated by the Filter Design and Analysis Tool2 ~! z+ d3 E7 i/ V
  3. * Generated by MATLAB(R) 9.4 and Signal Processing Toolbox 8.0.
    * F: y" H7 z8 e& V$ p
  4. * Generated on: 20-Jul-2021 12:19:30
    ( ~$ G1 `, J0 \' k# J: o
  5. */6 [# z0 q1 ~: U8 A
  6. , d' E: }4 _& I  M; P. u: G
  7. /*
    , q( b1 }6 i% H; e) o: S& d
  8. * Discrete-Time FIR Filter (real)
    # i0 |- d1 J7 V2 o
  9. * -------------------------------
    , `9 ^  C) U. Z' J! t7 @
  10. * Filter Structure  : Direct-Form FIR8 c! N+ P4 j  p8 U) r4 _6 ?, l- v9 X
  11. * Filter Length     : 510 ]  e2 V" d' b( K
  12. * Stable            : Yes2 m* D& j) W$ c* E
  13. * Linear Phase      : Yes (Type 1)
    + a9 ^# F- g/ w1 u7 M! o
  14. */
    ( N" ~. i0 ~' u4 q2 Q$ d- [. M' Z
  15. ! k% W1 L6 w: b5 u
  16. /* General type conversion for MATLAB generated C-code  */3 e% h2 @1 R4 k- h# L
  17. #include "tmwtypes.h"5 B* y8 _+ ?( j+ d
  18. /* 8 W1 N; d  Z+ ?% q; N
  19. * Expected path to tmwtypes.h
    , d6 t6 t7 S* l6 _  h. g
  20. * D:\Program Files\MATLAB\R2018a\extern\include\tmwtypes.h 4 B* r' D% n6 j4 g. N6 |
  21. */4 v; k0 M- b' y/ L) F
  22. /*
    & h. z" k9 |% J1 z
  23. * Warning - Filter coefficients were truncated to fit specified data type.  
    4 \6 E6 d5 `$ [: Y6 y
  24. *   The resulting response may not match generated theoretical response.
    1 ~" {/ ?9 Z% C- _) @" T
  25. *   Use the Filter Design & Analysis Tool to design accurate
    - A3 h5 h3 g1 F! N
  26. *   single-precision filter coefficients.
    % M) [- d3 x1 V' F, y
  27. */( q+ z, }0 o) e7 E
  28. const int BL = 51;
    " H, s$ f# }+ l* ^# B+ f
  29. const real32_T B[51] = {" E/ {  O& O, h# S0 n
  30.   -0.0009190982091, -0.00271769613,-0.002486952813, 0.003661438357,   0.0136509249,
    ! B0 @/ j# G& _$ q" Q
  31.     0.01735116541,  0.00766530633,-0.006554719061,-0.007696784101, 0.006105459295,
    0 _9 i$ t6 I6 z9 |* l6 G/ e! W
  32.     0.01387391612,0.0003508617228, -0.01690892503,-0.008905642666,  0.01744112931,* ~3 G& }0 U1 c
  33.     0.02074504457,  -0.0122964941, -0.03424086422,-0.001034529647,  0.04779030383,
    ) v( c4 k: h( J- G% Y" U
  34.     0.02736303769, -0.05937951803, -0.08230702579,  0.06718690693,   0.3100151718,
    0 x% ^1 L3 h: C" K& d
  35.      0.4300478697,   0.3100151718,  0.06718690693, -0.08230702579, -0.05937951803,4 s. M) i4 |( ~/ Z. v5 m2 B; v* F
  36.     0.02736303769,  0.04779030383,-0.001034529647, -0.03424086422,  -0.0122964941,
    ! S5 p2 P  f8 m  Y& U1 ~
  37.     0.02074504457,  0.01744112931,-0.008905642666, -0.01690892503,0.0003508617228,
    3 p* H7 v- W, J
  38.     0.01387391612, 0.006105459295,-0.007696784101,-0.006554719061,  0.00766530633,
    ' }, Y3 F% B, E2 }9 |* K# I
  39.     0.01735116541,   0.0136509249, 0.003661438357,-0.002486952813, -0.00271769613,. p+ Z; Q/ N- B8 s5 W/ J+ }" K
  40.   -0.0009190982091
      E" {+ Q5 F% S5 H0 Y$ H
  41. };
复制代码

& d5 P8 ?- r8 o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。; P1 O7 D& b% d- U% U/ r( Z
6 m  x! V& ?. d9 j
2b24513b974f0554c59651f8b94b60da.png
1 Z1 z# t( E+ u+ o. Z% y( L& X9 Z
2 e, j# P( j- L; F8 o
, K! K$ ?; Y* y) ^# l. [6 M4 M

$ u0 c/ L" G# o6 ?+ Y40.5 FIR带通滤波器设计
/ |0 e; g8 B! t
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
9 r( x' w# u" c$ p
* I( O! F. R1 E. r% L8 B- o; q滤波器。
6 Z9 S/ V: {0 r; |
* x$ q, l8 P( {6 M9 M2 O40.5.1 函数arm_fir_init_f32
+ y6 V0 h+ ]0 ~! H: ^  w* ]+ }函数原型:
1 s. @& b, V5 Z5 t. j/ D
9 O/ A7 I- h& ?* D( `4 J. ^! f, s
  1. void arm_fir_init_f32(! R% a6 s3 n  J
  2.         arm_fir_instance_f32 * S,
    7 E, h" h$ ]8 g* o! M4 [  V- }
  3.         uint16_t numTaps," ]8 k" z; L+ [/ s' r6 U7 L
  4.   const float32_t * pCoeffs,
    ; d' y- K% t5 [- g
  5.         float32_t * pState,* Q. ]: e4 M: @7 i* a% ?, m+ Q
  6.         uint32_t blockSize);
复制代码

& @: w9 F5 C3 f) U: @函数描述:
( |5 r9 e3 G# Y9 v
  `. w' Q& c1 b1 h5 ~$ `这个函数用于FIR初始化。
) y- p' Q5 Y- \$ u' U6 [( I
! K" e) w) G, R. C函数参数:
5 w5 A8 X; [( j1 B( r& h/ r1 _+ B) ?) v9 U; D+ n) J2 m$ P
  第1个参数是arm_fir_instance_f32类型结构体变量。$ M5 Q9 R* g3 G( \  ]* I; g
  第2个参数是滤波器系数的个数。
# ^- R, p. H# Z9 V) o2 q" c  第3个参数是滤波器系数地址。# }. u1 t% N6 A0 H9 C- t1 Z
  第4个参数是缓冲状态地址。
2 f* U! H% T% ?8 Q6 [  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: Z( W7 v1 N$ n* @" e8 |6 l
注意事项:8 q: Y3 a$ w) r# k) p3 W: P' f
* ^, e5 v) N, D) m! A7 f: ~
结构体arm_fir_instance_f32的定义如下(在文件arm_math.h文件):. ]" y- H& ^" x- _

2 p$ G7 p9 `. m8 H; U
  1.   typedef struct
    ; y/ c# |2 F5 |, j% Y+ [! _* `3 L
  2.   {4 x; d2 B2 p2 p2 v: l
  3.     uint16_t numTaps;     /**< number of filter coefficients in the filter. */
    7 t" X# D' S3 Q9 _: z
  4. float32_t *pState;      /**< points to the state variable array. The array is of length */
    ! K5 c9 ^4 y- U- s! h3 T
  5. numTaps+blockSize-1. ( V! |! H( `% h# B" x5 _  b. u
  6.     float32_t *pCoeffs;    /**< points to the coefficient array. The array is of length numTaps. */
    & J7 t5 G* K! t  R. l( A  P( h
  7.   } arm_fir_instance_f32;
复制代码

! n& P1 ^+ q6 n  }1 N$ \, F1、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:  t+ x+ _2 ]5 Q- i' z1 x
" T5 ^( ~$ k" F. I5 }- l
{b[numTaps-1],  b[numTaps-2],  b[N-2],  ...,  b[1],  b[0]} " U" ~6 A( n' n2 Z% B

& t: h1 z, S  ^7 c4 ~4 _3 i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。
0 q$ n' D7 g& c' _$ o0 N, i
! Z5 I! K8 k0 s2 P6 K2、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。5 F( l; ^1 Q2 I- c& [4 i/ D
7 J' k* d9 G. U, x" Y- L0 u
3、blockSize 这个参数的大小没有特殊要求,最小可以每次处理1个数据,最大可以每次全部处理完。. j8 M- j7 d- o2 b8 [/ C

6 X  Y; t5 q( X40.5.2 函数arm_fir_f32

( g' |5 y, m5 G" I+ y4 G函数原型:: j. K4 b+ l1 Y$ J5 \  h! ^
( u2 Q: X4 h2 s. J1 F
  1. void arm_fir_f32(
    , v1 w4 ]% X8 R2 Q. {& J7 S& k  r
  2. const arm_fir_instance_f32 * S,# ]% d/ a, A2 i. N' u. {! C; T
  3. const float32_t * pSrc,4 F3 F6 R" F- z- W8 y$ [+ B
  4. float32_t * pDst," E0 R( c- K( t
  5. uint32_t blockSize)
复制代码

8 _9 h$ }2 s; M函数描述:( d) Y3 c- K+ N) X0 v$ K: A0 \
3 r9 G7 F( \9 w& a
这个函数用于FIR滤波。
: b8 x  s: y, c! @, l" f( p0 f: w% e: O" T) t0 X3 U
函数参数:# R3 V$ \' @4 ~, B; Y( q. O
  T. Y, b" k6 Z4 b
  第1个参数是arm_fir_instance_f32类型结构体变量。' l+ z# }& d+ E, ^# h7 y6 }0 X
  第2个参数是源数据地址。& ^. q6 d2 a% H$ {6 O2 n% r
  第3个参数是滤波后的数据地址。3 ]+ @0 E7 z0 n! o4 d
  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。8 L/ b& G- E" x

" a3 V7 J  I" [40.5.3 filterDesigner获取低通滤波器系数& F+ j/ T  @; G+ E' S# v
设计一个如下的例子:0 `( }3 _% i3 s5 ]
9 @. K+ t1 `; M
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:
, V: @) |+ v0 F# i: \8 s9 t  N0 d- f& L3 Y( }  B
c5d13a97f5445a4be6bd0adeda75b3a6.png
: }$ \  O1 R2 i' L) a  G
1 E! A7 E7 f# S" P
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。
5 l7 ]4 ]5 n3 `
: s+ v4 X" S4 K2 O' a40.5.4 带阻滤波器实现- G. P7 v6 {/ U# b! p( A
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。
: P+ G5 o1 ~9 n* Y  |9 z" T
& j5 Y& {) V4 M
  1. #define TEST_LENGTH_SAMPLES  1024    /* 采样点数 */
    ; W0 |9 C: A' Z4 z/ [9 O9 i
  2. #define BLOCK_SIZE           1         /* 调用一次arm_fir_f32处理的采样点个数 */: b- q; V1 u( F4 M
  3. #define NUM_TAPS             29      /* 滤波器系数个数 */
    9 X* l' t: S. i9 p5 [0 l4 C1 @

  4. 9 \# I6 d( b5 P* B. r- v* ?
  5. uint32_t blockSize = BLOCK_SIZE;
    & {% p; u5 C! |9 Q/ R( Q
  6. uint32_t numBlocks = TEST_LENGTH_SAMPLES/BLOCK_SIZE;            /* 需要调用arm_fir_f32的次数 */
    / f) S0 e  _1 y, C9 b& B1 P, H
  7. - W0 o* A! @6 W* j- X/ Z; I: ^
  8. static float32_t testInput_f32_50Hz_200Hz[TEST_LENGTH_SAMPLES]; /* 采样点 */
    ; `2 H* j/ r1 [& d/ v$ Q
  9. static float32_t testOutput[TEST_LENGTH_SAMPLES];               /* 滤波后的输出 */4 j5 D% t2 a1 R1 z: M6 n4 l1 M
  10. static float32_t firStateF32[BLOCK_SIZE + NUM_TAPS - 1];        /* 状态缓存,大小numTaps + blockSize - 1*/6 Y& M6 v0 s4 \; Z5 Q

  11. ( n( @2 f* Y9 Y' f- c- d
  12. 0 Q: D8 h7 `3 I( u& c7 Z
  13. /* 低通滤波器系数 通过fadtool获取*/% h  [* Q' Q2 T
  14. const float32_t firCoeffs32LP[NUM_TAPS] = {- l( o+ q( P+ g% t  X; w
  15.   -0.001822523074f,  -0.001587929321f,  1.226008847e-18f,  0.003697750857f,  0.008075430058f,
    ! ^  ?: K. K* y1 p  S3 w8 V
  16.   0.008530221879f,   -4.273456581e-18f, -0.01739769801f,   -0.03414586186f,  -0.03335915506f,5 |: U$ g2 Q/ z5 U. N- `
  17.   8.073562366e-18f,  0.06763084233f,    0.1522061825f,     0.2229246944f,    0.2504960895f,! S% G2 @- F* M) e0 n8 Y
  18.   0.2229246944f,     0.1522061825f,     0.06763084233f,    8.073562366e-18f, -0.03335915506f,% A0 W# I& T: k. O/ z* v! u
  19.   -0.03414586186f,   -0.01739769801f,   -4.273456581e-18f, 0.008530221879f,  0.008075430058f,& I4 B1 N8 |$ I: M, L4 A
  20.   0.003697750857f,   1.226008847e-18f,  -0.001587929321f,  -0.001822523074f
      S; q* @$ X2 d% i- }2 z6 |' T
  21. };& ^" v* R- D3 N

  22. 3 o9 Z2 K# U, `
  23. $ v( t$ n4 D+ e4 E
  24. /*
    ; B. ^# |- J& p1 f
  25. *********************************************************************************************************
    . K) P2 c3 I5 y( S3 f- v
  26. *    函 数 名: arm_fir_f32_lp
    3 o# t7 f$ t% C# m1 x1 Z& h1 \# |
  27. *    功能说明: 调用函数arm_fir_f32_lp实现低通滤波器
    3 E9 X  q* e5 I" L2 `- o) x
  28. *    形    参:无
    4 R& ^* K: V" _) r
  29. *    返 回 值: 无" W/ \# r& ~$ L2 a% b7 Z4 O
  30. *********************************************************************************************************# B7 S, z0 @) M7 ?6 F4 b
  31. */) a9 E! q, Z& o! I
  32. static void arm_fir_f32_lp(void)! w4 Y" J+ T- ^- {
  33. {
    . M* N; S+ A! w/ F2 m! T  l5 |1 g
  34.     uint32_t i;
    9 v8 ^) _+ ?2 D
  35.     arm_fir_instance_f32 S;4 I! O% S, U1 _7 {
  36.     float32_t  *inputF32, *outputF32;5 `- e3 ^2 _* k4 e8 Y& w7 G

  37. 6 k+ c: E8 l8 X  X) i
  38.     /* 初始化输入输出缓存指针 */" w5 h1 ^$ w: F2 y( {3 R" W
  39.     inputF32 = &testInput_f32_50Hz_200Hz[0];
    ) M5 i- E2 n, T
  40.     outputF32 = &testOutput[0];
    0 Z' X8 }) r9 f- O
  41.   Y% i: ?" t* x4 g7 n  h. Q
  42.     /* 初始化结构体S */
    ( Y6 |* D: B- [; s3 k4 w% ]* q
  43.     arm_fir_init_f32(&S,                              D  n- n( `: Z' T! E( n. r
  44.                      NUM_TAPS,
    3 U; s3 t' l0 A) m, T0 a! i
  45.                     (float32_t *)&firCoeffs32LP[0],
    3 ^2 e  {" t0 \4 f8 _; i4 G4 w8 z
  46.                      &firStateF32[0], & ^0 [& N) E, C% m- r% e
  47.                      blockSize);
    ) U- l) z/ b5 J2 g) a7 O! {
  48. 5 S- s! Z4 z' o+ n  \: }2 u. g
  49.     /* 实现FIR滤波,这里每次处理1个点 */
    % \  O; S+ o, q% W8 e0 [! h: t
  50.     for(i=0; i < numBlocks; i++)- _3 |' g& S, i% |! R* k) d- b
  51.     {' q. E3 H" ?3 `( S
  52.         arm_fir_f32(&S, inputF32 + (i * blockSize),  outputF32 + (i * blockSize),  blockSize);  f% P( t+ s! I9 _/ ]/ K% j
  53.     }  O' A; q4 ^1 ~

  54. ' h4 _" ?2 b* H
  55. 1 I% X9 B: Y" l! v% n- N
  56.     /* 打印滤波后结果 */5 C" h. ?. F4 {5 X4 E" \8 q7 \+ G5 O
  57.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    # `. w& j' ^+ ^- a% g7 B
  58.     {. Z2 j6 ^9 _) z! N7 A; ^& }
  59.         printf("%f, %f\r\n", testOutput, inputF32);
    ' Q2 V2 {6 Z& ?4 ?
  60.     }
    ; S* q$ l" J  |8 b

  61. 4 k" {9 f; p' b! S8 m
  62. }
复制代码
8 r3 N' k2 G. T+ e" x' n
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。
6 ~" h0 d# ~: y! ]% f. p* F
. z6 Z, Y$ _! C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:
) Z' w8 u0 L' w7 p8 H5 m" O* k9 T+ ~+ T
  1. %****************************************************************************************; Y+ G6 ]4 R3 t  v
  2. %                             FIR带阻滤波器设计4 R& K% ^& i9 _% Y
  3. %***************************************************************************************  k9 i+ m% N6 {6 h1 |5 @
  4. fs=1000;                  %设置采样频率 1K0 Q7 I, r5 F' [% J6 A1 H
  5. N=1024;                   %采样点数      
      H; p" W4 Z+ u+ E+ I1 c
  6. n=0:N-1;
    + `% A& P3 ^; I2 V2 R% ^! `! Z
  7. t=n/fs;                    %时间序列
    . [* V9 X* |/ p2 f3 x
  8. f=n*fs/N;                  %频率序列, ^/ h$ o& _5 g; `6 ]- W. H" Q$ H
  9. ' Q% C: J3 {. {7 `$ t) w9 ^
  10. x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*200*t);       %50Hz和200Hz正弦波混合           ' g# |: k4 T" K
  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。! ?" A" u2 y: _
  12. y=filter(b, 1, x);                        %获得滤波后的波形7 \$ t' ^, V. L6 F' A0 \
  13. subplot(211);
    , N6 |" k1 s7 I
  14. plot(t, y);, _" X" ]+ u9 z
  15. title('Matlab FIR滤波后的实际波形');3 G9 h  `4 C2 k3 W3 z1 H
  16. grid on;$ V" F, Y. S' g% A2 p' r  n* W; D, v

  17. ' y5 G. C9 b7 \' z2 M9 e( S
  18. subplot(212);
    ; B+ Z" J0 @* B' \8 A. q3 G1 g) L, j
  19. plot(t, sampledata);        %绘制ARM官方库滤波后的波形。9 N8 ^' X  F8 N" l" C0 \' E
  20. title('ARM官方库滤波后的实际波形');' t7 n4 a1 |7 p( s. s' }, ^1 M& i
  21. grid on;
复制代码
! Y* t7 Z) K, h6 Y
Matlab运行结果如下:) Y/ H' g2 Q5 `/ W; y5 k
$ K+ n4 g, R! d0 B4 N- T
916e866865e182e874925fe4e2fdc08f.png

. ^' y0 s) }# `( X. W5 t& I2 O# {# R
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:! o: c' B2 K8 F' G: Y* _! J
$ K+ t& J" l/ G
  1. %****************************************************************************************( H- }" `! D5 p: u3 i% w4 r% z( I
  2. %                             FIR带阻滤波器设计5 P( [0 A6 ?( h6 O2 B) L! a* u
  3. %***************************************************************************************& d* Q! {& d% V/ T$ X  E
  4. fs=1000;                   %设置采样频率 1K2 @# Y8 L+ T' j4 q
  5. N=1024;                    %采样点数      
    ; \1 Q5 z0 \8 e* ?3 Q
  6. n=0:N-1;# [0 }% Z% m6 y' j' z
  7. t=n/fs;                    %时间序列! k( B- g# X3 G) g7 q% b+ T1 n4 f
  8. f=n*fs/N;                  %频率序列
    % ^( ^' O! s% K# v) a/ e9 L4 H6 U
  9. : }3 U7 [5 i7 B% {$ o/ t9 j- T
  10. x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*200*t);  %50Hz和200Hz正弦波混合           
    * {- }' v; P4 K3 ?$ M4 ?- K5 F2 p
  11. subplot(221);+ y6 P# ^( }# Q, I* @
  12. plot(t, x);   %绘制信号x的波形                                                 ( X# X% \$ E9 }& O$ N2 ?1 A
  13. xlabel('时间');) G8 Z, `( H6 \
  14. ylabel('幅值');
    " W. H, c" [9 |( m0 r
  15. title('原始信号');
    ' O# e  V$ j4 X9 H9 q" T
  16. grid on;
    & ^4 I+ n0 S  c

  17. / |6 ~, ^3 x% z- E
  18. subplot(222);
    8 v/ P/ U" J  ~7 U2 }7 v
  19. y=fft(x, N);     %对信号x做FFT   
    0 J1 T+ f7 z5 @2 r/ c
  20. plot(f,abs(y));$ c- I5 [' [! m$ C& \% [: G
  21. xlabel('频率/Hz');
    & c8 u3 f8 I) M5 X: m+ M
  22. ylabel('振幅');- j, `: z5 m; T* @3 u6 s0 F
  23. title('原始信号FFT');$ y' t% W- Z; p% T6 j9 E6 {
  24. grid on;
    % Z9 A( c0 E' d) ~$ D) W* q$ W. D
  25. 9 X( L  f5 T4 @" F5 c" ]; L# T3 |
  26. y3=fft(sampledata, N);       %经过FIR滤波器后得到的信号做FFT" j! a- I) u: Y% \4 A& _* n
  27. subplot(223);                               3 o& t9 U# b4 d& j
  28. plot(f,abs(y3));& h1 f2 T1 g  `2 a) J
  29. xlabel('频率/Hz');
    / A: ?- Y- o: K( @" M
  30. ylabel('振幅');
    & X0 o1 H! C/ o) ?! e
  31. title('滤波后信号FFT');
    3 e, Y2 c7 f1 ?1 z. {' C2 L- N, p6 r
  32. grid on;
    : K& @9 W0 B! n9 B+ c. H1 b

  33. 4 P9 x; d/ u# w  p" V) g4 h; p
  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。     
    1 F& a9 `/ j& ^9 ^
  35. [H,F]=freqz(b,1,160);                  %通过fir1设计的FIR系统的频率响应9 Z$ H4 H, H! T
  36. subplot(224);
    + e4 Q* F9 B+ M2 Q8 G& h2 W/ X
  37. plot(F/pi,abs(H));             %绘制幅频响应
    5 E2 o0 U3 D& h) h7 v+ a8 M
  38. xlabel('归一化频率');        
    0 M( k/ B: J% m0 G, g% k
  39. title(['Order=',int2str(28)]);
    ) I: t1 `) m' i; p" k8 `6 E
  40. grid on;
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0 y$ b9 m. X( N  ]3 @7 ?$ BMatlab显示效果如下:
! }5 D0 S% ]+ X9 Z9 ?; @% ~/ n$ [. w* R& G
73baea66269631da516a74e98da45b88.png
3 o2 Z2 C9 h7 u8 S$ b& A/ |

6 g2 {5 N; C1 u% Q" |% j6 r) p上面波形变换前的FFT和变换后FFT可以看出,200Hz的正弦波基本被滤除。
# g! \  Y  S8 p7 ~4 j
. f6 a, |7 g" Z2 o! ^40.6 实验例程说明(MDK)# o6 X6 F8 ?: A
配套例子:# L- U. z6 ~' [

- j. d8 @6 x/ {( N2 t6 aV7-228_FIR带阻滤波器设计(支持逐个数据的实时滤波)1 o% W( q) {) T& L
# |: H" I. Q! V! o3 z
实验目的:
5 _: z# n" M6 t. D% s9 q学习FIR带阻滤波器的实现,支持实时滤波
3 ~/ I. o. i+ k- ?5 T+ T) |3 W) _2 W: L* W
实验内容:
9 v* U8 g4 r5 R0 Q6 D) M' b0 E( m启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
0 \; C. y% p9 ]& h& p/ s# w按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
, p' M% B8 s0 L6 Q  Q1 R9 D+ c: a5 x. S1 K
使用AC6注意事项5 j) W/ {2 W* H. H9 h" q9 k
特别注意附件章节C的问题
$ Y: i5 K3 g; p2 G! ]4 F7 C, }
  G/ a) T% \7 L( Q7 T上电后串口打印的信息:
9 U# i2 Q" \! d3 C5 {; f! p( K. i& G- w0 Z) }
波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。
2 Z: b4 Q" }6 ^3 \2 y
! l- M7 f1 j6 Z) O3 b) f
9820ba6145f7d8a3406f4cccd06e4b4c.png
+ R- u, V* b& c# i% ^  {/ z
3 c1 ]% V8 p3 {  ]7 m1 V/ k) V
RTT方式打印信息:. b5 w! t& _5 `, i3 S3 K' D

" g9 T! I0 e% [% j4 P4 s
803e36294ac8bbc76428bcbe5613d79d.png

7 A3 S8 J/ X4 m3 i/ t! P
! M; b+ u6 [' Y$ O  c$ e程序设计:
8 K; P+ t) N1 [6 I2 f" }) @5 F
; a+ n* R5 Y$ C' i: g  系统栈大小分配:
$ K3 U- {: s7 f  }) f8 R( f$ I. b1 o) a0 G* D7 x
ec342c78f71466987e218f42f92187c5.png
$ {) P8 v$ s: [
6 x& g+ s1 q3 S, J( D, p
  RAM空间用的DTCM:- z. g+ u% C, G! l' r  H

9 L# X  V, N* t: o
7f807913bee995db3a40e79477f226c9.png

6 P3 [7 {/ s5 G' Z  g/ B9 T- u$ ^7 P9 S
  硬件外设初始化5 z3 r) @* R0 l6 e
8 u! |" e8 q" r) {* g' y. v
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:. ?7 M' I  v% y& x% g9 n
& v! o1 [& w+ j: _
  1. /*! ~1 P4 B7 y; _7 \. S
  2. *********************************************************************************************************7 e; o$ Z: e+ m
  3. *    函 数 名: bsp_Init
    : h9 U; I5 e- `
  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
    3 c- }, r! Z' l  g' Q9 s. ~
  5. *    形    参:无
    ! w/ l* t. u$ O" x
  6. *    返 回 值: 无
    + W( S, J) C) H" \* c8 m9 N
  7. *********************************************************************************************************9 ^2 T& M9 r3 w& B  C3 R, A
  8. */0 P5 P( u* X6 I3 U
  9. void bsp_Init(void)
    * |3 ~' l: m' {
  10. {
    . X: D  d- t6 B/ `
  11.     /* 配置MPU */- m# ?3 V- M% C, k
  12.     MPU_Config();4 }5 M5 r+ v. j4 d
  13. 4 m1 ?# B3 l( `2 N8 N
  14.     /* 使能L1 Cache */( p; ]' H$ K; v) Q
  15.     CPU_CACHE_Enable();7 e1 {% t9 H1 Z  b0 D! x
  16. . v' Z" L# b2 H& q% M. r, ^* c
  17.     /*
    . r0 b' {( I3 W9 Y# i# t% g" h: m2 @
  18.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:
    ! R$ k# R5 e- \- m% [, K5 U9 y; r
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
    9 ?, p% V/ {. Y( U$ X
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。$ m9 u) t, r. W. w' i
  21.      */
    + i' w9 n: ]# m1 J, [
  22.     HAL_Init();- G; v/ s1 @6 d
  23. - T4 G' D; W6 @8 @  ?
  24.     /* 2 `7 D- R% I$ m3 |
  25.        配置系统时钟到400MHz* I. `$ a: T1 c  ~
  26.        - 切换使用HSE。
    9 A4 Y' C$ S6 p; [
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。" t; _  \& ]' Q# S9 X
  28.     */
    ' l3 ^, ~# J' T0 Y& P: [
  29.     SystemClock_Config();
    4 Y5 @9 ^  t# ?) ^2 i. @
  30. 7 \8 Z, p2 i1 ~: z/ J9 }
  31.     /* 4 i: B/ ]8 w1 C2 f
  32.        Event Recorder:
    " x! p& w8 U! T3 c
  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。' k0 I- o5 w. o8 T
  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; s3 ^2 v  c9 q" h1 i, K8 G
  35.     */   
    . y! m: G( N% d5 d( m
  36. #if Enable_EventRecorder == 1  - Z) n  b$ s# d0 V, M
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 */4 X  p. a& V% [/ }0 M- b. g
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    5 u# h+ [$ |! z+ y+ s+ F& {
  39.     EventRecorderStart();6 t* g$ R2 k1 _1 U2 |9 @
  40. #endif
    8 ?4 L9 [! O# W6 N& G; B
  41. ) p% S/ S' o; R& ?; L5 ?
  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 */0 H8 d- [3 U5 V/ q, j" a$ J
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    - u4 N# s) l! W+ \! G
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */- i* D. Q- n% N/ u" m
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    * B# w  o4 n' i1 v% ~) H: e* M
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    6 Y) R  G" b$ k; K9 g9 z
  47. }
复制代码

. t8 j8 h! @5 H. v' Z1 L  MPU配置和Cache配置:) d1 l) Z) i$ ]- u! ]2 X) I; i

+ X% c# y  u, F* y+ 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。
( t% `- v4 @. v+ N0 C+ x! x. Z6 p; M9 @0 t. b9 @; q
  1. /*# d- n$ T& ]  {# r$ V7 y
  2. *********************************************************************************************************) [* z. K" c2 S, ?0 k( x! S: Y" X3 i
  3. *    函 数 名: MPU_Config  B3 N" ]2 J' F: y) k+ Z  f
  4. *    功能说明: 配置MPU
    3 v$ g* x' z) f
  5. *    形    参: 无
    9 Z, p4 T" x/ w# b  i- R
  6. *    返 回 值: 无' w. ]0 s& s" h( ]5 x; H
  7. *********************************************************************************************************  I  r7 E* ]+ f2 f$ e5 s8 n: f
  8. */
    , M  H# a3 Z: H& I% \3 j$ t6 {4 F
  9. static void MPU_Config( void )7 `8 f4 S' z/ d0 H! S
  10. {
    8 k2 Q/ h" o+ w/ k2 N9 B
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;+ D& v) x9 k  K4 z

  12. 4 Z, g1 F# G  b, E+ U3 h
  13.     /* 禁止 MPU */" u* C; |6 E1 }  r6 m; l
  14.     HAL_MPU_Disable();+ L6 |/ e( F+ Z) P1 Z! b
  15. 3 \& n1 {: R8 S
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为关闭读Cache和写Cache */
    * `8 ?1 P* l. @7 o  X1 w$ L: ^
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;  A& G! h2 ~( Y" r
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    4 N& Z3 I0 Q) v$ I* \( e
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;; ~3 V, O( H+ u" g. e
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;( v4 J: {6 C7 O4 W
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_NOT _BUFFERABLE;
    9 O# K0 I3 S+ s# f: H! K
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT _CACHEABLE;) ~  t6 ]& J4 V
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;' h* s9 \0 X2 z9 A
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    6 J; ~1 Q% `' {
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;+ X+ e8 w. W2 e) D1 n, T7 I
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    ( S9 g+ K9 Y! b* T
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;( v- P& R' z5 D

  28. . G: `( N& `0 |
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    7 l6 S' t' t7 ~' \9 j. D

  30. ) E1 I4 o8 z" j0 S

  31. 4 ~, J* Z$ ?* i
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */0 v. I5 p9 Y1 I
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    ( `) G, q" h) K  f2 f5 {$ c
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    1 [$ B% p2 v7 n. v
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;   
    0 D0 Q) V1 O% l/ Y+ ~- A
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    ( ~; U8 }( P/ r& f
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    : U- b/ q+ j. d1 B: V2 u# r8 ~: Q  ]9 C
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;    ! A& ~; U9 x6 k+ b3 m
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;2 L& C2 ~: D/ q* ]0 e
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;
      ?8 W1 I9 r5 o: s3 w: ~$ w
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;, T* T$ n7 z0 t0 E' x) S8 h/ N( c9 `# N
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;/ C& S: [  [2 L9 ^
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    / m7 M8 o. b. t, S) C

  44. , p! K8 z5 F6 T8 x! [" b
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    5 e4 f1 h5 }. m/ r. M
  46. ; l# m: V8 x9 ]! q  i! B! e
  47.     /*使能 MPU */! j4 ?5 {) E, r: i- A
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);" O" |9 N7 |6 m! }
  49. }
    6 |* D/ l, _6 [( j) A/ N

  50. # W" l! h# I2 I. B. q
  51. /*
    1 D" A1 H+ K, ]" C0 E' D. j
  52. *********************************************************************************************************- a, h! L8 r+ W# p( P. S6 O, |9 G
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable3 ~( P* I2 ?& p5 m$ _4 {! z
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache
    ; z% H7 U% C8 l8 }% h
  55. *    形    参: 无
    " F. Z& ^# Z' Z3 Z" }/ B
  56. *    返 回 值: 无
    ) K* z- Y( k* i7 {
  57. *********************************************************************************************************
    + b% z* |- N- Y
  58. */" j$ I. H1 p8 E  R
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void)9 Y) u) C0 B! V# D" o/ R
  60. {5 K& B+ Y" K$ m8 Z' A
  61.     /* 使能 I-Cache */
    1 k& B" s1 L7 W/ z
  62.     SCB_EnableICache();7 [( r% c0 D# I; D$ \
  63. 3 m" F; B+ j4 l) J
  64.     /* 使能 D-Cache */  p/ a- I2 I$ ^0 L* o% u
  65.     SCB_EnableDCache();
      {' J. W8 z+ L# k4 C/ K0 [, X/ @
  66. }
复制代码

. M- L, n- Y' T7 F; V  主功能:
1 V( K. N$ \2 k& a* s$ R! y, g
主程序实现如下操作:4 ~  C# f$ F% K: v9 V% W

4 p8 T% U, ?/ {$ a; X  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。, z6 R' v; ^2 i# V+ V5 c$ E% D  w
  按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。+ W& z+ j3 U1 I$ _/ e- l+ Y
  1. /*, Q7 T3 @) J2 H" o+ L. y, o8 i9 i
  2. *********************************************************************************************************
    " F5 n, t* y9 F1 X- v; e* V
  3. *    函 数 名: main' l  j4 }! _" x9 i. }( |: e, v+ Q
  4. *    功能说明: c程序入口, k) S+ {5 t6 ~; J" }1 F" ~
  5. *    形    参: 无! f$ ?! x  K4 g1 ]- E! y0 d
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)
    - {2 ^) [& H0 r; T& @/ H& u1 J
  7. *********************************************************************************************************4 B& \" W+ ?/ p  }; G  T/ {6 A
  8. */
    3 P) \4 `+ q9 k; ]9 W( L, V1 B
  9. int main(void)
    & Q+ Z: J  r% y" ^
  10. {
    . u  n2 p5 s: F2 |: Y( x# J
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
    ' ]9 O; B/ J. |: `! N  J) R
  12.     uint16_t i;: `" v( o9 ?4 m2 `7 `& j; [

  13. ' i/ N) u1 z5 G! `% ?

  14. 6 @( u: C; ^- h% W& `
  15.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    1 D9 U& a& J0 \& b, U9 z8 J
  16.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */% ^3 F- u9 z. Z2 \
  17. 3 s$ @: A7 N. [2 q! G8 t
  18.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */6 u6 L" I0 i3 |& K9 S' q

  19. * F6 V5 y" c& y3 f  u
  20.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)$ a/ \* d: d# a2 V6 E! A
  21.     {
    1 }8 N' t0 M- g: ?& D3 x
  22.         /* 50Hz正弦波+200Hz正弦波,采样率1KHz */
    0 ^+ x8 q  d- C" j( 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) + $ d/ G& F. v6 ]/ Y4 g- j# o
  24. arm_sin_f32(2*3.1415926f*200*i/1000);6 S2 }! s" {" r
  25.     }
    % c) [6 S) X$ j* E7 n1 f. o8 O! X

  26. ) g* |% x: ]% x1 m8 g0 l$ ?0 W

  27. + k" H% a5 T" p( a- b
  28.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */% Q2 d4 a6 s; h" U
  29. ( z% C2 Q* ~5 {
  30.     /* 进入主程序循环体 */; [! M' B& N. o3 H. ~- q
  31.     while (1)
    - Q& W( G6 O; b; I* h% D1 \- Q; Q
  32.     {2 P  Y4 ?) l0 d2 a" }" d, q- 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 */
    3 w6 B9 V( F9 W# a( i  Z% U

  34. ! d# f( o5 S$ t# H
  35. , N* U: b! T. @% p" U; m
  36.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */. t8 ?2 N4 n, T* v! h8 w
  37.         {
    : o+ f0 T% Y" F3 D" E' ?$ u8 W
  38.             /* 每隔100ms 进来一次 */
    8 Z- U# Z5 k' b  f* J
  39.             bsp_LedToggle(2);    /* 翻转LED2的状态 */4 |! u4 I& P: p/ Y
  40.         }
    ( @6 y& t" L3 Q

  41. * U6 r& S5 p% n8 ?0 Z- A6 r
  42.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */. K/ Q+ S3 U  ~- S3 \) N
  43.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)' c, n8 }7 l$ i; x8 C
  44.         {
    1 L) P  F* A& ?0 W# }: _- Y# D
  45.             switch (ucKeyCode)
    7 [8 s  k7 |3 ~0 b0 y
  46.             {, r9 x5 H+ Y- O0 h
  47.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */
    - d: P' \3 R) w- Y& u- p
  48.                     arm_fir_f32_bs();7 D: `  D7 i0 W, u- X
  49.                     break;' [9 j2 }& J0 J: g* L/ g
  50. ) `. s9 @% x. s9 L4 b5 C
  51. 6 w# x! Y( H" |, x1 R
  52.                 default:
    0 ~( O9 Z0 q% D" c9 T
  53.                     /* 其它的键值不处理 */
    3 T; Z) B  U1 P( Q( I
  54.                     break;
    # x8 {' _2 \4 x/ z
  55.             }7 W3 u4 D0 _, v2 w! O0 e4 b3 i7 h
  56.         }2 l" m& ^: c9 r$ z0 s9 q* k

  57. * C7 z' i# _& k/ q3 ~0 K) ~
  58.     }
    5 `0 B% `$ J' ]/ N1 I+ J' c
  59. }</span></span>
复制代码

/ c& S; Q- n% w" g; V) ^) V40.7 实验例程说明(IAR)
0 O1 T3 O! a# O" F+ I配套例子:' C; q* H. \$ t- y, t1 [1 T6 g
V7-228_FIR带阻滤波器设计(支持逐个数据的实时滤波)
( J+ g6 Z. K; h: t$ q* l% E- }9 e5 c
实验目的:% [6 z2 h7 F. E7 H" l# s2 m
学习FIR带阻滤波器的实现,支持实时滤波

2 N- a+ C4 ^8 l6 N5 y/ w
  m9 e6 C: `( k5 i' Z实验内容:+ U! m! c+ h4 |' r
启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
" L2 m' [/ t* s; S! N4 l! [- w按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。

& R  {1 B. l# \+ _* ^/ j1 H7 b
: m5 n/ a, r1 u; V' i' }$ k使用AC6注意事项4 @5 R$ W, u9 t3 L1 Q1 p. ^
特别注意附件章节C的问题% T7 o9 O7 H9 a- R( h# e

% h3 w* }, q- C' g. K5 ^' m上电后串口打印的信息:
7 l5 _0 _- U5 `+ S2 R  W, B- |# u
1 f* f7 G/ ]* e( Z" n5 F波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。
" y' B, i' Z' |7 Y: D1 l8 b( L) i7 _# V& N0 M
70f3399c2aa9dec61c38503cb279463f.png
) p# {$ t( C, B4 ?
3 S/ V5 P3 G/ G0 \
RTT方式打印信息:; ]9 t3 ~. N2 x: w3 k% j
3 P7 n0 c  p1 k# T# Q
3216bf4356cb1b680117bbddb4f062e0.png

  j7 L4 O1 e" e& t1 ]# I2 R
9 A& `: b, B# w' q* h程序设计:3 q# y8 T) y- H+ \' [0 g
& v1 w0 `9 p$ q; W+ a+ ~! N
  系统栈大小分配:' D7 V) h- U0 J$ m: F  M7 e

8 `8 m. a' v1 Y1 o  |3 c4 n: @
6c0034e2c114417bc42c84b776059e2e.png

, I7 x0 v8 T5 R+ I
) n: S' L, Q( t7 o# z. C0 w; C  RAM空间用的DTCM:; J- q% r: O9 p" h
8 B$ o2 L/ ]7 W  R
636fab000c9dcaaef2a3c37cf6bb28b3.png
7 B" {) D$ j# ?# J
" }! {1 N+ ]9 u: O4 M8 e1 n* z
  硬件外设初始化
9 v: ^' ~" R# Z  Y
! f- i9 X; v+ o! e7 S/ t8 W硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:
8 \% ?/ O5 m! [$ S. W- W7 j6 }, ?" f+ B
  1. /*
    7 \; C3 I' C* |& n, r, u
  2. *********************************************************************************************************
    8 A$ Q: m2 k5 L2 v! `4 V, n  R) a
  3. *    函 数 名: bsp_Init
    - ], s$ R  P: o" 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& l: U0 s. S$ T( S) `
  5. *    形    参:无4 B( E- E7 K0 c7 W. j7 c
  6. *    返 回 值: 无
    , D- k/ h4 ^# z0 h" ?2 h
  7. *********************************************************************************************************
    9 O1 w2 L% H& U
  8. */
    / L; z. v' c  H5 Z
  9. void bsp_Init(void)  s/ q  @" I" j" z3 I3 a
  10. {
    - @% |: ?3 L" E, Z& v$ H6 J5 q
  11.     /* 配置MPU */) H7 I5 S9 ]: I! E! U
  12.     MPU_Config();' c) K7 E% g# s5 f% u8 `3 ]

  13. " o: i! A: n' _$ `8 y$ B
  14.     /* 使能L1 Cache */
    9 _* y+ q& B5 Q: j
  15.     CPU_CACHE_Enable();" a4 M% t9 ?9 s) W% S4 c) f
  16. * s6 K! Y' X# ]8 W- q+ I+ _- a( l6 P) F
  17.     /* 1 w' K4 E. t5 E! C% I- P
  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" o. F' v( ^; G
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
    + A1 ^) q3 o4 z& j# B9 x
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。
      M6 }( [: B; C/ f2 R
  21.      */
    9 g/ s% l" v  E; X! a( g9 @) w4 C
  22.     HAL_Init();
    3 z: h2 a- i% `. J7 E

  23. / Z) g/ V9 g7 T% e+ m7 c
  24.     /*
    * Y7 Y- |2 _8 A& I" B; p. r" n$ T$ F
  25.        配置系统时钟到400MHz
    - k8 k! B) n. u
  26.        - 切换使用HSE。2 r" e0 n$ Y' c3 p( e: r
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。- _. _) |( F# c9 R
  28.     */1 p) E: o, P* Q; G. n
  29.     SystemClock_Config();
    * C( p1 d. u/ G0 c* I

  30. 1 E6 h" X& a+ q! a8 F: p
  31.     /*
    : ^1 c8 f- `6 _* Y$ _" @
  32.        Event Recorder:
    ( r6 r7 e1 r4 X: p* G' X
  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。
    : C- {0 ~6 [% z. C
  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. A, d+ i$ P6 ?( a1 Z( R5 t
  35.     */    0 ]* @! p0 C$ @4 ]# M# V
  36. #if Enable_EventRecorder == 1  
    8 E; H: i* Y' x3 j. J& z) D( \
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 */0 N, f) e+ D2 w
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);8 S  Y0 T" O( L9 X* H6 v
  39.     EventRecorderStart();
    ! d, ^8 A0 ^- E- r; N0 M) X3 D
  40. #endif
    % L* u) z8 K, y* R  x2 q
  41. # D/ G6 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 */
    / u+ T9 A3 h' \+ B% \
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    4 h( `! f7 y/ r/ a! z& n
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    $ Y& j2 b9 z6 H, N5 r! G% H& K' Q
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    ) c9 s2 X4 y$ m9 W" t8 ]
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    0 B5 E& m. l5 k; B) R! x5 \
  47. }
复制代码
+ f5 G, f9 O1 `" \
  MPU配置和Cache配置:5 S* g  P/ M& z) W' p% V  U. G+ L
  Q: j/ r4 ^0 q" Q
数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区(本例子未用到AXI SRAM),FMC的扩展IO区。
/ N3 G% ^- d$ S2 E+ x& p$ b, h; t% c- i$ _, u
  1. /*1 A6 A' N% h3 X4 P9 v$ m
  2. *********************************************************************************************************
    : g2 g1 s  h3 v  d0 E" v
  3. *    函 数 名: MPU_Config
    * t  x. }# }/ t. r+ E
  4. *    功能说明: 配置MPU  x" I  f0 Z) ]8 }0 I' D& e
  5. *    形    参: 无
    % f* V5 T3 k) j8 f- m4 V
  6. *    返 回 值: 无6 N* k& m1 d+ ~, o4 \0 j! T
  7. *********************************************************************************************************  c  ~3 a/ y$ {# ^! ^
  8. *// A$ E+ @- A$ }0 P, F, n
  9. static void MPU_Config( void )
    * J; h  a8 C# G9 ]/ T4 e, T' R  M
  10. {
    ) B( z" j4 n5 y) n! r, G
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;
    ' H, Q+ x0 V& V& Y
  12. , Q" ?+ C3 ]0 M. C+ ~" q
  13.     /* 禁止 MPU */
    0 B0 ?6 d, _; E4 g2 I+ j+ o
  14.     HAL_MPU_Disable();5 E8 K$ g3 Q& i' {

  15. , E1 h5 n, U8 D6 a+ Q; y
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate,Write allocate */
    3 {8 ~) |. K, X
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;; N; J, x  U* c
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;$ J+ q! }9 T" x1 q
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;% D1 k8 ^9 z, g& c
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    0 j  k  u# w/ l3 M8 I5 i
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;, r$ ?2 W( W" T9 ]- c0 G0 L. \2 o* L
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
    & O2 u. [5 ?5 W& r2 R8 `
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;9 `5 n, w& W) q; t( x2 _5 j
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    " v7 P9 }1 j9 A# m' ^
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;( Z- g; f, ]9 `5 V  J, R% M
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    ' s* `, f) }  d
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    + Z4 U' T0 e; p% V
  28. - I0 o* F. v6 g0 @6 s
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);5 ^" A2 A. a9 Y- Q: j

  30. 1 {( k: M2 n6 Q* S
  31. ' x) o* Z' f" ]' ~5 V/ M$ {; q
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
    / t) A2 R7 @0 [& ~  r9 j
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;2 l+ [& g( m5 `: F8 X  ]. y
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;5 X3 j9 Z/ Y, b
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;    5 u* p- i9 l2 J+ H; V
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    2 {# F! p2 f# X
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;* J" m% h* j3 H/ r% p6 Z" ]' K
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;    / V1 F+ A! ~* _! Y: F5 H. Z
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;& i4 w% @& n: O
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;5 f/ [2 [. A1 x
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;! |- Y5 j5 E4 @8 V. S9 C% n+ f
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    7 w, v& t; Y9 C: y. R" r
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;! B4 `/ X+ }; ?
  44. ! T% J3 _6 O+ Y$ i$ H( _* c
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);, P( A" z$ w# J( U2 Q2 K0 K
  46. - [/ o; n* L' y8 `7 u
  47.     /*使能 MPU */
    / W* p3 `. |: I+ g) c: k+ o
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);8 t+ l# \: v5 w  M$ r
  49. }
    5 A% t; n" M  L' g

  50. $ H% w8 l4 Y7 M9 B# j
  51. /*# ]5 C" t+ d' O* F2 p
  52. *********************************************************************************************************8 |: c  Z0 h" ^5 Q% R
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
    ! n1 ?" [; z( k2 G; v+ D; F' y- l6 L
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache  j# X( ^1 `( `# q
  55. *    形    参: 无4 i9 Z4 j1 w1 `1 R4 ]
  56. *    返 回 值: 无; k9 q0 \0 h: `; r
  57. *********************************************************************************************************3 ~) l2 ^' [+ L" d3 c  L# F
  58. */# W) L# |2 M, b+ A
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void)
    0 H- v4 t0 P! e
  60. {
    1 i% w6 E5 w+ h5 _. N) r
  61.     /* 使能 I-Cache */
    2 y  f3 N+ \- \; Y* M
  62.     SCB_EnableICache();
    . b  z  [8 e4 I+ Z& p

  63. ; i' u3 F! P5 c2 B' l0 P
  64.     /* 使能 D-Cache */
    7 V8 L- k( ]. I1 s7 I
  65.     SCB_EnableDCache();7 m, P8 T8 l: w4 {( P; ?; M
  66. }
复制代码
- V; Y7 l0 u3 A3 j+ z8 a* y
  主功能:
- ^, p5 A3 z. O3 W1 `/ d
( Q- Y' n4 w0 @/ H5 H+ w' ^; w主程序实现如下操作:, u: k% b( F: R9 o) d
1 x# F) x7 |* D! ?6 A  P' }; m: l
  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。  T! Y4 s, B+ U, U
  按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
3 L3 p& o& z1 m0 w  w/ f. A
  1. /*
    ! Y% J5 I, f( }& G' O$ G
  2. *********************************************************************************************************
      b( K9 l5 i- i; `& S+ O
  3. *    函 数 名: main+ A, ?- Z: [: \9 b! T
  4. *    功能说明: c程序入口9 G) o" Z4 Q# ?- L
  5. *    形    参: 无5 D* y/ l1 S2 Z" f/ S
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)
    : z- b1 Y) D' ?1 T2 V. O  I4 p
  7. *********************************************************************************************************. `& Z$ i$ x+ J
  8. */
    ; M, I, C9 N2 h* G% j+ e
  9. int main(void)
    + W7 U. z% j' A# L
  10. {
    " t4 o% L% B/ E" [- P' d
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
    7 M& F+ B1 N& |$ T
  12.     uint16_t i;
    $ l& t! B0 U; [9 Q5 ]
  13. ; J  u; V: a' a+ U5 j
  14. & J' d) \7 j3 U/ G! z% Q
  15.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    $ e$ O1 j, ~, P3 A7 @/ a
  16.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */
    - a) B* C" a, J% l# V# e. J/ ]

  17. - R3 s& B: L3 x
  18.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */8 b3 ]% r' i7 B3 y& p
  19.   x; g6 h+ B3 _' K( n
  20.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    $ k' t8 t. ~5 h7 O% }# D9 \* B$ z! ~
  21.     {
    1 G0 T2 v( u8 {! `- R
  22.         /* 50Hz正弦波+200Hz正弦波,采样率1KHz */+ k& p; }, ^7 H6 E& Y0 T1 d$ 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) + # D. x1 B- m; G1 b' Z9 Z& \& {
  24. arm_sin_f32(2*3.1415926f*200*i/1000);/ T3 t9 @( {2 p- w1 W2 s6 F
  25.     }
    . A" A: a5 ]. A; T1 r

  26. ( U* a* p8 c4 A5 s% i
  27. * S7 E/ D0 ~) ]0 i: j! S, w# q
  28.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
    ) t6 B9 \2 [# G3 [; o6 a" r
  29. 1 m* u  W5 k( _+ d1 Q  P
  30.     /* 进入主程序循环体 */
    . ~& j8 U  ]: m+ b3 l! d" u4 h% D
  31.     while (1)! U1 E8 k' A. f% x& P
  32.     {. ]9 n( l1 U% Y* }
  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$ j& ~+ \$ F/ L9 P$ _5 z
  34. & b8 P4 Q4 `/ c) e
  35. 0 y/ f2 j5 M# g
  36.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */! ]% ?4 i; [$ Y" r! \3 \6 |
  37.         {
    1 ~6 O) m, K, g+ p( G% V" A7 Z& g
  38.             /* 每隔100ms 进来一次 */& P7 Y3 l4 o) U+ o0 y/ W
  39.             bsp_LedToggle(2);    /* 翻转LED2的状态 */
    : b6 T4 o& Q0 w) L
  40.         }0 Q" t# t/ m8 Z6 R

  41. 0 G1 ^! n+ Y6 s7 F5 v! s3 @
  42.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */& m+ h, @  B5 _2 D! i# U$ x4 h
  43.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)
    ) j/ Q5 X! w4 F7 d
  44.         {1 J1 x: Z9 m, s; b
  45.             switch (ucKeyCode)
    $ N: L0 |/ k$ a8 |. m
  46.             {
    * ]5 I) _, {. `6 ?9 I
  47.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */
    $ a+ n7 v: j! O% a% B% o8 O
  48.                     arm_fir_f32_bs();: d2 D" m' x- ]2 ]& }4 @2 ~
  49.                     break;; n. X, q2 }9 M, n8 N# O5 t

  50. / H6 |/ H7 y4 Z4 e

  51. ! d- s. V* n: E2 \2 s1 _1 W
  52.                 default:
      x7 I3 ]% s+ K/ [! j, \9 H
  53.                     /* 其它的键值不处理 */& }- `  o" R# I1 ?0 H6 R, P
  54.                     break;# i% ?* z. M0 \4 W  i
  55.             }7 r. X  }( q- r! ]/ {& L
  56.         }
    0 ]7 ^. N( Q  j0 Y
  57. . s8 V' @- ]' d1 o7 F: G2 K
  58.     }; e, z! y* u7 @) W# g
  59. }</span></span>
复制代码
: E4 v" w1 x/ \/ r
40.8 总结) ~- J) D# g  C7 M# }6 \
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。
! D: S4 O' F# ^5 [  Y7 l: m2 Y. W. r
6 L8 D& F2 S& w) J0 a2 t

. _5 h# `' z# d5 T( r& P
收藏 评论0 发布时间:2021-12-31 18:00

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