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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% k! z' B; L4 j5 z1 s- a
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:
% j1 `" ^! J8 b9 ^7 X* @" i* R8 U# i/ ~; q3 v2 V8 I
  所有数据是在同一个采样率下依次采集的数据。4 L; [5 a  F+ q1 N) E
  每次过滤数据个数一旦固定下来,运行中不可再修改。
, U% W) P  x' G$ W2、  FIR滤波器的群延迟是一个重要的知识点,详情在本教程第41章有详细说明。
7 k/ i$ A0 O5 A" V: g
8 P7 }2 T4 j) \40.2 带阻滤波器介绍
& P9 L/ I1 a5 a$ a# \; b3 k% D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。
0 L( C0 |- E9 F# ]& v2 p
2 b8 l) N' W0 W/ f
eb07af4703783e5f46e002099968ab94.png

! [9 E4 b3 ]5 w% M  M; X. I6 E( F- b1 o+ Y' z! P
40.3 FIR滤波器介绍
7 L, y, |. ^+ w/ p4 R4 u; D' MARM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。
+ O4 o" y! M& Z% w1 B! K1 e" a" I% |4 v* ^- Y( Z$ d
FIR滤波器的基本算法是一种乘法-累加(MAC)运行,输出表达式如下:
/ {0 `7 E6 ]; \
2 Z$ f8 S2 p1 Dy[n] = b[0] * x[n] + b[1] * x[n-1] + b[2] * x[n-2] + ...+ b[numTaps-1] * x[n-numTaps+1]
" O. d' I! [& D! s- U1 f2 j+ U: d# i9 i
结构图如下:- t: V+ f& w7 ^  e
+ y6 z" C* f: T% j) F% z
90e8ce626ba20176e8f8a370fe3d3a24.png
2 Y" M4 D6 O( _' C8 y

9 W. f1 |3 U  g
* C  m- X+ W. P" B. a) Z: F# z4 N$ Q; q6 `8 R. x/ {
这种网络结构就是在35.2.1小节所讲的直接型结构。. [% I# m1 }- H5 u
9 `% ?& @5 }' ^) w# A
40.4 Matlab工具箱filterDesinger生成带阻滤波器C头文件6 h5 _3 i9 c  s
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:
& h/ i# f& p8 x: y* @* v6 r( U; Y3 v" E# K* C0 D2 y9 @5 ~
5e14332b29b2594dc996e0064ae98798.png

/ `6 n: U2 z1 u, [* z8 X2 w* @9 V7 i$ T' \$ V2 r5 A# Z: A
filterDesigner界面打开效果如下:
0 Q% j; S# K& Z5 Q
2 \0 G* r+ D' H  N; H, y  E
d1a63d0da79f50ac93f367c073710727.png
4 s/ d; i+ U7 o5 j) _! O& T& f; _
" a/ T2 d& B" I9 E6 I$ I: @" Q
FIR滤波器的低通,高通,带通,带阻滤波的设置会在后面逐个讲解,这里重点介绍设置后相应参数后如何生成滤波器系数。参数设置好以后点击如下按钮:
1 J% T# {! J8 k, k9 }& h& d  [" F/ w& `3 i$ z
35d982a9816fc3b4e4b3df474c264710.png

# w8 S3 @. ^3 n5 Y- k4 w) b% \& Z% K; Q, K1 u
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:
3 O( e% S$ F' ]4 v: h; P
- z. a5 k0 g* P& b* |6 ~
220bb228e2f80fce9805e85e75e61d15.png
( K7 ?* @8 t8 z' p  V
8 }- o8 j: v( |% p
然后点击Generate,生成如下界面:7 g8 r9 E; J7 G3 [
% b" W/ K, C, P$ l
84a01de7e8391be7a8456ac6ad24f23e.png
% d  I: o3 n1 v# s2 ^5 H( O* Z
0 s0 Q6 ]/ q  a5 G  {3 Q) J
再点击保存,并打开fdatool.h文件,可以看到生成的系数:
6 W3 o# N* e7 Q- y
5 s. ], m/ s3 X! m& w
  1. /*- R# r2 }5 Y/ L" ~- b
  2. * Filter Coefficients (C Source) generated by the Filter Design and Analysis Tool1 n) q( Y# h' u. c
  3. * Generated by MATLAB(R) 9.4 and Signal Processing Toolbox 8.0.
    $ l& A" `6 p, E. ?
  4. * Generated on: 20-Jul-2021 12:19:30' M; S9 E5 S# C" S6 k1 L
  5. */& N: S2 R4 @# a9 x- P
  6. . i% d) b) s% R1 f# B& t$ u# F
  7. /*9 \2 a9 l6 a" p: `8 b) b; I
  8. * Discrete-Time FIR Filter (real)3 \7 h+ ]1 D" \' w" `7 C
  9. * -------------------------------
    - r+ L( q* |/ H4 K: [+ n
  10. * Filter Structure  : Direct-Form FIR3 m0 i8 M; \+ r
  11. * Filter Length     : 510 D" U! V" \3 l4 p( _" s
  12. * Stable            : Yes
    0 b+ Q. {; H+ B+ m$ @
  13. * Linear Phase      : Yes (Type 1)' d4 f- o; N, h5 g' h: s
  14. */
    & ]5 ]" z% y) t6 N# Q7 z4 S$ d5 W
  15. ( v' O" t9 R  g- w+ K& u, L) N; w* M
  16. /* General type conversion for MATLAB generated C-code  */
    2 w0 @9 [$ b" {) r8 D$ @
  17. #include "tmwtypes.h"
    2 N' ]5 d: d$ Y- \
  18. /*
    2 ?+ V* ^: y% e# @
  19. * Expected path to tmwtypes.h * g  {/ U' r: ?9 D. y9 N
  20. * D:\Program Files\MATLAB\R2018a\extern\include\tmwtypes.h + D2 c0 R1 [- ~5 r4 _9 K! E
  21. */
    " P! X# T6 j' m) y& i( Y  [
  22. /*# u& f* q7 m: M) Y, Y4 |3 g
  23. * Warning - Filter coefficients were truncated to fit specified data type.  
    . r! K  J' ~, E3 W9 j& Q
  24. *   The resulting response may not match generated theoretical response.
    6 A6 Y  x' a  M& W, g
  25. *   Use the Filter Design & Analysis Tool to design accurate" W0 v9 p" D* a; H9 s3 [
  26. *   single-precision filter coefficients.; y/ l8 V  M' a4 z
  27. */
    0 p) s+ H) [# a
  28. const int BL = 51;
    ! U' R. ^2 e1 N. j6 `' q
  29. const real32_T B[51] = {
    5 Z- F) I" l3 U) R2 Y% [
  30.   -0.0009190982091, -0.00271769613,-0.002486952813, 0.003661438357,   0.0136509249,! k7 v6 z. F0 p) t
  31.     0.01735116541,  0.00766530633,-0.006554719061,-0.007696784101, 0.006105459295,
    ' t: q1 H* D: z' L
  32.     0.01387391612,0.0003508617228, -0.01690892503,-0.008905642666,  0.01744112931,# y5 x6 K9 G/ x4 D. k* m
  33.     0.02074504457,  -0.0122964941, -0.03424086422,-0.001034529647,  0.04779030383,
    $ _! M, o! N& E3 Z
  34.     0.02736303769, -0.05937951803, -0.08230702579,  0.06718690693,   0.3100151718,
    7 [8 ]5 r9 H/ n  d8 D* @2 p
  35.      0.4300478697,   0.3100151718,  0.06718690693, -0.08230702579, -0.05937951803,# v1 I7 }0 h# O/ h1 M4 T/ _
  36.     0.02736303769,  0.04779030383,-0.001034529647, -0.03424086422,  -0.0122964941,7 w5 S# I" b7 l( p9 H9 M
  37.     0.02074504457,  0.01744112931,-0.008905642666, -0.01690892503,0.0003508617228,1 _; d$ ~) f6 b! T
  38.     0.01387391612, 0.006105459295,-0.007696784101,-0.006554719061,  0.00766530633,8 M5 J% e% W6 @9 Y& p0 Z1 l
  39.     0.01735116541,   0.0136509249, 0.003661438357,-0.002486952813, -0.00271769613,3 m) y6 r9 Z* \6 ?3 [8 J  i; \
  40.   -0.0009190982091/ U, T& X  |( d" `! D, T$ [
  41. };
复制代码

; V* `6 b" r4 ?4 \6 Y8 a* _; x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。
. T0 }* E' t4 `% C# N( i9 |' f$ L) R: U; x3 ]8 }8 T- V$ K# `9 d/ G- o
2b24513b974f0554c59651f8b94b60da.png

" V6 p: m! b5 n, n& o' E8 K( r; c5 y1 a5 M& V0 u

; g# M' t; T7 X; j+ [
- }9 d2 j) H8 K5 x* l  Z6 K40.5 FIR带通滤波器设计

( B# C4 f( ?4 S: f5 y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
, `0 u( U' h8 H4 s4 U7 I/ ?9 [6 M! Y5 C
滤波器。4 e/ _; ~! \' A" V* k

1 ?& E. T  U5 K# `% r' I40.5.1 函数arm_fir_init_f32( Y* N+ B/ ~; n
函数原型:6 u, B) }7 D3 m2 u* J( L3 }

# T7 j, N: M' o) t/ Z# V/ V% {
  1. void arm_fir_init_f32(3 O( _2 b' [1 y, J* T% w" `
  2.         arm_fir_instance_f32 * S,2 V% [: d5 w! Z/ H; b* v
  3.         uint16_t numTaps,1 t" k) o* w3 {: _
  4.   const float32_t * pCoeffs,7 o# l9 @$ X$ X# X& E7 p2 z' d4 U
  5.         float32_t * pState,* Z/ ^8 d( x9 L: N/ U
  6.         uint32_t blockSize);
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- k* Y. b6 H! V( z
函数描述:
2 c# m/ O; s0 Q2 j1 a5 v, |. e
1 o  c' a. N/ `: q: t) ~8 a5 }, y这个函数用于FIR初始化。4 f+ t5 ]% B; {/ E1 I# o
) l$ a  k$ S" z! D# S5 N, J
函数参数:
0 l$ k* k1 b4 C  T; O' A
- x5 @/ W$ |  Z/ t  第1个参数是arm_fir_instance_f32类型结构体变量。
/ K+ a% {0 O- l/ r  第2个参数是滤波器系数的个数。
' W: r, v2 ?4 W( b7 {# x) R3 B  第3个参数是滤波器系数地址。1 @8 X. q2 S5 [7 d# N' s' Z
  第4个参数是缓冲状态地址。; o% H- ~6 o; Y
  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。
& b! \% U+ {" c, [7 ~注意事项:' [% ~% O( U# X; A2 c7 Q* m- n
$ O8 r% E- A0 [" B5 m3 e  ]3 I
结构体arm_fir_instance_f32的定义如下(在文件arm_math.h文件):3 f! Q) R8 U  x) ?" X
/ L5 d% }# @+ M& O5 H* P
  1.   typedef struct& e$ v/ P9 W: a3 C  {
  2.   {) ~) M. _. ]5 R( ^* G. y7 \
  3.     uint16_t numTaps;     /**< number of filter coefficients in the filter. */
    " z, C& D3 Z) t+ X) C. ~2 P1 _8 f
  4. float32_t *pState;      /**< points to the state variable array. The array is of length */# x3 s# h  `* f2 c2 g
  5. numTaps+blockSize-1. 6 l% I8 q7 @  P
  6.     float32_t *pCoeffs;    /**< points to the coefficient array. The array is of length numTaps. */
    & X4 C% F( K! _3 }# N; M# a# c
  7.   } arm_fir_instance_f32;
复制代码
1 `% G; p2 q: \; Z
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:
, u$ A; \- ^+ w. C( B0 ?
( O8 }3 K" f5 w+ n{b[numTaps-1],  b[numTaps-2],  b[N-2],  ...,  b[1],  b[0]} 5 y3 l& d7 q' l# B9 E4 C: x4 p
; u7 h" g/ J; c+ L& c
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。: ?, S+ f* |  Y0 ]( I& [  W  z8 f

  _! ]2 a, ~; u2、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。
4 D. d3 b! C% h2 C  g) ?. \" _' L$ G. z
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。
+ Q* v0 {9 |8 [: @; R  u& C& l/ B6 ^
40.5.2 函数arm_fir_f32
, V9 I3 O# Q& j; ]9 q
函数原型:" Q  a* q6 p; `' I$ U# k6 L; I3 y+ v
/ p: [! v, N4 D: G# h3 J* D
  1. void arm_fir_f32(
    # `% V3 G$ z- A* L( p; k8 Q
  2. const arm_fir_instance_f32 * S,- r1 y0 _. x  O- y/ S' Z
  3. const float32_t * pSrc,
    1 [  G3 I" @: w. t) e+ W. r5 h/ G* M
  4. float32_t * pDst,
    , q  S  }- N& n4 c; q7 D& O
  5. uint32_t blockSize)
复制代码

5 Y- _( F, V: I: @" I1 s5 O函数描述:
& X0 Q, R! q+ j
% D% h: ]" d% O/ `/ ^; Z这个函数用于FIR滤波。
5 w' v: {, C7 C% n
+ h' X6 Q  ?/ @5 t! d函数参数:0 n0 ?5 _* ]3 ]

1 d' P: W) L# l6 n$ \0 x) n' u  第1个参数是arm_fir_instance_f32类型结构体变量。* |  L9 u  ~1 M& B9 b; h2 W8 Z
  第2个参数是源数据地址。+ P1 r$ p2 q, s' {5 K) I6 y9 B$ O
  第3个参数是滤波后的数据地址。
2 G. s3 d7 B$ J6 _8 s  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。
6 i* S0 _" _. z+ R, o* G
! K6 P3 k# _4 g8 \8 o1 R40.5.3 filterDesigner获取低通滤波器系数# e+ q  R4 C$ N. Y5 N3 m
设计一个如下的例子:
" Y' u9 e' s6 H* s7 \
6 z6 K% \, K- l  v+ w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:8 Z( z9 {9 |& y
# \1 D3 t. {' t4 `
c5d13a97f5445a4be6bd0adeda75b3a6.png

0 B( {* Q/ X3 r7 b% b
* Q7 W& m; c4 a- M配置好带阻滤波器后,具体滤波器系数的生成大家参考本章第4小节的方法即可。0 A% T5 J( A* T

' R/ t& a5 H0 p: v40.5.4 带阻滤波器实现
$ I9 T" P- M* B- _! 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。
' d! \* Y  H, k/ Y1 `% I, d. H  [+ P& C  Z2 K
  1. #define TEST_LENGTH_SAMPLES  1024    /* 采样点数 *// i/ R. H0 g- s; ~* o; r) M
  2. #define BLOCK_SIZE           1         /* 调用一次arm_fir_f32处理的采样点个数 */3 ^  d( G+ [4 Q5 ?( G1 d
  3. #define NUM_TAPS             29      /* 滤波器系数个数 */
    " m' J- e5 x, G  B8 I6 z* K$ m/ u3 k

  4. 2 }; i0 }4 \  c, \& B
  5. uint32_t blockSize = BLOCK_SIZE;: \1 ^' N& ?6 D& _
  6. uint32_t numBlocks = TEST_LENGTH_SAMPLES/BLOCK_SIZE;            /* 需要调用arm_fir_f32的次数 */
      w" i' X7 a' y* d# t7 @

  7. - R; Y2 M5 g* Z4 |6 {, ]2 N0 t
  8. static float32_t testInput_f32_50Hz_200Hz[TEST_LENGTH_SAMPLES]; /* 采样点 */4 O0 ]5 K* Q7 q6 s, I8 w$ r
  9. static float32_t testOutput[TEST_LENGTH_SAMPLES];               /* 滤波后的输出 */9 r4 |# ^. v! M( h. @, g
  10. static float32_t firStateF32[BLOCK_SIZE + NUM_TAPS - 1];        /* 状态缓存,大小numTaps + blockSize - 1*/
    8 x- ~, G, s$ M  u# F

  11. * d) Y$ j" \3 |" |6 y: N; J+ r( y/ i8 s
  12. - y! R: |8 ?* L
  13. /* 低通滤波器系数 通过fadtool获取*/% v2 q  \) Q; E7 i
  14. const float32_t firCoeffs32LP[NUM_TAPS] = {9 s2 P+ A3 _$ o5 p! ]% e  |
  15.   -0.001822523074f,  -0.001587929321f,  1.226008847e-18f,  0.003697750857f,  0.008075430058f,
    ! Y% m! n0 N2 y1 w$ h' G
  16.   0.008530221879f,   -4.273456581e-18f, -0.01739769801f,   -0.03414586186f,  -0.03335915506f,5 N( a3 R" A/ K) K9 J& u
  17.   8.073562366e-18f,  0.06763084233f,    0.1522061825f,     0.2229246944f,    0.2504960895f,
    : V: G3 O( x3 {  ^
  18.   0.2229246944f,     0.1522061825f,     0.06763084233f,    8.073562366e-18f, -0.03335915506f,* }3 i- n' ~1 h8 b# ?3 }9 }
  19.   -0.03414586186f,   -0.01739769801f,   -4.273456581e-18f, 0.008530221879f,  0.008075430058f,
    $ H( J2 @) D* Y4 A7 a8 [
  20.   0.003697750857f,   1.226008847e-18f,  -0.001587929321f,  -0.001822523074f
    % z& \8 T  h; |4 ^! ~- a/ z' I
  21. };
    - q0 J6 W8 G. k. e9 `$ l

  22. 1 t8 F5 Z% E. `1 x0 {. c# _
  23. 6 K0 @5 y, @3 G. G8 R
  24. /*
    * J7 o. F6 z0 E: Q/ ~" M) ]+ r
  25. *********************************************************************************************************
    9 k; A& I3 I3 {% d  V" }
  26. *    函 数 名: arm_fir_f32_lp
    ( O: R$ j: `2 M+ \
  27. *    功能说明: 调用函数arm_fir_f32_lp实现低通滤波器( Y$ c! ~( I+ L1 H( B, h- j
  28. *    形    参:无0 P; {: N4 p6 z5 N+ r. b: a; \
  29. *    返 回 值: 无
    2 K' v6 ?% Y6 r. \. V* s
  30. *********************************************************************************************************
    : Z* ]0 A6 u: D, T' G! E
  31. */$ c) i) E  s  [9 C
  32. static void arm_fir_f32_lp(void)# H- p/ E- A% c7 T  L1 r
  33. {
    % q: H2 t3 T& g1 v# k+ E& @
  34.     uint32_t i;/ E2 ~+ T" Q1 U* w$ F' Q
  35.     arm_fir_instance_f32 S;
    9 J& B5 l3 u3 g. v6 _  ^
  36.     float32_t  *inputF32, *outputF32;
    2 g& i  [* N9 w& v7 R: [: E- [

  37. , g& C- p' j. f
  38.     /* 初始化输入输出缓存指针 *// v/ I. P6 e7 H
  39.     inputF32 = &testInput_f32_50Hz_200Hz[0];/ v7 k  T" L. v5 @9 E. L
  40.     outputF32 = &testOutput[0];
    8 q9 `( I/ L+ A+ p/ w8 C3 [
  41. 7 O- Q3 Y# I' T' F- `
  42.     /* 初始化结构体S */
    , ^  `  t6 n+ i5 c3 w
  43.     arm_fir_init_f32(&S,                            4 a3 W4 y; G4 Y! U
  44.                      NUM_TAPS, $ W8 t/ ]7 }9 f* v$ r& Y  y8 |" e
  45.                     (float32_t *)&firCoeffs32LP[0],
    . ^. D7 [/ b% n3 Y5 H( o3 Q
  46.                      &firStateF32[0],
    : X" H' f0 T2 d6 H6 H/ d; p- d. v
  47.                      blockSize);2 t5 w& L2 B1 J8 c; S

  48. 3 ^% {; Q/ ]: g  d( K, p8 b' P
  49.     /* 实现FIR滤波,这里每次处理1个点 */
    7 Z5 b( n; t: i# T5 K. \
  50.     for(i=0; i < numBlocks; i++)
    6 w4 U# E5 @5 b3 }
  51.     {
    6 w; J  O4 f6 i( A% W. K
  52.         arm_fir_f32(&S, inputF32 + (i * blockSize),  outputF32 + (i * blockSize),  blockSize);' ]( W- U, k6 ?, }
  53.     }
    # D) G& ]( J( k  I- Z
  54. ' y0 b, r" O) b  k, z0 Y
  55. ( v; D; U: J' K
  56.     /* 打印滤波后结果 */
    ) R. F1 Q, l  o0 P: a
  57.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    # c7 a, t1 q9 M) k3 H; ]' w7 k
  58.     {
    7 r  G. w/ O6 _3 D/ o
  59.         printf("%f, %f\r\n", testOutput, inputF32);. m; [7 e: v: }9 Y/ \. V
  60.     }
    9 c7 s6 @" j! [. P; ^! L

  61. 8 l2 m5 @' k& y/ g  ]* P/ Q" k
  62. }
复制代码

0 H- \) e; ]9 L9 v0 K% ]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。4 [# p/ l3 @" K9 q9 u- V& B& {( x

" d2 J; [7 [6 ?$ l2 Z1 x" w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:' M6 E7 `! F2 U* ?. G3 D" R

! g6 y. n7 {) z% f/ X7 B
  1. %****************************************************************************************
    6 J; h$ i# f$ s# j
  2. %                             FIR带阻滤波器设计
    + U7 z: M0 `  D8 X3 f
  3. %***************************************************************************************
    7 u5 X1 r- P  a9 i7 m
  4. fs=1000;                  %设置采样频率 1K
    ) G5 r9 j) b1 h4 n, m( ^# n/ f
  5. N=1024;                   %采样点数      
    . U8 m; I) W" f$ s# R: l3 y9 x
  6. n=0:N-1;
    3 `7 i  A% w7 H0 Q& m2 Z  j0 F
  7. t=n/fs;                    %时间序列
    , q" O, _6 s# B
  8. f=n*fs/N;                  %频率序列
    % I: D- V4 x! x" k; K1 _* q
  9. % W: J( G3 n  c$ o; P
  10. x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*200*t);       %50Hz和200Hz正弦波混合           
    4 B8 r! k+ @0 ~
  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。
    6 T" J$ C0 e5 \% x  I5 h
  12. y=filter(b, 1, x);                        %获得滤波后的波形
    ! N4 W4 B# w, v5 _3 t' R' ^
  13. subplot(211);+ a0 N/ \7 {  g+ [% e9 ]4 z* d" @
  14. plot(t, y);
    1 B) |: p% ~+ d) j" V0 C$ @6 Q# N
  15. title('Matlab FIR滤波后的实际波形');- ]; X+ T( y  V) a4 D
  16. grid on;
    3 u) F: M: U  P

  17. ! P+ c$ ]  `3 _. U6 P7 i
  18. subplot(212);
    ; b; C6 F/ a/ W+ Z' c7 m
  19. plot(t, sampledata);        %绘制ARM官方库滤波后的波形。
    ! G  M' f" j0 S) M/ X7 S
  20. title('ARM官方库滤波后的实际波形');4 Q" F% K1 O: X0 f5 B7 Z
  21. grid on;
复制代码
0 Q8 o1 L0 _7 v5 p1 X
Matlab运行结果如下:
( Z5 d# V# r" T- @* Q
6 V# g4 d: A! y8 C
916e866865e182e874925fe4e2fdc08f.png

" i% u& M6 _1 O- _' X5 B# P" r- g
! g9 i2 [1 V! ?2 \/ @. Y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:
& m6 F7 U$ r1 u5 l. |1 O4 j
2 m* |5 ?$ K6 R% q5 x
  1. %****************************************************************************************/ q- _+ ^1 E4 r
  2. %                             FIR带阻滤波器设计+ P+ O6 t0 ]/ K
  3. %***************************************************************************************' l, h: ?; W1 [+ q' S
  4. fs=1000;                   %设置采样频率 1K6 E& z! e* Q' ~6 w& c
  5. N=1024;                    %采样点数      : _' C( u; p* C$ y" Z8 e7 j3 {
  6. n=0:N-1;
    4 `1 [/ w% U- p& H( w
  7. t=n/fs;                    %时间序列
    : {: e9 }7 \" w% J$ c) `; i. N
  8. f=n*fs/N;                  %频率序列
    8 R! ?( O: b- s" E) N
  9. # Q8 k* F) ~( }9 P& \
  10. x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*200*t);  %50Hz和200Hz正弦波混合           
    + F- o% N' R/ d8 o) u* U
  11. subplot(221);
    5 e: a9 l9 r# K. z- }
  12. plot(t, x);   %绘制信号x的波形                                                
    ) d! C1 q! V# c# ?: Q8 r# p
  13. xlabel('时间');# |0 [# f- {. y
  14. ylabel('幅值');
    ; u+ u$ g1 L) N4 L9 A; l
  15. title('原始信号');
    + T( O0 C2 L' A" [4 I; q7 l
  16. grid on;
    ! A& f" P, X% r; C$ z. j& O
  17. $ u$ g& l6 i; S. M5 ?& `( o
  18. subplot(222);# v8 a& T  J6 }0 W
  19. y=fft(x, N);     %对信号x做FFT   ! j8 N* \+ b5 D) J* Z
  20. plot(f,abs(y));
    ' t3 L0 `: r$ |7 e; ]; p
  21. xlabel('频率/Hz');
    8 g. O3 @: {+ B7 R. u9 G
  22. ylabel('振幅');
    . P; n! x0 L8 E
  23. title('原始信号FFT');+ ]% ^4 Z! [6 M7 f) S
  24. grid on;  }3 w4 p. \8 G& |) I
  25. 5 ~$ Z' d$ L5 d3 W9 Q
  26. y3=fft(sampledata, N);       %经过FIR滤波器后得到的信号做FFT
    . m, F7 H* b4 _( ~1 h8 p: c
  27. subplot(223);                              
    ( H4 A1 V  K# z& b
  28. plot(f,abs(y3));% p: }: O% i) d7 h9 t
  29. xlabel('频率/Hz');
    * E# z) k$ S3 _, P& s
  30. ylabel('振幅');
    & f0 o* j8 {% O& ~) ], t
  31. title('滤波后信号FFT');0 z2 `( X) {1 y% a; u
  32. grid on;  u* R; b* _1 r' f
  33. " ^9 D) [* l& h. F
  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。     
    6 ?7 Y7 W' q/ f  H7 U% \3 H! B; X
  35. [H,F]=freqz(b,1,160);                  %通过fir1设计的FIR系统的频率响应* R7 O4 O8 T) @" n3 z7 ^( N
  36. subplot(224);
    * d4 L. W* D+ N( N
  37. plot(F/pi,abs(H));             %绘制幅频响应
    ' `8 S0 J1 H; t: D! w
  38. xlabel('归一化频率');        ( M- F: U- J6 Z- \3 |  @
  39. title(['Order=',int2str(28)]);! n0 `. @) E. {' ^9 V
  40. grid on;
复制代码
0 Q8 \3 x: }/ t
Matlab显示效果如下:
9 }6 B. J' D  R% I+ \
) Y, r) E3 S: ]7 y* b. ^/ o0 e
73baea66269631da516a74e98da45b88.png
# @6 {" d. H* k2 c& g. `

) a6 b8 d2 k/ Q' g7 `2 r8 b" y& L/ N/ j上面波形变换前的FFT和变换后FFT可以看出,200Hz的正弦波基本被滤除。
1 ]+ B3 b9 O% I0 x
6 G# ?6 c# y& E40.6 实验例程说明(MDK)
5 L) d8 J# O4 f3 @, ^4 U, ?配套例子:5 s; j; {, {$ D2 [$ [& E$ w+ m
  f( f8 Q1 Y, n2 G1 S
V7-228_FIR带阻滤波器设计(支持逐个数据的实时滤波)
! E/ |1 t) w: K  [3 _* v) \# f
1 k$ ]0 A" B3 S" O7 b实验目的:
; M6 N8 K# x! C$ _" C5 P4 r1 k学习FIR带阻滤波器的实现,支持实时滤波
, y6 c& @: W9 N: O+ ?/ X* O; o  V! t  k, b4 S& |& j+ D6 n; P
实验内容:- U$ s* k* t: f) p* b7 L9 p% O3 M
启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
% g( v- H, z/ f; n按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。* t; m1 O/ V+ M# v1 K

; j5 }: B8 H0 g4 N% K使用AC6注意事项; e8 Q3 |+ p3 z0 O: L2 R: E
特别注意附件章节C的问题
2 J/ v/ m! ~7 f+ b/ f/ z/ t4 y. U& O
上电后串口打印的信息:$ Y9 E, [! `: [! L

$ Q* Z' F% i3 A% L波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。' B6 f/ W! d: ~
! L. t. Y3 j- Y9 q1 Y2 z/ \1 ^4 V; M
9820ba6145f7d8a3406f4cccd06e4b4c.png
, W1 p9 e! h0 s7 b/ \+ H

* J$ ~8 z: M. C. sRTT方式打印信息:* y9 m: C- u+ U* N% H7 U6 a" F

3 V' J: Y' k2 q: D( c
803e36294ac8bbc76428bcbe5613d79d.png

' S2 T/ t& q! p* |/ p' l/ X
1 ?" A& ~7 F( i+ ]程序设计:
; T! o$ m5 y( L; }
' K( X; g8 k9 ~  系统栈大小分配:8 Q' ^( r( P8 n% L7 b

: b* n2 T# k8 w5 M6 ?( w5 R
ec342c78f71466987e218f42f92187c5.png

7 g% t# `# S3 T! d/ r: t' C2 q6 r. ^- x/ h; T, D
  RAM空间用的DTCM:
+ _& Y9 ~2 d. p/ y2 N3 V+ l/ U7 Z4 Z: r. ~( Y: R4 k
7f807913bee995db3a40e79477f226c9.png
- R, b8 p9 E. L# D

; h5 _) S0 K/ @6 j% h  硬件外设初始化
* L  L  m2 m0 v3 o8 J. S2 b9 i! i) N. }! H9 J! a* H% d2 {4 W" u
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:/ h( K! |8 v% F/ f5 U

2 h$ n, l! A( o1 d6 `1 Y+ P
  1. /*
    ( `; c6 C" N5 j/ V
  2. *********************************************************************************************************2 e, @+ S+ \6 a
  3. *    函 数 名: bsp_Init
    , J  I6 l; _# W6 e3 y
  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1 {' t* `5 i& Y% X2 ?
  5. *    形    参:无7 C4 h& h: H, h( D
  6. *    返 回 值: 无
    " [+ \) O- Q" G( a% L0 |9 A
  7. *********************************************************************************************************# P$ H& N* o; d# E
  8. */2 s! r' e( J9 f- G, }$ t
  9. void bsp_Init(void)
    , X6 @. P6 Q5 M3 {
  10. {( `1 |+ N5 M6 z7 a5 u% B
  11.     /* 配置MPU */
      |+ {' G& I$ x% c4 D
  12.     MPU_Config();$ i6 s8 r9 ^& w
  13. : Q0 O0 U9 F: t8 V2 D8 P
  14.     /* 使能L1 Cache */$ \$ _) E. ^% G  i
  15.     CPU_CACHE_Enable();2 p7 M4 m! x5 y- k& @* m

  16. # S/ \) I) \- F' T, n
  17.     /*
    & {( j( ~7 `. b' U; Y, p# j
  18.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:4 ]4 p$ _" I- j$ E# P, A
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
    " j8 Z: X4 V1 x/ ?+ c# Z
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。' D% S9 V4 E7 a3 |
  21.      */
    0 K: w" F& u- N; H% W1 t  v0 J
  22.     HAL_Init();
    3 q, ]2 K) |+ R% d/ p6 b  l4 Z1 ^1 L
  23. 4 Q2 W2 I# }5 u3 [
  24.     /* 9 V: ]' q& K" x* b0 r4 d: I2 b: y
  25.        配置系统时钟到400MHz: A: p3 d2 u1 M
  26.        - 切换使用HSE。
    8 z' i; o7 a3 _
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。$ F+ F5 Z4 \2 G- w/ {8 m4 e4 X
  28.     */
    ) ~: z* g1 Y! }0 h3 l( s
  29.     SystemClock_Config();
    ) r2 Y2 p6 m* Q0 G( N7 \4 }

  30. # F9 _/ a! A. ^1 X
  31.     /*
    3 h% u! I* s+ t( ?/ Q1 L
  32.        Event Recorder:
    ' o* v" K. d; `1 ]( u( L
  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) B, y/ A" e9 V' P" B" N9 W% F: x
  34.        - 默认不开启,如果要使能此选项,务必看V7开发板用户手册第8章6 }: a9 \: y4 k) H% g8 M$ m, B
  35.     */    9 l2 ]3 H9 ]8 I$ d
  36. #if Enable_EventRecorder == 1  ; x& Q7 t5 v: b# P! I8 r
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 */  y1 L& J" m. ?
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);$ \! u: r) r* y( r# n& n
  39.     EventRecorderStart();+ ?4 H$ D: p' O
  40. #endif
    5 T, ^! n% @* r7 h5 o, K# [

  41. + v6 K# ]( B7 }' N* U5 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 */
    0 Y" W( g7 W# D* F3 |
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    8 k! `! @& j! j4 ?/ m
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    9 ]7 h: Z: t- E% V/ Z, |9 g5 D6 h. W
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */   
    : T3 p2 {7 G1 f/ D
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */   
    . O4 y9 z* S( g
  47. }
复制代码

0 x) j0 V7 Y0 V. F  MPU配置和Cache配置:. r/ P: }. ]. R# K' }$ f8 Y. q

0 K7 m5 c7 @% I- @! h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。
' Z+ K( ^4 I9 l% Q! h- o) [% [1 z3 _+ v% Q! \( f$ }
  1. /*8 y& q) N# R! B3 F3 C2 F2 i" @* R
  2. *********************************************************************************************************
      d5 e& L+ l3 s8 M/ }) h
  3. *    函 数 名: MPU_Config* K5 g6 ]7 T3 m% s/ l
  4. *    功能说明: 配置MPU
    ( @' |/ f( w$ C4 L7 T. r* Y; o8 s
  5. *    形    参: 无- \% k4 V  w) m* j
  6. *    返 回 值: 无
    2 E, o0 ]6 ?7 D3 w; h8 B
  7. *********************************************************************************************************6 G2 s3 H; _4 S! p/ Y2 M5 A
  8. */
    " M' k+ h7 l$ ]& Z1 A% B
  9. static void MPU_Config( void )
    , t% }, q* h% Z% A- H  M: N+ l
  10. {6 i+ m/ j! a4 l) C9 y$ b1 k) C9 E: v
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;
    $ ~1 C+ b% Z$ r, G' A
  12. " \& v! |; y: \+ }
  13.     /* 禁止 MPU */
    ( k0 k" ~( K9 {* \
  14.     HAL_MPU_Disable();
    " `" @6 K1 Q$ \

  15. 1 T. m* @: L& w+ h* T+ s
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为关闭读Cache和写Cache */3 M: z7 b) b" _
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
      V9 Q, N0 y3 H; u1 o& [! G/ L" J
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
      y4 K/ f& N4 d' m9 g
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
    5 R: `% k! ?. P0 a
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    8 q  e8 p) h+ {6 r2 z
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_NOT _BUFFERABLE;
    ; @) q9 R3 D2 _/ s$ @" _5 ^
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT _CACHEABLE;
    : ~! F; t  t0 c3 A6 a
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;& t/ v8 ~9 }; [. A; \& o
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;9 ?2 K* ~/ \. }( i/ u- x6 V
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    ( s  B9 \. |" D; H1 L) [4 [
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    0 \+ A8 x- c4 ^% r" P
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    ) P0 [8 w$ D6 E& r3 [

  28. ' A9 ~* `6 e# _
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);3 q3 `4 Q1 n1 M& ?. H" r
  30. - z9 T4 g! j: H
  31. ! {/ L0 j" V+ [; r
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */" T/ K% O% J6 U' T9 F
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    0 Q/ V# R/ L5 A' P" @- k6 M: ?: X
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;' v' j/ r2 w. V3 r% G, b
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;   
    4 |, @- H5 B1 B4 [1 w5 f/ ~
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
      H  N0 f8 i& d8 E# d1 O6 o
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;, H7 s3 Y/ B; |& q9 q; q) S
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;    $ \9 k5 r' }9 q8 d9 ^; P8 G
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;9 Q) i. k% p. p1 |
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;1 b8 M- X% d, Z
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;  f0 u; O. F# }
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;# m2 m8 s7 D! Y
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;. i+ l  B# U1 u
  44. . y/ S! g2 E# Q% |- U4 O; ]
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
      v* v% j/ S. s: f* ?. ]0 O' `

  46. 5 ?! Y& o* C: h% n- r, _5 c
  47.     /*使能 MPU */
    8 s6 O6 E6 ~0 U0 s
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
    " C- E5 ^5 b; O+ H
  49. }; X# ?" k: q. D5 B
  50. 9 H" v- j& d2 r) X# v
  51. /*6 i, F: o( X) b* l
  52. *********************************************************************************************************( j. P5 b% @* P2 B& l% M* L
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
    * n3 S/ {/ q. F- N6 Z
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache
    ! t: X% ]/ [' Z2 |& x4 ?4 T* G1 G
  55. *    形    参: 无8 m7 _6 y& _" r5 t5 `
  56. *    返 回 值: 无* v' e8 \# @5 r1 W! R' b
  57. *********************************************************************************************************
    / ^5 i8 i, \, y5 g2 p% r9 `/ i9 [! @
  58. */
    ' ^4 ]% \$ v: S7 J# G/ |) A
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void)9 f& c$ p8 `" P$ Y8 V: C8 ]
  60. {
    2 G6 m9 ^% S- }: R+ y+ C+ h$ b4 A
  61.     /* 使能 I-Cache */' F' X/ i! o- B" t# u) V( j
  62.     SCB_EnableICache();
    2 U6 Q. @6 F% t$ K, [9 A

  63. , Z0 F( Y, {7 |( @( f$ y
  64.     /* 使能 D-Cache */, z; d. A9 v4 V/ b6 _5 y
  65.     SCB_EnableDCache();
    ( \1 f+ ^; l/ P: H5 A5 S
  66. }
复制代码

3 T/ m0 v; [1 G# u% ?" A. V& @  主功能:
8 N- o) \% s) v7 _  G- Q1 z4 d' m: C3 p
主程序实现如下操作:
( M1 d+ g5 l2 A# R( Q1 e  \/ T- R8 Y# L, ?  y8 K% [7 K
  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
4 B& p' y+ m& p0 G  按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。; A. z! K( i! u0 R! E
  1. /*
    6 i5 ^  O- ~% N0 F: Z
  2. *********************************************************************************************************# n: l; `6 B# l- ?% f
  3. *    函 数 名: main* e5 @& ~" [' ^! j7 }9 C
  4. *    功能说明: c程序入口
    ) _& O+ z1 R% i) A! @. m: z
  5. *    形    参: 无
    % m/ }) s0 A+ m; c/ @
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)) S$ c4 @7 y0 b# r! V! J. z- l
  7. *********************************************************************************************************
    0 L4 d, W/ e7 U" ]9 p* _2 J% y
  8. */
    ! `& ~0 k8 w+ ~2 M0 j
  9. int main(void). u0 j4 W1 s# [% Q8 u- c
  10. {
    ' H& |$ C+ @  L( v& o! Y$ v
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
    6 T$ f& T. `$ ]7 t
  12.     uint16_t i;0 p: r) \1 F  O: v) Z. Q
  13. 0 |4 j- l8 c6 {( g9 K2 Y, P0 h6 Q

  14. ; x# _/ ]! a' K& }( ~
  15.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    1 q  S* z5 a4 N- f
  16.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */
    ' b2 i/ q5 @- r7 U! X7 B0 c6 \
  17. & w9 i) M0 c) u% y7 y4 R
  18.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */
    1 m; [8 X6 a8 U- W* a. Z" q
  19. - E# f; [) p$ r
  20.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    6 f% h$ X, `' I* O0 c8 f% {  J
  21.     {6 S7 H1 K# [% y! h
  22.         /* 50Hz正弦波+200Hz正弦波,采样率1KHz */
    6 c6 L/ c# W4 P1 L/ y: A* T
  23.         testInput_f32_50Hz_200Hz<span style="font-style: italic;"><span style="font-style: normal;"> = arm_sin_f32(2*3.1415926f*50*i/1000) + % ^# e+ I' b. a; f$ h( w; x
  24. arm_sin_f32(2*3.1415926f*200*i/1000);! O) t; t. D$ m4 q5 U
  25.     }, f1 y6 ^6 i3 Q; X4 p

  26. ) p& o) y" F7 K/ N2 s# w
  27. & S/ ], W0 o9 V6 v7 [% f
  28.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */6 B; a: x3 y# L) F8 _

  29. 7 e) T0 l; A1 O0 f/ ^- P" G7 q
  30.     /* 进入主程序循环体 */
    2 |- T1 w2 _1 O+ I. v
  31.     while (1)1 f( P/ y: G1 n$ ^8 ?) d8 }3 _
  32.     {
    3 ~+ Z' p- U" S
  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 */7 U" E* d9 a" t$ D

  34. % C- [5 p* s  W+ @$ S) o$ _
  35. 2 k* w( U- ~% Z/ v
  36.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */5 q1 {, M$ }" |( \6 s/ Y! D' E
  37.         {
    3 y/ j% D, q) F, T: y: e
  38.             /* 每隔100ms 进来一次 */
    2 D# O: j: h  b( @$ V$ z/ W
  39.             bsp_LedToggle(2);    /* 翻转LED2的状态 */( f/ ^3 F' i7 p+ j  \/ i+ r/ T* {0 y
  40.         }
    8 {4 O( N, L1 T( X

  41. & Z. r4 f* k: |0 P4 L/ E; {
  42.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
    " y& b& y1 g& g5 l
  43.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)
    ! p& t- r' @9 U3 u8 `
  44.         {
    / P/ t3 K; N1 P
  45.             switch (ucKeyCode)
    % h3 D) Z& \6 l" e* R4 `
  46.             {
    * ^5 A( f; p$ U/ y
  47.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */* G6 C( F8 Y) x) Z* x3 \  ^" l
  48.                     arm_fir_f32_bs();
    9 D' {5 D, Q- Q4 G$ ~
  49.                     break;
    3 h2 f/ l+ [4 y3 o& \

  50. ( e3 Y1 G# `: c2 T( X; Z: K

  51.   H( X, d) s  Y/ m) ?
  52.                 default:  x3 t: p  C( g  D
  53.                     /* 其它的键值不处理 */
    6 C* q3 v- ]2 C  Z6 J3 q
  54.                     break;* \' |# W5 s9 D, B
  55.             }
    , ~! w" Z" P* r& M! u2 b
  56.         }, f" C& @: Y* S  s. u

  57. $ \8 y0 N! M' p
  58.     }# ^) K* Z  N% m( C, S
  59. }</span></span>
复制代码
/ j6 G2 N, ~& o3 T, C
40.7 实验例程说明(IAR)6 A3 ?! H- U) L  M4 m3 g2 f' I
配套例子:; e7 U& ]5 |1 H% J$ `0 l$ N
V7-228_FIR带阻滤波器设计(支持逐个数据的实时滤波)0 A. v; f3 R. T# o; I4 z8 i
. `3 V& q, \5 s; x: `. k
实验目的:
. N) S5 m$ s1 o学习FIR带阻滤波器的实现,支持实时滤波

# t) S/ ~, K5 }; {, Q1 {! Q* s7 U( a9 c* c& @
实验内容:
' R8 c: X3 \( t" E, H启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
# R- }$ d3 I3 s# ~按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
4 z" i" }; E" n) m

/ Y9 e* f) v1 r! a# S. ]使用AC6注意事项
0 J1 @2 W5 Y; T" @) V6 _; x特别注意附件章节C的问题
$ M, w; N, W- Q# g
% |+ f  v: F6 T9 P* ?" n6 m上电后串口打印的信息:
) q2 u4 Y# W$ N$ L. ]8 d$ v# K- X8 g! ]; }) W/ E, f' ?* I! r2 C
波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。
) m5 ~' L6 P; I( Z' U  m
" P) t* G, x" T" g0 K8 w7 x- S
70f3399c2aa9dec61c38503cb279463f.png

1 L4 [7 K8 h6 {; j
" f0 Z  s8 M2 sRTT方式打印信息:2 Z' V$ W7 D% z! q1 s  A- c. q

# L% q! U( `' V0 s2 Q
3216bf4356cb1b680117bbddb4f062e0.png

5 b: e6 i# c* p. @0 W: H9 ], K. h, M4 [0 H% i
程序设计:
3 a: Y* g7 f. L+ Y8 E) ]% B; g2 K5 M4 z( a7 I
  系统栈大小分配:5 h6 ^  ~5 R$ |9 m5 M. p7 A
+ w, j# w. k* T0 e/ v' P) T
6c0034e2c114417bc42c84b776059e2e.png

" e, P0 G) F3 M) ]+ T, f
) ~# U2 d4 ]7 [$ z: y& Y* {6 ]% x  RAM空间用的DTCM:/ ]7 p1 ]3 X* u" F, r# T5 b

  e5 \0 Y" j% p
636fab000c9dcaaef2a3c37cf6bb28b3.png

* O7 b; d& O6 F/ w" o0 o" ~
+ V5 i$ ~9 F1 R! s3 c" ?) p  硬件外设初始化
# l; f' N4 U( W5 @) _* K; `/ Y5 H. h- s  b& l6 v# A
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:
; c+ }( J; g% N6 G) U5 M; I! t: V# o, |3 A3 V& q2 t6 e
  1. /*: M2 |5 v$ @) }* t
  2. *********************************************************************************************************
    7 A) B# L2 I1 x' ~8 e2 m# y
  3. *    函 数 名: bsp_Init" f; L. A6 L' T" @5 `8 P' ]
  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% G" w4 O# T* k6 `, k  k7 v
  5. *    形    参:无
    * l6 Y7 i9 d' R2 ]/ P
  6. *    返 回 值: 无
    9 T/ n$ O) z! r/ }/ b1 D
  7. ********************************************************************************************************** s' ~4 {7 r8 h) Z7 m
  8. */8 o" E6 \2 U' S1 ?# y, F( c
  9. void bsp_Init(void)
      x; u' c/ R+ h9 t
  10. {
    ! N% p  t4 ^2 D1 _8 R
  11.     /* 配置MPU */
    : b7 ~4 T! F4 G. Y# X5 c
  12.     MPU_Config();
    3 j# L9 ^: |( D/ m1 A) @6 a

  13. 6 e; o$ P: Q3 ?  ~& }+ ~8 V3 n
  14.     /* 使能L1 Cache */+ B, v: G, p7 ~5 O9 ?3 o
  15.     CPU_CACHE_Enable();
    7 b, k0 O+ S: o$ [- C4 s: j' w- r/ \

  16. ! ?5 ]+ {7 @/ I! b2 B2 Y
  17.     /*
    9 `$ A: U1 P# B9 e- b+ r% C* S
  18.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:. M  t% u$ A: u7 H2 B# `" J
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。% f* b4 E) I0 Z
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。1 g4 h% m5 C# w! f% I) s2 u
  21.      */
    2 \/ b, B( G% q# L) K
  22.     HAL_Init();
    ! o  W, Z0 _# A8 c8 w! W% }3 n* _/ r' G
  23. 1 I; ^* x' A: _* e0 O
  24.     /* 3 u1 w( u+ V8 o# H
  25.        配置系统时钟到400MHz  J2 A/ Q1 y0 ]  M! U5 F7 O
  26.        - 切换使用HSE。3 A4 |# D5 K- s) m4 M
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
    3 q9 k, l# q2 B/ }
  28.     */
      w1 u/ |9 F; d% A& \1 L& m1 t' i
  29.     SystemClock_Config();
    ) F5 Y8 l% J/ F0 E

  30. ; M: b! h: w1 J. i! r: ]( W
  31.     /* . E, u2 f) _+ E- ^
  32.        Event Recorder:, N4 `" y6 i& 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。1 C% X- Y2 R* M/ x
  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
    ( e) m6 |1 p( H: q# a' o  q2 B
  35.     */   
    ! e( E* v; n, j6 X
  36. #if Enable_EventRecorder == 1  
      a( e4 x5 g8 z6 R3 {" |# b& V
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 */
    7 {2 Q# X4 ~* a" x- D/ @$ o
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    2 M: d: a1 ~- q5 ?
  39.     EventRecorderStart();" o& }# h; w, h) }# u  B
  40. #endif
    . H, Q6 x" L' L. M( k4 {9 @
  41. 8 @1 ^# c7 S) @& D- H4 t
  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 */
    ) R0 b8 M+ r/ K5 L: }" k
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */0 r+ N6 f5 g9 E' V/ V% Q
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */1 v: n5 e, |/ S; E; L
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */   
    5 B2 j8 [! K4 Y- k: x
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */   
    . W2 _' I6 M8 w- X# V3 H
  47. }
复制代码
6 _/ ^) G$ w" w' [; Y
  MPU配置和Cache配置:
1 f! G+ H/ H6 h
; ]8 Q, g7 I3 o" l3 f6 Y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。
7 l1 H! f, }6 b4 S# p; @4 z) B$ _: y
4 n$ Q0 k/ Z( q' H) _
  1. /*9 p& ^0 X1 K0 y; y$ ~
  2. *********************************************************************************************************
    8 ], m. F) @/ b; o" t0 ]2 A
  3. *    函 数 名: MPU_Config
    ( K0 z9 ^5 h/ u
  4. *    功能说明: 配置MPU
    8 }4 }. W: v: m
  5. *    形    参: 无
    + R1 k. d9 C4 T* D' x
  6. *    返 回 值: 无1 X( h0 c+ X& ]  v8 o2 n
  7. *********************************************************************************************************
    , T& k0 h* G$ ^4 y# H2 `8 C
  8. */
    + k7 Y2 Y: @1 w' M
  9. static void MPU_Config( void )3 d& T  N& b/ |% K% n5 P' z
  10. {& `) \( T/ @9 d0 k0 N, M
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;( `" P2 w3 \' r7 W& i8 v& `# b2 x

  12.   y0 J, }6 N2 b  N! p1 M
  13.     /* 禁止 MPU */. ]* J+ t+ f& s' ]* U! ?8 m4 w* ?
  14.     HAL_MPU_Disable();, a! {. W- B4 d, Z# E% f; y& G7 M
  15. " w, c3 w7 n& x) o8 ^' [
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate,Write allocate */4 o- c# v4 f0 L% n6 \0 [
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    / B' V1 S, y3 W$ x' |6 Z2 }
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    1 l6 N6 C. Y: p6 W
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
    9 \  ?+ P7 [  C+ E3 ^( ?) H7 F# l
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;4 z1 {$ C. P& ?% p
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    & [5 f+ J6 n% Y* H
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;$ L$ Z7 X; A9 {2 u0 W* }: ~
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    % l( x, r# g8 H0 T1 p
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;& d1 J' H; f' W; ^+ q+ Z" I- {
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;& J' |9 `! e  t3 R" h( Y( b* T& X
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;% i: {+ D* x6 r$ \7 j% g; g
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    3 o. o) T$ B# b. b. o0 O/ O

  28. , c# z+ f8 r& c
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    3 u% F9 r3 y( _% u2 o! K

  30. 0 r2 g! S0 V# n8 _0 @( K$ A

  31. 3 X4 H0 O* ^8 V+ P3 m# Z5 q! [4 |, w
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
    % B% Q& P0 |: w
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    . O1 d$ p5 V5 U! o& u; o
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    : G5 _5 i; L7 i+ d3 ?% ~
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;    / [: M- ^0 w# p3 _3 w
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    ' D- e1 U6 Q& I9 h2 I
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    $ S4 ~3 g0 I4 o  n5 B: r$ f
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;   
    ! H5 L6 {  ]/ B9 Z
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    & h' }$ [3 a) e+ y) X1 u
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;
    " ?1 e. Z* O# R4 S* ]; w) n
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    : z, s9 g' l3 o
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;* b! N. \8 g) w( S& n* F% l0 n
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;- G' g& w; q* R3 [) D( ~

  44. 9 w0 ]$ z# Q' B. E$ |* u
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    3 T$ O, N2 \/ W  _! r7 Q: V0 L7 K
  46. & N( k" o( n4 H0 G: }  a
  47.     /*使能 MPU *// E8 g; o- T( T) |5 t1 I1 u4 v( T
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
    & t) N- z0 G# m+ ^
  49. }1 m6 A1 j8 a6 \& W% b9 }, X8 o0 ?

  50. " C/ Z  w, O3 \) J1 a; e3 S% b
  51. /*5 M# N( I" q7 x  k: e; k
  52. *********************************************************************************************************8 O7 {7 E9 Y0 U; ?, `
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable4 J$ R' [6 V) e& E- \3 k
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache/ _% |* ^- ^. F7 S; Y" J% B! q5 o( B* A
  55. *    形    参: 无
    3 y2 F: W# m3 r6 a
  56. *    返 回 值: 无" V+ w7 d1 w0 F1 c  u
  57. *********************************************************************************************************/ i8 d9 S# b1 c1 j% g% ?- l
  58. */
    6 `( T! T* ~) J  p+ ~) C' s
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void)
    % B' y5 q4 h% D4 o
  60. {1 X4 V) T7 g+ D' [
  61.     /* 使能 I-Cache */4 Z9 c( i2 @2 r+ m
  62.     SCB_EnableICache();& I" S6 O/ j2 }8 L; M3 m# D! f# t
  63. 4 B5 \! q2 q7 w
  64.     /* 使能 D-Cache */
    , l1 Q# Y& L; m* p
  65.     SCB_EnableDCache();; G  r. E' E" L4 |4 M; U
  66. }
复制代码

; G" p. S! {  Q9 y  主功能:  c5 p2 O3 ]' N  n& e# Z4 e8 M+ ~5 K

: L  A! @8 n- S( x1 W主程序实现如下操作:" v1 ?  s/ ?0 t6 x3 K
+ K: o& n) M6 S
  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。5 F* \) s. R6 v! I. d
  按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
% Y8 L$ i9 o6 W
  1. /** j6 J( d; `5 Q- w- a
  2. *********************************************************************************************************
    5 \: R8 \2 V# t  d( X: e! T- C
  3. *    函 数 名: main2 [: `. c1 U+ g0 F0 o0 F" Z
  4. *    功能说明: c程序入口2 c, h9 ]: e" E- S, G
  5. *    形    参: 无+ ]1 o& c5 t! t. z
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)
    0 c; d% A2 m2 m, L9 b
  7. *********************************************************************************************************$ e7 i+ M* E* Z
  8. */
    9 P/ T3 D4 o% q! y
  9. int main(void)9 Z$ j2 o1 i) O( }1 O  G( m( m
  10. {
    $ H3 [/ c+ w1 D' H
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
    ! M. D  U7 U" \  u) U  {9 n' a9 _, {
  12.     uint16_t i;
    ' F& x) }. z! V1 C% j( A0 q) C
  13. 5 {* L" G, h3 \- v/ r4 i

  14. # L1 o0 e- j+ a+ v3 t0 K
  15.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */# \  }9 b: m1 i! X
  16.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */
    ; w3 T5 H8 r/ i0 \' i2 |# h# `
  17. ' F; J! F3 C$ x& A6 l
  18.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */& C6 B( L+ {) j' i! C0 _
  19. * b  e/ l8 K0 f% D" V) w6 g
  20.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    ! c; d3 ~9 b9 E, `  F3 h( x0 o
  21.     {1 V0 A. I8 ^1 K/ Y! C& J/ _6 v
  22.         /* 50Hz正弦波+200Hz正弦波,采样率1KHz */) ~& B% b/ B$ X/ m! a# J2 f, f8 K
  23.         testInput_f32_50Hz_200Hz<span style="font-style: italic;"><span style="font-style: normal;"> = arm_sin_f32(2*3.1415926f*50*i/1000) + ! j7 a! A# E: H8 V) f2 D/ t
  24. arm_sin_f32(2*3.1415926f*200*i/1000);. ^8 r- P# c+ P8 s4 v/ \
  25.     }
    ( g' y9 M" @0 \9 N7 L. E4 V
  26. / Z8 @1 a8 v  P" z4 B5 n( h
  27. # N7 J9 n( U8 i" d( E0 x4 R
  28.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */4 H4 f9 d. c; t- Y0 X2 e8 h
  29. 1 h9 u. G& U' S! L9 y6 W
  30.     /* 进入主程序循环体 */9 Z$ p: k% o7 Z! C; N% s
  31.     while (1)
    8 u( L- N. a  y# J4 j
  32.     {
    * g3 w  w9 ^3 k2 W
  33.         bsp_Idle();        /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */6 n2 ?" Q/ D$ v0 M( j  \% H/ `
  34. & T) I# K! X! J& K

  35. , i' M: f6 N+ l/ q
  36.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */% V) k( ~! E+ G8 {& _
  37.         {* O) Q" h; U0 G7 f
  38.             /* 每隔100ms 进来一次 */
    * o7 `$ w9 {) E# a$ U
  39.             bsp_LedToggle(2);    /* 翻转LED2的状态 */5 [0 W$ z; M, [$ k) c; @  ?6 `6 w% C
  40.         }% y7 k  ?1 ]/ C7 ^4 W

  41. ) q) q9 T5 l$ |$ d
  42.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
    3 m* v8 `7 r9 O% ^0 b
  43.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)
    6 m: u* E- u3 e& |( ~( j7 W
  44.         {$ t# |6 ^: I$ ]
  45.             switch (ucKeyCode)5 `5 I* t( d( F( G0 u0 R
  46.             {
    0 j. J* n% J9 X: [% P
  47.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */
    + V6 E# e+ g/ U9 X5 E4 j  O: Y) b
  48.                     arm_fir_f32_bs();$ w" T6 y4 h' r# T' \
  49.                     break;
    8 C& k* X" g+ M2 {3 \1 D) C2 W

  50. 8 @+ B9 q7 V# g. Y! d# X2 j
  51. " h1 J5 T8 k2 p$ g0 h- C
  52.                 default:( m; p* s0 ^0 H6 b: @& H: ~/ I$ N
  53.                     /* 其它的键值不处理 */* Z; i% G' T- q
  54.                     break;$ ?2 Q3 t' o, b1 M; T
  55.             }/ o7 \  r/ |1 S
  56.         }* x7 o+ |' }4 ]! u% e7 v2 ]6 I

  57. 5 b3 n: V; d5 v7 q2 C
  58.     }
    - Z  }* ^, p; e2 B
  59. }</span></span>
复制代码
# |2 {$ q: Y4 a) M: c! x' k* {
40.8 总结
1 e1 ~0 p, W! F) q4 m4 l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。
/ M) e. h* j6 W1 r5 P* h8 Z+ r7 ^! k7 @! y8 z
/ S% Z' @1 C) ~# P
& F# V' b" X2 }; m( h
收藏 评论0 发布时间:2021-12-31 18:00

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