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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. G  t) h  r) P' f
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:
5 y' B* `" w+ E3 O+ V5 E4 J2 I0 {' \
  所有数据是在同一个采样率下依次采集的数据。
" U0 H3 f' l; Y6 p- C, a$ n0 h  每次过滤数据个数一旦固定下来,运行中不可再修改。
3 o  k* J, E, ]2 O0 ]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。. ^& _$ [+ l8 l+ }9 E
  J; ?; E8 U, O, M  R# G$ t
40.2 带阻滤波器介绍  ]) V1 y6 E& t' G8 E
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。
2 L9 Y% h8 r4 S# }2 x$ \/ X* u. ?  D( ^- {' S
eb07af4703783e5f46e002099968ab94.png

( [7 Z8 v* `/ H  W* e
8 l9 j( V( e5 w40.3 FIR滤波器介绍$ i+ E& H/ l8 ~: ?- v
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。* X( a' p) D# {* I3 E8 [+ F
, W! N& j2 e  u' e
FIR滤波器的基本算法是一种乘法-累加(MAC)运行,输出表达式如下:
9 \7 y. j% u) W5 h9 L5 [0 f! [- S. d! j% ]+ {
y[n] = b[0] * x[n] + b[1] * x[n-1] + b[2] * x[n-2] + ...+ b[numTaps-1] * x[n-numTaps+1]
5 ]  s" l; q( o/ X$ H8 O  U/ C+ Q; r0 t# d3 Z& g  E
结构图如下:
- H, n  Q3 ]( m4 m6 f9 ^1 W: _$ I1 g1 Y5 v2 I
90e8ce626ba20176e8f8a370fe3d3a24.png
' [1 h7 s# U/ ^+ e
. P& r. e: a8 S5 c& y1 Y3 u
9 j# R4 ]+ L, W( o( ~+ l

% `) U% B/ x3 N6 Y0 ]( P这种网络结构就是在35.2.1小节所讲的直接型结构。
' b0 m; R$ K+ x4 r8 V3 l
# Z7 H  Q# e% p: V' `+ o; L1 y40.4 Matlab工具箱filterDesinger生成带阻滤波器C头文件# p3 s0 A, y5 `" x4 a
下面我们讲解下如何通过filterDesigner工具生成C头文件,也就是生成滤波器系数。首先在matlab的命窗口输入filterDesigner就能打开这个工具箱:
; d1 E) b' s1 T! V- ~8 {8 H$ o) j- ~
5e14332b29b2594dc996e0064ae98798.png

4 X1 k5 s4 H+ |3 r! w# Y1 s' l
: q0 Q% O' i- `4 c: q. f/ MfilterDesigner界面打开效果如下:
% |( l4 C$ B. J3 s' K, b  G
( W0 j& C( m$ B7 p# C# U
d1a63d0da79f50ac93f367c073710727.png

7 n3 a/ C" n* \( r
. j% e* H6 h# g$ iFIR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:
! }. c' e6 k9 S6 o% B4 t
2 ?( l& V: a& y$ Q
35d982a9816fc3b4e4b3df474c264710.png
0 L3 f# Y8 X" K6 k' D9 x
" _( ]! i+ F7 N6 r
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:: b9 v) B3 z; d$ B; B1 X

: P1 d* v1 i- s( p# d
220bb228e2f80fce9805e85e75e61d15.png

9 h+ m9 L3 k0 h6 L( m
! B# ]( X$ {  D. k6 v% `" j然后点击Generate,生成如下界面:' s: B+ s* D9 Y8 h1 i

& h$ g$ H) S! t, t; F5 S
84a01de7e8391be7a8456ac6ad24f23e.png
) M% ^' E0 }/ e

7 {2 e) q5 s( |  _4 v8 m" H1 E再点击保存,并打开fdatool.h文件,可以看到生成的系数:/ ?1 M' H3 s: F1 X% g) Q& u3 c

1 h( n% R7 f( g" E
  1. /*- Z( B4 o' I! c
  2. * Filter Coefficients (C Source) generated by the Filter Design and Analysis Tool
    , s. R  Y0 h9 l% Z" w% d$ f  N
  3. * Generated by MATLAB(R) 9.4 and Signal Processing Toolbox 8.0.
    ! u- u" [; `: n/ E' I
  4. * Generated on: 20-Jul-2021 12:19:30
    % u9 R: }; [) A. c/ ~
  5. */
    * T# @' l7 {" B6 {) Z. W

  6. # `; A  r5 S, E0 B1 {- j9 w
  7. /*- \1 O' c$ [6 t0 {1 W( z
  8. * Discrete-Time FIR Filter (real)( W5 D2 n$ z. v9 B* H0 s) L
  9. * -------------------------------7 y# {8 s  l! \9 x
  10. * Filter Structure  : Direct-Form FIR
    0 b. y  f5 @( z# ]& h7 _
  11. * Filter Length     : 51
    - c- I" y/ b2 c
  12. * Stable            : Yes. y" Z: u4 I2 L1 G. c5 }' {
  13. * Linear Phase      : Yes (Type 1)/ c( _9 l$ T* v/ u: y" h
  14. */
    ( E2 R& z$ @% I* s3 G% O

  15. + o/ S8 f3 k0 A- I1 O9 c9 B# Q4 q
  16. /* General type conversion for MATLAB generated C-code  */
    1 ~1 n9 t  C4 J3 X
  17. #include "tmwtypes.h"
    6 s' B( ^8 u3 H9 n# b5 T
  18. /*
    0 o  |' \3 x- @8 L3 Y; \
  19. * Expected path to tmwtypes.h
    9 m! ]  Y3 ^& z
  20. * D:\Program Files\MATLAB\R2018a\extern\include\tmwtypes.h 0 S. o. r; N9 D2 Z) [6 b6 f8 p- t
  21. */. ]6 `' ]5 L+ W0 e5 J. H/ k7 g/ s
  22. /*. B) }( T( g  J; U/ m. {
  23. * Warning - Filter coefficients were truncated to fit specified data type.  
    - }0 M  v8 c8 c. w4 R2 `. p2 K) h. T
  24. *   The resulting response may not match generated theoretical response.6 k$ E2 g* m" |, U; s: y7 T9 n
  25. *   Use the Filter Design & Analysis Tool to design accurate5 C6 x8 o4 D$ i0 G
  26. *   single-precision filter coefficients.
    # `: O& R4 G* k( X$ M- i
  27. */, i, p0 z9 K9 H0 {  _8 g
  28. const int BL = 51;
    ) C, d+ Q2 P, o$ [; A4 Z) S
  29. const real32_T B[51] = {
    " Y; @# q' l0 W- k* V$ J4 c
  30.   -0.0009190982091, -0.00271769613,-0.002486952813, 0.003661438357,   0.0136509249,9 E: M, U8 D3 e* h- F1 D
  31.     0.01735116541,  0.00766530633,-0.006554719061,-0.007696784101, 0.006105459295,& v2 p3 G' i; m) z
  32.     0.01387391612,0.0003508617228, -0.01690892503,-0.008905642666,  0.01744112931,5 B$ k8 A' N$ {2 }$ K1 z
  33.     0.02074504457,  -0.0122964941, -0.03424086422,-0.001034529647,  0.04779030383,
    - T! v+ g+ N1 E$ W/ M1 R" }
  34.     0.02736303769, -0.05937951803, -0.08230702579,  0.06718690693,   0.3100151718,
    ( E( g/ x5 T5 u9 |
  35.      0.4300478697,   0.3100151718,  0.06718690693, -0.08230702579, -0.05937951803,3 y+ p. U& M, a6 X
  36.     0.02736303769,  0.04779030383,-0.001034529647, -0.03424086422,  -0.0122964941,7 L8 x0 j$ o7 A# Q0 D4 r9 ]# d$ M
  37.     0.02074504457,  0.01744112931,-0.008905642666, -0.01690892503,0.0003508617228,8 `3 ?- ?  n) H, X, o) g+ ]7 v3 H/ D
  38.     0.01387391612, 0.006105459295,-0.007696784101,-0.006554719061,  0.00766530633,
    0 J& Q* J7 U' k
  39.     0.01735116541,   0.0136509249, 0.003661438357,-0.002486952813, -0.00271769613,# ^# h$ ], P6 p( `4 W. J( a
  40.   -0.0009190982091
    2 [0 \, W2 Q' w0 a, \- c
  41. };
复制代码

* B, o# t) L) z0 }7 s+ ]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。
" r  u: I# A$ o/ c  p% {- D: O4 D) Z
. D& ~9 E8 n" M* Y4 A* `0 X! c
2b24513b974f0554c59651f8b94b60da.png
' ?# a, x- z/ p; |) e/ t; U, S: o6 I; S

1 `( H/ `. S! Y( O& u4 J' @/ A( h$ F

+ K. d5 u2 d* Z& P: A40.5 FIR带通滤波器设计

3 `* E7 d' C+ R, K: h+ c/ |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
" H, V$ c% P! Z! Y- Y) F; _/ W, e
! `. j  ~/ O, z# e滤波器。
) N' y2 a4 l$ O/ @6 Q, o& h3 c( y- W1 ~& R; a9 u
40.5.1 函数arm_fir_init_f328 V6 k& v5 ]% o0 F0 y  A* f
函数原型:! ~0 q% m* Y- ~4 W
/ b0 Y' w  p- m- j; V2 M
  1. void arm_fir_init_f32(% \' \9 T8 m/ J& e6 E; \9 D, A
  2.         arm_fir_instance_f32 * S,# u+ O$ y0 m( G5 w
  3.         uint16_t numTaps,
    / c: Z* T8 h+ }# P: S* z; y3 |
  4.   const float32_t * pCoeffs,
    / Y  O. t1 R0 f: V# X! U
  5.         float32_t * pState,, D, v7 r1 e& h4 ?2 I
  6.         uint32_t blockSize);
复制代码

/ e9 r$ h4 Y! F3 V" X, P+ R6 p7 n函数描述:
6 Q# g* Y3 d. H0 L
) N3 z: {- ]4 s, \8 t+ {# z# k: Q这个函数用于FIR初始化。
+ d9 j# Z5 m3 T9 k1 L
8 }. Z8 k# r- F- M! R4 |函数参数:) b* r* Y2 a% o6 X
5 X' ?% K" i/ ], q8 J; X- v6 Z
  第1个参数是arm_fir_instance_f32类型结构体变量。# a$ ?1 |. @6 i4 D5 Y
  第2个参数是滤波器系数的个数。$ r; `/ j3 M. ~3 b( P, B2 R) V* Q/ @
  第3个参数是滤波器系数地址。4 z  J, e# a' E+ E
  第4个参数是缓冲状态地址。$ s- h9 u; a4 D  t+ a3 w( \  d
  第5个参数是每次处理的数据个数,最小可以每次处理1个数据,最大可以每次全部处理完。
3 w% Z* S, ^, z) ~注意事项:6 {+ u/ T0 h6 r3 T  R4 D, j! \; H. ]/ V
# H; c5 d7 F: {7 R$ y
结构体arm_fir_instance_f32的定义如下(在文件arm_math.h文件):4 f: ~0 n- y. n9 i

% P2 G5 Z) X/ b2 a
  1.   typedef struct% Z0 {: w  P6 f" f5 E# f
  2.   {
    2 O" M3 }) x1 D3 _" `
  3.     uint16_t numTaps;     /**< number of filter coefficients in the filter. */
    5 H3 ]9 H) _  V! F# }6 s
  4. float32_t *pState;      /**< points to the state variable array. The array is of length */
    4 j( ?$ h% i( o2 B* U
  5. numTaps+blockSize-1. * e* f  W& g( x% a0 O+ F7 ~9 z
  6.     float32_t *pCoeffs;    /**< points to the coefficient array. The array is of length numTaps. */
    & m% C8 C. S- ~5 L
  7.   } arm_fir_instance_f32;
复制代码

/ Y. n+ Q4 _. \9 D8 Q: n1、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:+ B2 P9 d/ u0 g

6 {' B: A% d! z5 r! \7 S{b[numTaps-1],  b[numTaps-2],  b[N-2],  ...,  b[1],  b[0]} , u% d" R. U0 e+ }

' N$ O$ e4 E3 U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。- [; u) n( r' C8 S0 h5 t9 Y

$ `! x4 J3 x! [! l' p2 @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。
" C( \+ Q4 X3 j
/ T8 U; d  B# i$ K2 {" K3、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。, N' F* O5 m+ e  k
7 ]0 S- p( B: J+ l
40.5.2 函数arm_fir_f32
2 h# z4 W' y0 Z+ _( a4 X( D
函数原型:
7 {6 J) I  C/ O: T5 O
2 U! D8 s8 |9 g/ C+ a
  1. void arm_fir_f32(
    " Q  B$ x& Y: I7 r/ ^. x
  2. const arm_fir_instance_f32 * S,- r9 ~/ H9 k# a
  3. const float32_t * pSrc,
    0 o% J2 t0 _& y5 t* e9 J
  4. float32_t * pDst,7 k1 W. @& o0 O& q1 V
  5. uint32_t blockSize)
复制代码

, P* ]$ R2 g9 T: b0 ]" D2 A: o函数描述:0 d# U( X( Y8 w( e( H  k  V  B

. u/ _  {1 E+ Y6 L, W9 Z这个函数用于FIR滤波。2 a2 U" j. v6 H( F! l1 s0 c# a

( N. [! z! O; q5 N3 O" ~% J: s函数参数:1 M$ Z5 A7 w5 G3 F" p# |) [* H
/ U1 @0 ~( n. V! V+ \6 n
  第1个参数是arm_fir_instance_f32类型结构体变量。3 w. \8 q; ?, L0 a+ S$ C
  第2个参数是源数据地址。! l9 z. A7 y: I* o! @$ ^
  第3个参数是滤波后的数据地址。8 M6 A2 ~) j9 r5 @# H; a6 r
  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。# \' z5 M. {, G# M% ?
9 W& M# F5 s* z4 |  F  _
40.5.3 filterDesigner获取低通滤波器系数" ~6 f. _" t3 z
设计一个如下的例子:4 S7 W+ A( C" [0 O. }
! F8 B4 g( x* Z7 t+ x
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:
; \5 ]- M# }) I5 j
$ z5 F9 {& w: o$ ]. ]) D9 b& s' b5 i
c5d13a97f5445a4be6bd0adeda75b3a6.png

8 @' e8 n9 n* i4 ?# D7 l3 C
; t  ]/ I7 R, Y- R) B配置好带阻滤波器后,具体滤波器系数的生成大家参考本章第4小节的方法即可。8 v# Y9 N+ L/ {7 W& I

  G  }% S0 h& T0 W: [% Q" V  V) g40.5.4 带阻滤波器实现
; J: m7 |- ~; u  y* b通过工具箱filterDesigner获得低通滤波器系数后在开发板上运行函数arm_fir_f32 来测试带阻滤波器的效果。
$ H$ `; {: }* `  y, y9 s, l7 }: p' K1 Y/ a9 m+ q) f" c
  1. #define TEST_LENGTH_SAMPLES  1024    /* 采样点数 */1 Q. O0 `% X( }6 J/ w
  2. #define BLOCK_SIZE           1         /* 调用一次arm_fir_f32处理的采样点个数 */) o9 T1 x$ o7 D% W+ _5 U) L, N8 L7 d. I
  3. #define NUM_TAPS             29      /* 滤波器系数个数 */
    5 I& P! r: o, [4 g) G+ D/ J
  4. ' O/ O6 ]" |$ d6 ^  F0 p  ?* X+ r$ A
  5. uint32_t blockSize = BLOCK_SIZE;
    . I+ L, Z8 w/ V/ @: {; _- S
  6. uint32_t numBlocks = TEST_LENGTH_SAMPLES/BLOCK_SIZE;            /* 需要调用arm_fir_f32的次数 */
    2 O0 M& Z% _. |" b" y/ _: Y
  7. # u: b/ _! R& ~$ T- Y1 e" O( f% o3 ^+ U; V
  8. static float32_t testInput_f32_50Hz_200Hz[TEST_LENGTH_SAMPLES]; /* 采样点 */9 F* s. }* ]% R4 a/ X6 ?
  9. static float32_t testOutput[TEST_LENGTH_SAMPLES];               /* 滤波后的输出 */
    3 Z) H7 g) ~5 d
  10. static float32_t firStateF32[BLOCK_SIZE + NUM_TAPS - 1];        /* 状态缓存,大小numTaps + blockSize - 1*/
    ) D! B3 f/ {+ l  H" `' `* Q+ E* x
  11. ( v9 c, y' m, n+ i2 C

  12. , j, t! A! A3 e0 q
  13. /* 低通滤波器系数 通过fadtool获取*/
    ; |  h" L. S# i, m
  14. const float32_t firCoeffs32LP[NUM_TAPS] = {+ W9 W) s2 {3 L; r( g
  15.   -0.001822523074f,  -0.001587929321f,  1.226008847e-18f,  0.003697750857f,  0.008075430058f,- a/ R. v; C2 O+ r
  16.   0.008530221879f,   -4.273456581e-18f, -0.01739769801f,   -0.03414586186f,  -0.03335915506f,# p) S$ r6 f- z  T1 ]
  17.   8.073562366e-18f,  0.06763084233f,    0.1522061825f,     0.2229246944f,    0.2504960895f,$ `9 Z0 c5 K/ |2 q" |4 U( d
  18.   0.2229246944f,     0.1522061825f,     0.06763084233f,    8.073562366e-18f, -0.03335915506f,& R* v4 c0 `$ p7 o9 S- p9 @4 t
  19.   -0.03414586186f,   -0.01739769801f,   -4.273456581e-18f, 0.008530221879f,  0.008075430058f,
    , O9 _1 m& J$ h: H. Q0 R5 U; @) n
  20.   0.003697750857f,   1.226008847e-18f,  -0.001587929321f,  -0.001822523074f' ]/ k" J, t- o1 D
  21. };
    8 |# R2 C0 W! O+ X' v: C
  22. , p3 D& C) D/ E6 P; s, }1 Q" v

  23. 2 J% t$ @% K: f7 B
  24. /*! l* U$ }4 N3 [: U$ r, _. m
  25. *********************************************************************************************************
    . O) w1 \  z' a0 ~9 a
  26. *    函 数 名: arm_fir_f32_lp9 x" t- {0 e* P: ?% ^/ E
  27. *    功能说明: 调用函数arm_fir_f32_lp实现低通滤波器
    , a0 g9 p3 w- K* F! R& P
  28. *    形    参:无
    & M6 |0 {/ w! K0 f9 Y% \8 V$ O
  29. *    返 回 值: 无: u/ B4 s# k# H+ d& c
  30. *********************************************************************************************************
    # S, Z0 ^6 ~: i% P
  31. */, A) e4 Y+ R+ H1 A$ J
  32. static void arm_fir_f32_lp(void); R: l* V; _$ z0 Y! c# w2 V3 J! r1 u6 G
  33. {" z0 t" M2 f0 H
  34.     uint32_t i;
    ( k3 i# O$ c0 Q- l
  35.     arm_fir_instance_f32 S;, b) a! x. l! y& K* z
  36.     float32_t  *inputF32, *outputF32;) n& g6 m8 Z8 {2 H% }! y4 X2 ]
  37. 7 G' u/ C5 R  Z$ d9 J: J3 p
  38.     /* 初始化输入输出缓存指针 */9 A/ u8 [2 w* \6 H2 e+ Q. z4 Z1 T
  39.     inputF32 = &testInput_f32_50Hz_200Hz[0];0 R$ \  i& ~8 B& t7 R8 ?
  40.     outputF32 = &testOutput[0];" t9 v8 f2 A' Q/ _' |. T  ~8 h
  41. 8 S: `( k: v2 ^) p4 Y$ R+ ~" L- g
  42.     /* 初始化结构体S */
    / j) O! B7 A( g) X) k; J
  43.     arm_fir_init_f32(&S,                            4 S8 h. N$ b1 `( M: j0 ~; C
  44.                      NUM_TAPS,
    4 N& F: H4 C! |9 W; }6 z, ~
  45.                     (float32_t *)&firCoeffs32LP[0],
    & D9 J- ]1 s+ R" Q$ r2 S! i
  46.                      &firStateF32[0], : G7 f" T. \) X( F' u# f/ o
  47.                      blockSize);9 f: C, d" ?* \% o! Z* k

  48. / ?7 \9 {$ g9 U
  49.     /* 实现FIR滤波,这里每次处理1个点 */
    $ p9 `3 L3 v; u5 ?. D
  50.     for(i=0; i < numBlocks; i++)
    $ n. Z0 V9 ~8 p+ W, e1 C! c
  51.     {1 @2 x: T0 |! t$ C3 l' S) t
  52.         arm_fir_f32(&S, inputF32 + (i * blockSize),  outputF32 + (i * blockSize),  blockSize);
    2 `4 ]/ p& w# E
  53.     }9 `* |' W- V: m

  54. $ W. ?5 U7 R: y/ Z# d, f, Z

  55. 7 C( f( Q0 C. o1 b; d) f
  56.     /* 打印滤波后结果 */: p; [9 T* O% d
  57.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)' A1 _+ V' W/ q
  58.     {
    0 r+ {0 Y$ n: U  N* |/ Z
  59.         printf("%f, %f\r\n", testOutput, inputF32);0 O- p; x0 Q/ v" c
  60.     }. c( G2 Q; i1 H& h! R) N
  61. # x* h+ V# a+ W) h  W' `
  62. }
复制代码

3 q8 H6 M, r  X! l: R4 X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。- r& w, E* C9 [! z% p+ p8 Y
' J. y; t0 r/ p' D" W6 s
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:' u- y) n4 O! E; F4 ]& E$ Y
. g: Q* W  }. a# `9 k
  1. %****************************************************************************************
    1 f4 y+ M; }9 F! C
  2. %                             FIR带阻滤波器设计7 \! {3 g9 O. c/ a& ~+ b7 i( O
  3. %***************************************************************************************" M+ ?5 Q  q; |% O
  4. fs=1000;                  %设置采样频率 1K
    0 w: g; Q8 s  K" W) A
  5. N=1024;                   %采样点数      ; a( |+ W! W& x
  6. n=0:N-1;
    7 B+ e3 d5 V- F1 E, i
  7. t=n/fs;                    %时间序列
    9 `$ H7 B; m2 b: ~  C9 h) Z
  8. f=n*fs/N;                  %频率序列0 A1 P) |, L. W9 S: a5 T( Y
  9. 0 h$ y3 \. f: E( ?: t( D8 M
  10. x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*200*t);       %50Hz和200Hz正弦波混合           
    4 B2 P5 s$ T2 ?; \' @3 e
  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。
    # O7 Y, t9 P9 A5 ]4 w' X0 y8 \
  12. y=filter(b, 1, x);                        %获得滤波后的波形
    0 _2 {5 q; W) L( ^
  13. subplot(211);
    + r8 f; U: p4 c
  14. plot(t, y);
    & }8 r4 @$ G5 l; `. H! n& m
  15. title('Matlab FIR滤波后的实际波形');
      \/ K6 z7 L- \8 a+ a  L
  16. grid on;. _  e. c2 W* ?8 `4 V  Y

  17. ! x2 s1 X( t& k! x& [8 o
  18. subplot(212);
    ( B2 `2 O! O$ O( s: [# v
  19. plot(t, sampledata);        %绘制ARM官方库滤波后的波形。4 \8 P  M  Y  K) y* J4 Y
  20. title('ARM官方库滤波后的实际波形');" {2 T# L$ d' i* N2 T
  21. grid on;
复制代码

: e* X4 I1 p+ E- n& vMatlab运行结果如下:
1 E3 h& g- e2 t' ?( \7 X, h
. T: t' C- d  {; u( }; u+ h
916e866865e182e874925fe4e2fdc08f.png

  F* Y. c& E* V6 G8 R$ V  ^# d8 ~2 j' m) ]# m- G3 Q
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:/ x, X; ]$ w8 ]- A4 f
& D8 n7 V5 x  r5 ~, p& W& v6 n
  1. %****************************************************************************************) t( `+ n+ J& t$ D1 e
  2. %                             FIR带阻滤波器设计& i$ T( |- z. W, n
  3. %***************************************************************************************2 U5 p8 a/ ~3 w. B1 w# |
  4. fs=1000;                   %设置采样频率 1K
    / Q" q& o* I9 F: e) \  K, u
  5. N=1024;                    %采样点数      $ o, l8 r% l4 I
  6. n=0:N-1;
    $ A$ R" L8 \" K8 B3 b- m0 `
  7. t=n/fs;                    %时间序列# [$ K; s8 d- X' G9 _
  8. f=n*fs/N;                  %频率序列
    , z( C9 R+ B. a. e" f  s/ `* O9 U! s  V
  9. ( m* k$ O# _9 K0 X* ~; a8 h
  10. x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*200*t);  %50Hz和200Hz正弦波混合           
    8 j) u7 [' w9 _( p2 @% X! e
  11. subplot(221);  |: ~. l2 e& R! V
  12. plot(t, x);   %绘制信号x的波形                                                
    2 I; |1 G) D) o- @5 d+ M
  13. xlabel('时间');) g3 r4 I8 m; P7 p1 D- A
  14. ylabel('幅值');
    9 L. [) B1 |" D
  15. title('原始信号');
    % V: R+ {5 C4 _% E/ G" ]
  16. grid on;# W7 `  R8 {, ~
  17. 2 \9 q! z- \: i: S: E7 T9 y
  18. subplot(222);
    " g8 Q- b& y# e% j; [4 h
  19. y=fft(x, N);     %对信号x做FFT     n$ N* X) b8 y* Z
  20. plot(f,abs(y));: r4 Q! s3 o9 V  T) O; u6 R4 Z. _9 u
  21. xlabel('频率/Hz');
    . z4 C/ e8 y; K" B, d
  22. ylabel('振幅');+ ~" `3 ?& ^% y! T3 q' T0 Z4 k
  23. title('原始信号FFT');( z; |) W' f6 U$ ?, d( S
  24. grid on;: F- L, M- ?. F1 Q* D  v
  25. $ b, R8 C0 V* O* B# q* Z$ p
  26. y3=fft(sampledata, N);       %经过FIR滤波器后得到的信号做FFT
    / G5 C. s9 N7 ^( C$ o
  27. subplot(223);                              
    / n) D2 S. N" r$ N$ D/ ]' R
  28. plot(f,abs(y3));5 T/ S8 J. @9 k+ z  g, E
  29. xlabel('频率/Hz');! u9 V" A9 c# Z2 S  ^+ g
  30. ylabel('振幅');
    " {; J1 W5 K0 j% J! V( U7 z) J' V
  31. title('滤波后信号FFT');6 W9 N8 T& R( g6 T$ J0 ?4 H3 e) W
  32. grid on;
    ; ^0 t3 d9 l9 h1 i% F% N' p
  33. 9 R& o; F0 N; C  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。     ( s8 W/ E" j  [, b4 i
  35. [H,F]=freqz(b,1,160);                  %通过fir1设计的FIR系统的频率响应& I1 T- O* H: p" M0 Q- q1 _3 ]
  36. subplot(224);4 t0 s3 s3 M: f
  37. plot(F/pi,abs(H));             %绘制幅频响应
    : u' i3 ^: Y) \, |* E0 W
  38. xlabel('归一化频率');        1 N# s8 h: E6 P. Z5 z4 v6 F. [, Q1 N9 J
  39. title(['Order=',int2str(28)]);
    % z' x' b9 c7 j" _" m
  40. grid on;
复制代码
) P- X) ~7 L, |: l. K% s
Matlab显示效果如下:! R* b5 x/ D4 ^2 k
+ B1 k9 f# d9 y- x0 Z% ?
73baea66269631da516a74e98da45b88.png
% e) s: Q! [# C
' b8 |, {, V1 @+ j- I# H2 g
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。! t! F  q7 p6 M  k
$ [5 B6 C- B3 e5 Q
40.6 实验例程说明(MDK)
! A) T5 ~7 p0 c- L& F配套例子:
6 g6 F& ~/ g2 V  U! _8 W& w6 G! ^
4 ]# H% p) R" l+ J1 W9 pV7-228_FIR带阻滤波器设计(支持逐个数据的实时滤波)/ Z% b5 v$ N6 g
& B) i. L* b1 c' y
实验目的:8 `  T4 j: M4 y/ _
学习FIR带阻滤波器的实现,支持实时滤波
/ Z  f" I- j3 R+ M$ e6 V: _/ V5 z3 `8 U2 x  `& z
实验内容:
5 K2 w0 }# x6 Q& p/ {8 G启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。+ Z  M& q3 R0 I, y3 S- t0 X3 d
按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。& O4 b4 X% g' h2 a  B% D

  f, o% A' Q9 f2 G5 l使用AC6注意事项
- Z3 s$ i; j  I* K% Y- q特别注意附件章节C的问题: w2 R. ~. ?! p0 A+ O  i$ x* A4 b

: d( K5 e% T, R8 q* U上电后串口打印的信息:/ \! a$ _! Y; s: R
2 m! K3 q# F; R0 o# {; w
波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。
+ ~! t4 S9 V, t& O' O
* n8 u$ p( S5 F( o; j: |5 A
9820ba6145f7d8a3406f4cccd06e4b4c.png

" n0 {; z  n8 e8 ^# c: f
7 ~) L7 o2 S/ X2 O0 N& WRTT方式打印信息:
4 A* ?; J3 H- N8 ~8 V1 r1 q, j7 p" ?' s9 S$ F* u0 |. V# h
803e36294ac8bbc76428bcbe5613d79d.png
& @2 A  v3 g& S. ^( E4 ?
+ Y6 a2 H9 ~, X6 X# z- Z0 d+ i
程序设计:9 v9 W% u  C( |  V+ r

. E  S9 Z, Z0 O3 `9 q" k; a  系统栈大小分配:: n& T% a( I8 Q6 L
/ _: s  b0 w0 v; u
ec342c78f71466987e218f42f92187c5.png
( D- n1 _( G* i% D6 H% ?
, Q# x" F. p9 Y# i0 |
  RAM空间用的DTCM:
* l5 L4 Z3 J! g  w- X# Z+ T
4 R8 m" I! f  y( M( N3 D
7f807913bee995db3a40e79477f226c9.png

4 l9 E0 g  p. {5 F, m! L* p
7 V# _# }0 G, f" w  硬件外设初始化8 m. a$ E: T2 y+ r/ Q: U

: v8 Q+ U# d4 \  C硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:" A" w: D0 ?4 m- C
( s* p4 ^5 m% X4 O
  1. /*
    1 D* S- v. p: s; S5 m; x# j
  2. *********************************************************************************************************7 z& y3 v! f* J0 D" J, o
  3. *    函 数 名: bsp_Init
    : L3 `: k; q7 z
  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
    / T! T; J9 r! I, {6 T
  5. *    形    参:无
    ( D7 J/ d* L/ D+ a  ~( d
  6. *    返 回 值: 无$ a7 {9 }1 `7 Z
  7. *********************************************************************************************************8 m9 m$ o( b. j
  8. */* K( |" E( N! L+ _% }0 h
  9. void bsp_Init(void)+ v/ \2 t1 E* r9 A6 R4 r0 b/ V
  10. {/ w, n8 g7 y! L% R3 ^: z- x  ?
  11.     /* 配置MPU */
    + m5 T2 R" Q  v' |/ T# Q" `
  12.     MPU_Config();  O, g2 n- a  c( p* t

  13. 0 ?6 Z* ?4 x1 {% j
  14.     /* 使能L1 Cache */
    ' b9 b6 D7 Y* g
  15.     CPU_CACHE_Enable();4 X( P+ ?. Q1 d9 d6 w3 A
  16. ' {4 I, p6 A( [  B8 a6 N
  17.     /* , G/ w1 U, I3 p9 q
  18.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:8 K$ m$ C2 v/ C9 S  |
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
    8 _: p/ {5 y0 [- K" {
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。# K8 v0 H1 {& @/ o, J" n% z4 u
  21.      */
    8 t* o/ Z' e/ c# j" t
  22.     HAL_Init();
    1 D" F5 J4 X; e7 [$ Q2 s

  23. & Y! [: e: F/ s% K$ v* B( ?9 W3 p# _
  24.     /*
    $ @4 h+ H( d2 n# |% |6 j9 s# [0 b
  25.        配置系统时钟到400MHz
    , H" J) ~+ i/ a! H
  26.        - 切换使用HSE。" E4 r2 S. p9 b' h0 a
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。/ z, O  s4 o; A  H5 `% U
  28.     */( p6 n! {+ \6 y& v$ O
  29.     SystemClock_Config();/ \2 n/ d( D0 {3 ?
  30. 4 K8 `2 {- ?& Q5 o7 @. `4 w* H# z
  31.     /* " W" m- }5 z8 y; E( d
  32.        Event Recorder:
    7 W( ?# s& h8 R0 h$ z. `( 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。
    ) G: l# o4 l: l
  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" _$ T' ?: X" ^7 ?2 p
  35.     */   
    3 Q& l# ?# f7 a1 y( ~, s8 U
  36. #if Enable_EventRecorder == 1  ! A& i$ M3 I0 K, H2 U4 N
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 */
    1 l* r. ~* ~; Q5 }. e( t9 u
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    ( l$ }- t- e# B% }8 W, Q- c
  39.     EventRecorderStart();% O; u/ S' E8 W/ _) q. B. Y
  40. #endif
    5 R' Z0 d* q' @' N) g# |
  41. + I- B) K1 c" I' J$ @; l  P' d
  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 */* b1 H! A# }) _! Z6 V& x
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    $ R, R' n5 h8 e+ a: f9 w
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    4 H+ B  u. w3 u; ^; N# z
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */   
    6 ]9 p, V3 b( ^1 G! x+ Z- L
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */   
    % b* m! k- ^- X1 [3 T7 W7 [
  47. }
复制代码

6 n* A' U  n- X( X7 m$ c  MPU配置和Cache配置:
" Y' Q4 _3 Y6 c" \  \. i* M
* Z: q  o3 X& U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。: h. h6 I5 i! j: K5 k
4 J" _4 Q; g6 t* p6 d
  1. /*
    1 _7 j$ l, g  u  B* B
  2. *********************************************************************************************************, X, M% W6 j, O8 U0 b+ b3 \' ^
  3. *    函 数 名: MPU_Config$ r8 O4 o5 Y$ w8 Y6 O
  4. *    功能说明: 配置MPU' M0 O) }; m( g: N6 Q
  5. *    形    参: 无( ], c& _3 ^9 d+ r- f& B/ g
  6. *    返 回 值: 无
    ! t! z7 i) c, q) |# M
  7. ********************************************************************************************************** G' J2 v- |0 Q
  8. */
    2 |; B6 J! d9 Y3 w5 F+ ~
  9. static void MPU_Config( void )
    ; d2 n1 p) ^" C8 z0 s" |
  10. {
    1 C7 O( s* [3 `
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;
    " \5 c) s$ P; X

  12. % H" }+ M) m" U, |3 |, b' K
  13.     /* 禁止 MPU */5 o' q3 V2 m' D* m: D
  14.     HAL_MPU_Disable();' v& N, X; A3 G0 b  w% \

  15. * m7 v3 p' Z. o" k
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为关闭读Cache和写Cache */
    8 Z2 Z" q8 \3 @$ K& u
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;1 w; L+ y- I1 n# P. M+ l. |2 x
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;: v  k/ S7 d$ X, e( V# R8 a+ Z
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;$ ~2 N+ K1 I5 r. q9 O
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    1 i6 e$ A2 C( R' l# T. f
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_NOT _BUFFERABLE;0 H( ?7 _$ p* z6 [
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT _CACHEABLE;
    $ j4 [) S0 @0 D- O) O4 u: [
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;0 Z. l  Z) y- H2 j
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;# d1 E$ ]* e$ Y8 @! t
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;  V  q4 y, W6 s* l
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;$ j9 s7 |# a: \# _" Y& \) A
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    ; }! b+ E1 `) c; E7 \, O5 n: j
  28. 1 s  c) l% I- N% q0 d) {5 i% f6 l( y
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    7 G& b/ V+ X  F# O1 Y4 ?0 f9 b8 I

  30. * z8 a! d6 Y# R8 m+ R" O* x: N

  31. ) @" O: S. s  p( u' t7 P$ n3 q
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
    $ g7 n  {0 N, g3 k% J8 |
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    4 Z. a* L0 n' d- R
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    : |2 O/ }; s* b+ \! J1 N3 [
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;   
    $ a. n7 e5 e! g: z1 s; D
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;9 A' R9 o8 s' N
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    - R/ @" U2 S0 c: G. ~" q
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;   
    & _' b% ~1 S: Q& }- p- [
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    5 |, v4 M- l6 X4 c0 P3 m0 u: Y! ?
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;0 D) `7 [0 e7 I: ]) a& z
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    4 b- s3 D( ]! _, j( o* z5 L  X/ L
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    8 i; q- T6 B) f) h0 z% l
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;2 O( p5 g% |& L% D( B

  44. 8 B6 v2 F9 z2 F& K  M% A8 s& @' |
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    8 W) t. W2 \1 _3 M8 l) R1 {9 k

  46. + N" u  G% u! {* U" G  w$ |2 v1 v5 F
  47.     /*使能 MPU */. q9 }, X# {4 \) A8 \8 ?# ~
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);+ b. C0 k+ ^3 L' E3 q
  49. }
    / b3 h  B, L# G

  50. . Y2 W: o7 R4 [" x, O8 ~
  51. /*7 e% f0 G6 j8 k
  52. *********************************************************************************************************
    7 V0 `2 p6 C5 @, y. J  Y
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
    0 K# n0 q# K0 O
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache3 P$ y9 }) b  ]  i  p/ c- \
  55. *    形    参: 无
    9 V5 i, I! d4 k& W' C9 a% O
  56. *    返 回 值: 无
    ( s: x+ r8 y' ~" f
  57. *********************************************************************************************************0 _; k" P  e8 r* ?3 R
  58. */0 T6 T4 V6 J! t4 C5 O% P
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void)( _6 c) H, @# T* ]' A& [* M
  60. {
    1 U3 \3 P  }6 k8 ]( a
  61.     /* 使能 I-Cache */) i; ?6 E0 U1 t1 o
  62.     SCB_EnableICache();5 q0 w4 d) N; w3 F& |' I7 T0 H

  63. ' j& X. |1 v, |: }1 K# R1 @
  64.     /* 使能 D-Cache */
    * |8 i( a; K' j) I6 U
  65.     SCB_EnableDCache();* F" O7 V7 k1 T4 K+ V& c1 a* b
  66. }
复制代码

" A" E! z1 p: o/ w  主功能:
' O+ m) G6 m" c/ t! s  S  _# \/ i
主程序实现如下操作:3 A4 M7 {; U1 r" X

2 V2 x4 J' C' L  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。0 B. i& K, O$ O3 h+ E* C
  按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
, c& B7 d& f3 f5 S- c# z
  1. /*
    # }& Y: j/ f; R8 U8 R" `
  2. *********************************************************************************************************! p/ ~6 D9 W* ^2 `4 ?& m
  3. *    函 数 名: main6 u0 s+ X2 h$ B4 u/ g
  4. *    功能说明: c程序入口
    * Y% S8 k; m' ~: R+ f
  5. *    形    参: 无3 ?7 C! M3 Z1 _2 h0 E
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)
    # ^" J1 |: f! O
  7. *********************************************************************************************************
    ( y) G: r/ A, }* S: W- h3 W7 b7 {
  8. */
    5 p+ \* U% M2 w- v8 ]
  9. int main(void); `9 r/ t  {, u1 v, W  G  S: R) K
  10. {
    4 f: z, \4 b0 l
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
    ' A& [  x. G( `
  12.     uint16_t i;) ]' w4 L- i. k" S% L

  13. 2 s' H% u* _7 W* _$ s5 |1 ?; ]

  14. # W% h# n& O8 e* J- |5 _7 S
  15.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    " n- [4 ?3 v" l% n
  16.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */+ g! Z4 \) s/ X# J4 ~) a

  17. 8 l6 M4 r. C3 R$ T
  18.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */
      b' {0 V& D0 @+ i& S( q) Q
  19. & I/ [4 s( m  @' D" [' l$ Y8 L, a
  20.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    ! ]0 a5 v( }) L5 R0 Q. i$ v
  21.     {; l; ~* r6 `' N3 X& G
  22.         /* 50Hz正弦波+200Hz正弦波,采样率1KHz */3 q' E( j2 x0 }
  23.         testInput_f32_50Hz_200Hz<span style="font-style: italic;"><span style="font-style: normal;"> = arm_sin_f32(2*3.1415926f*50*i/1000) +
    $ a8 G0 H9 v/ x( F- S$ |
  24. arm_sin_f32(2*3.1415926f*200*i/1000);
    $ H9 D, J5 y% `& X# f
  25.     }# R3 V( p% H- Y# [( `  _. h4 m' D! [
  26. & f; m! E. `' x( _

  27. 9 }/ E( {9 c! M+ _( o+ v
  28.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
    % [3 p4 X4 V. u5 ^

  29. ! q) [1 @0 U; U! a( E6 A' z
  30.     /* 进入主程序循环体 */
      x8 n0 i, F4 X5 n1 N
  31.     while (1)0 x; S( d. Q( j; w0 I0 g9 F
  32.     {
    4 ~) l6 u0 Q/ g/ a
  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 */1 M2 y- v' \6 Q

  34. ; ~# g& r; F4 p' k* r  i

  35. # P: O8 n6 c/ T
  36.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */
    3 i. N: d! m6 b) G8 n+ {$ k! W
  37.         {( X) w$ Q9 [) H- ~3 ]' V; v
  38.             /* 每隔100ms 进来一次 */
    1 P( T( U% e+ }/ c+ ^  m
  39.             bsp_LedToggle(2);    /* 翻转LED2的状态 */
    - q: y* H; m9 |( E
  40.         }
    5 _0 W3 _9 o, X5 H! Q  H. L: I
  41. % e, W1 z$ M' l3 r
  42.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
      b% }/ h2 D) m- K
  43.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)7 _+ P, A8 N, Q' |- [, s
  44.         {- C9 T- K$ k" d1 i
  45.             switch (ucKeyCode)" g) Z  V" L4 {$ o( G9 }
  46.             {. O; b3 Q# c: M) V- T7 v- n
  47.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */$ ]& @2 O. {8 I! f
  48.                     arm_fir_f32_bs();5 _7 ?" h7 h8 l7 |6 t: Y
  49.                     break;
    ! T# o7 Z' E# }+ b- C

  50. 2 i* @& t2 @) O

  51. 8 Q* J$ j; |, b# N! F
  52.                 default:( s! u" t. b6 d# A3 {2 h/ m2 ^+ \8 e
  53.                     /* 其它的键值不处理 */# ~* ~, ?6 S1 b1 v  t
  54.                     break;$ Z2 w& \( W; K* f8 O0 T& Z) S
  55.             }
    ' k# ^9 A: N, v1 y! r) v. o% C! M
  56.         }
    % n& p& |0 T7 `6 {  o; E$ j

  57. 1 p# X5 k4 q9 I5 J: f0 i
  58.     }
    2 O2 ^( n9 Q% x( B# I9 P3 G8 T( |
  59. }</span></span>
复制代码

1 s8 Y4 E& m3 }- C40.7 实验例程说明(IAR)' {$ P* R: B$ h0 k" H
配套例子:
) \' j8 n3 r# F* z. u2 g& ]V7-228_FIR带阻滤波器设计(支持逐个数据的实时滤波)
7 L/ C2 R4 L8 E# k+ a" D! Q. B2 ~  W7 S" D# X6 v0 y8 b3 e8 e
实验目的:% F( U4 R3 s" r& L4 v8 A
学习FIR带阻滤波器的实现,支持实时滤波
% R/ J  h/ E$ ^5 R

6 g2 N/ u; U' _6 o/ s7 p实验内容:
6 F& o' [1 C/ r( e- u$ Z6 P启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
9 O: w3 F# c' p( H按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。

, T- W9 K& A1 \$ V9 W7 E/ G0 p6 v( v. A: y+ X; i
使用AC6注意事项( D. B5 J# z8 ^- h" A4 x
特别注意附件章节C的问题
! v6 R1 Q( X/ U, ^  @/ k7 ^0 R  H# Q/ J5 R, ]
上电后串口打印的信息:
- M" ^1 ]8 N+ ]6 X
4 j' Y# u0 ~$ g波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。$ z0 u; K1 _  ?2 b

  m* u, }% [3 _3 V5 \5 M
70f3399c2aa9dec61c38503cb279463f.png

* O6 J9 Y! v% B8 d2 n" d" ^+ Q3 j9 U1 V  `! X- |( t/ ]5 |/ S
RTT方式打印信息:
/ E5 X! X1 O: m, N/ h4 U" y
" f4 q0 h: Y! h2 c# R
3216bf4356cb1b680117bbddb4f062e0.png

0 E* [, R* O. y% b; ?6 s3 R
+ }+ Q3 T  v$ w程序设计:
) I& k9 e+ h8 z2 w: Y+ P9 K4 ^* T9 p$ P# P
  系统栈大小分配:
3 I0 U0 A- K, ~  i  K4 ^; Y2 I- o3 `( h& ]. n( r- p1 @
6c0034e2c114417bc42c84b776059e2e.png

  ^1 c* r% z% F% `2 ?3 G. R7 X/ T. A. l2 Z. H/ {2 v9 h) h
  RAM空间用的DTCM:
/ l7 I) L0 |3 X  M+ y, Q( [' Y2 ~5 c* `. x
636fab000c9dcaaef2a3c37cf6bb28b3.png

) {- S4 h$ d4 ]+ m% D
+ {: Q8 x  Y: l1 k+ _! ]* D8 s  硬件外设初始化
, A1 S; l0 T) m; u7 T+ D- e3 b' {# D7 W* \4 \' E8 ?
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:
7 ?- w1 S2 e  C0 S# H( r' _) ~+ _3 t$ q
  1. /*
    * H9 @* P) J( n, B5 j2 a
  2. *********************************************************************************************************  B/ p2 ?. e0 p/ K8 H( t6 s6 p
  3. *    函 数 名: bsp_Init5 L! K: P7 E9 n# u  B& S! [# U
  4. *    功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
    ' ^5 F  e5 r1 k! l: B. t: I% h: z
  5. *    形    参:无) N2 b3 e- H4 w, }0 C3 Z& Q
  6. *    返 回 值: 无- k. I9 e' z. [' M0 i# n* N; [
  7. *********************************************************************************************************
    - @+ c* X+ j- w" r& A1 P1 k& W' e
  8. */
    0 x  ^/ O5 `7 e6 \9 b% {3 F
  9. void bsp_Init(void)7 H, U0 w9 q, m4 e
  10. {$ _. c7 Q8 [- l
  11.     /* 配置MPU */
    ! R3 i; c6 k6 \+ [1 l7 y& Z
  12.     MPU_Config();
    8 _9 e2 l' K1 @7 P) A4 \8 O

  13. ' ^" g: H" E& J: S, ]: G4 [7 L
  14.     /* 使能L1 Cache */5 ]. @/ g4 Z3 U& y* L, T& h
  15.     CPU_CACHE_Enable();
    0 K, B/ Z! {& I8 n5 |0 `& s

  16. ' q# N+ [0 |8 \4 [6 U2 u
  17.     /* 8 A9 v# X( H1 `! V
  18.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:8 B) l+ l  d2 ~0 i( U0 W- n
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
    8 g( ?" y7 s# J2 f
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。/ ~- T% j, F1 p7 N
  21.      */
    6 p& |' |& t  u9 N) ~/ w3 {
  22.     HAL_Init();; G. h+ L# N, @0 s0 H! Y0 o

  23. % ^/ s1 Z1 j* i7 d/ H; o
  24.     /* - O0 c: w. l! {, f
  25.        配置系统时钟到400MHz4 v. K/ Y3 B9 z$ ~$ c+ q) W# u; x
  26.        - 切换使用HSE。
    ! R( D9 s. p6 _4 C
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
    9 A5 f8 u7 E1 ^, [; h3 C/ \
  28.     */
    * \! d0 A7 j' }
  29.     SystemClock_Config();. ?: B& M' \; b, h

  30. 0 J/ h- J% j# U' c! d2 t" ^
  31.     /*
    ; ?: X6 k" E- g2 ^6 ^
  32.        Event Recorder:
    ; ~7 p8 A, r0 O1 W. j8 X: r
  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。
    + i+ x) V) M. K3 T/ S/ y3 r, j
  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
    : x* V. A/ M2 ^) m0 e
  35.     */    ' y& U5 c1 G4 f7 L# }
  36. #if Enable_EventRecorder == 1  + w  K6 m1 c" S6 f( d: ?
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 */3 b# V- }( b% A
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);) R6 l0 r# I* s0 z
  39.     EventRecorderStart();
    3 W  g# }3 c$ |) J
  40. #endif3 w6 L0 Y4 \& O. a" P; ?3 I
  41. * e$ j6 [3 U7 U3 w0 N; i4 q$ 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 */& S& S. E9 Z0 I1 T* f9 H. r
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    / c+ X( e% F! m1 D: t
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    ; W- {" s5 {/ {8 ?: t6 p: `! n9 [$ v
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    - g  P3 [" ^- M) b; E* `
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */   
    , s/ \# D2 I- n+ {! D+ K
  47. }
复制代码
% {1 B  c3 u' X+ f$ X
  MPU配置和Cache配置:4 |9 m* k; ?% V- u# q  y. r. \! R
9 m" z0 e  e. H6 q  p
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。
" j  o% e; w( x# w# [/ {9 P9 \
3 O% z0 ?) R8 j' r# u1 b
  1. /*
    & h7 z! r1 z/ E
  2. *********************************************************************************************************' K: T1 t6 x* |" p; l1 H3 X
  3. *    函 数 名: MPU_Config% @- M* i2 w. |; M( r
  4. *    功能说明: 配置MPU
    ; G: J4 K1 B* X) s  z
  5. *    形    参: 无% u* t: Y4 d6 |2 \
  6. *    返 回 值: 无+ w9 O6 L& V, M. z
  7. *********************************************************************************************************( g4 b5 h5 v# n3 g+ W8 `$ y2 S
  8. */
    ' }0 e* o3 [1 S% f* q
  9. static void MPU_Config( void )
    8 R3 d4 l) @: [/ ]: c9 ?  o4 {
  10. {
    - j. b. `5 ~; s7 B
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;9 m) `/ s0 |* A( o. Z# o
  12. - Q; Q! c9 n: z$ t. r2 ?
  13.     /* 禁止 MPU */
    # F8 V; r9 |" B( c  f( {. W
  14.     HAL_MPU_Disable();
    + D' d2 c0 u8 c9 z
  15. * @, S. D: B- u/ P
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate,Write allocate */! q$ ], B+ ?) D" s7 I5 p
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;6 M& {$ K) y$ x
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    0 b4 z% D, ?, ?/ _6 x) p" l
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
    " m6 `' k' s$ H/ j5 V
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    ; `+ m! _7 G( |9 Q
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;) b% Z% ^& l. v2 J8 g% E) V" {
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;" s! E. O( k8 W- f+ i* ~# {, M1 \& @
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    6 ]( z( t+ {1 X8 W; v6 Q8 f" r; W( j9 C" d
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;3 b( a. V$ ?6 g: |2 f! T
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;
    / Z  N7 a2 O3 ~, V
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;0 O$ R  v  f# m) D. a2 \) W. a
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    3 R: [. ]% R; M$ g* m, J

  28. $ a/ G# c# `2 q% d( P* S  I
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    # S- x% d0 k  x3 ]' ]1 ]: {! }
  30. ( U' L) A1 z6 Y5 U
  31. ( M/ b9 t% X; V
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */2 R: E; O5 g( z/ t! J  G. F) W3 \
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;: U# s9 [7 r' O# ~& w; a8 w
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    3 ?2 T/ z8 T+ f& `
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;   
    ( T: I8 q- @7 a$ @9 x
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    # o6 b  @" [0 p1 }
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
      u# J& |2 s& }4 T
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;   
    & d0 p. i& s" l; O' v
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    : B% U, U# `; K+ m
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;& q9 u3 d  p6 G# Z
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;3 B6 p( _3 z8 T7 b: c7 K7 G$ r
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;1 O# c9 `5 y9 r4 k1 S3 W
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    ! o+ G7 `$ G9 b+ [
  44. : s( C, @2 I! ~, \
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    # _  ~5 f/ Y, s) n9 }

  46. 6 m/ {1 D* }1 W0 b
  47.     /*使能 MPU */% h) Q& D( a1 Y/ c8 o( K
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);( A4 ~% y0 }& G% D# a
  49. }
    # C8 s* D) v! U7 m+ U$ W

  50. / I: L/ y) O4 ]) L- y% v( o2 ^
  51. /** d: s; g3 U3 A3 x' B
  52. *********************************************************************************************************  y/ t. f) V' @1 z: ~0 Q) u
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable8 Z, |! i) X8 L  _* b5 v7 G5 N
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache
    3 d2 l2 d' y( L% b/ @
  55. *    形    参: 无  S( Y+ t* w6 |7 y" Y
  56. *    返 回 值: 无
    4 v9 E. M7 B6 I  a% d
  57. *********************************************************************************************************
    $ [3 @$ A$ `5 l: F% y9 [
  58. */
    % [) }$ d0 [) w2 h1 ?" M; K
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void)* [% k/ ^5 V9 l% Y2 V% k! ]
  60. {
    ' F! n& D1 @3 C2 F
  61.     /* 使能 I-Cache */6 P; [$ c' I9 q- v
  62.     SCB_EnableICache();
    7 K* x) _1 P2 b- U; B4 i6 Y

  63.   z1 E5 c4 G: j3 v
  64.     /* 使能 D-Cache */
    . O1 g+ t5 v* ]" {( ]
  65.     SCB_EnableDCache();6 W- v2 V2 r8 J1 _1 n) \, {
  66. }
复制代码
  I4 W1 z# h  K" o& s
  主功能:
* p9 C. f$ _( o' A! _3 p) N! I' S; t1 a& ~# W+ X+ q
主程序实现如下操作:) v5 w+ P. \# x) R0 ]) D
" T& ]% H  r; d$ ^8 m: D
  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
( c8 c. T9 q! g2 S& W* W  按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。  R7 o0 H0 ^! Y1 ~
  1. /** ^" v3 M1 Q/ c4 q- H4 T
  2. *********************************************************************************************************
      v2 ]: o" N( G
  3. *    函 数 名: main
    9 g* ^- I0 d9 r7 @% j$ t9 ~2 b
  4. *    功能说明: c程序入口# N, q8 U* b  B" L( ?
  5. *    形    参: 无  c3 w  u/ i9 y! g1 K
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)" Y9 U$ v9 ~; L8 T
  7. *********************************************************************************************************
    5 }7 Y7 x9 Y/ N4 C! }: n; h3 e- P
  8. */2 Z( o5 ~' G, F2 t$ Q/ }
  9. int main(void)3 k( ^1 B: B, c6 ]9 B) U) x
  10. {) T, ~' F2 d8 @/ N) A
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */3 R% j0 n7 P6 ?! E/ ]
  12.     uint16_t i;
    , R& Z8 k4 W' l! R5 k8 V# f

  13. , j1 t0 ^2 ^0 n; \; O- R, f

  14. : A2 O6 c  j# Z2 l$ ?, N" i
  15.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    , V  |) F7 ~; |* @
  16.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */
    $ F8 C' k$ e' O" {- `; @
  17. - }# N, j. P- U3 H
  18.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */
    & M2 v) [% P, A6 D
  19. , c* F+ W9 a- o5 r
  20.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    5 X: x  N0 @. u( Y- R+ H% K3 k
  21.     {. |7 t3 ~* @( F% d8 |, J
  22.         /* 50Hz正弦波+200Hz正弦波,采样率1KHz */! i1 C6 d  B8 c  E$ J0 e
  23.         testInput_f32_50Hz_200Hz<span style="font-style: italic;"><span style="font-style: normal;"> = arm_sin_f32(2*3.1415926f*50*i/1000) + : |4 @0 X2 M  P% q+ y$ ^
  24. arm_sin_f32(2*3.1415926f*200*i/1000);
    9 {! Q: \" Q% f3 \) O
  25.     }
    , A* v8 h4 c+ o' ~

  26. ) W/ @! O& b- A. J% r1 f% d

  27. % l2 v9 [) |0 ^7 S
  28.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */; [* i+ t- v4 M8 R4 S- S. e
  29. 8 w$ y, D8 c. {
  30.     /* 进入主程序循环体 */
    . Y. U3 ], k- o& ~
  31.     while (1)
    8 B- D8 M/ ?  g1 q# B4 C6 c
  32.     {
    1 D$ ^$ i) Q  n6 h
  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 o' A7 ]# ]% B3 @
  34. . n6 O0 U. J+ e, A$ ]4 s5 x
  35. + b$ W1 Z/ c1 Q' q
  36.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */
    , m- m8 s) K8 S2 z7 s- q$ l
  37.         {
    9 R4 S$ u2 N2 R7 o1 J4 R
  38.             /* 每隔100ms 进来一次 */
    ; h7 T& [6 T8 m$ v. J
  39.             bsp_LedToggle(2);    /* 翻转LED2的状态 */" Q7 z- [* e$ v) X# I3 S
  40.         }# C* l1 q# K: a9 D% h' J/ ]

  41. , h' m1 q3 b/ E# `
  42.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */9 z8 k9 `& y+ w( F; b' |# x
  43.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)
    ( a7 k; X- I& e( K" Y
  44.         {/ d" {: s( q, ]* e
  45.             switch (ucKeyCode)" x  l# W) _# C5 F; n# P5 v5 b# t+ W
  46.             {
    % q% I4 j9 |) I
  47.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */
    * @1 ]- I4 t' @8 E$ W
  48.                     arm_fir_f32_bs();
    ! [' g7 Z+ v3 u# f: h  h, i
  49.                     break;. O; o" ]# d7 \) R- s; W

  50. & {) T. A2 \( x  H" E

  51. ; D* S% O, s- A1 J9 c2 j
  52.                 default:1 r4 g* k7 P% e) o: [- I0 n
  53.                     /* 其它的键值不处理 */
    % m; W$ ^& b# h( o: S& g. L
  54.                     break;4 M% f6 @3 [( d6 T( k$ F
  55.             }
    * g* H# B# E; F8 W
  56.         }, S; w# l, N: y3 n, ^

  57. ! w3 Q! V* ^" m- c
  58.     }& g# M9 E! \4 [6 S1 \! Z  g
  59. }</span></span>
复制代码

" |, Y' V+ i9 u! M. S$ _  \40.8 总结+ K. z* f% D$ @" H
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。
9 F; j" V" z1 h8 o7 E2 r# M' I9 T2 n' T3 q8 M1 J

1 b1 ~7 o) w% I! }( d  M7 C
! S* @, f# |0 ^9 t$ S
收藏 评论0 发布时间:2021-12-31 18:00

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