基于STM32F4和MATLAB的FIR数字低通滤波器实现

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作者:

@小白创作中心

基于STM32F4和MATLAB的FIR数字低通滤波器实现

引用

CSDN

https://blog.csdn.net/m0_74408701/article/details/144581825

本文将介绍如何使用STM32F4微控制器和MATLAB实现FIR数字低通滤波器。通过HAL库和CubeMX工具，我们将完成从理论概念到实际硬件实现的全过程。

FIR滤波器基本概念

FIR（Finite Impulse Response）滤波器是一种有限冲激响应滤波器，其输出仅取决于当前及之前的输入值。与IIR（Infinite Impulse Response）滤波器不同，FIR滤波器不依赖于过去的输出值，因此具有线性相位特性，适用于需要保持信号相位一致性的场合。

FIR滤波器的关键在于其抽头系数（h(n)），这些系数决定了滤波器的频率响应特性。通过合理设置这些系数，可以实现低通、高通、带通或带阻等不同类型的滤波效果。

实践过程

MATLAB配置

在MATLAB中，我们可以使用信号处理工具箱来计算FIR滤波器的抽头系数。通过设置通带频率（Fpass）和阻带频率（Fstop），可以生成满足特定频率响应要求的滤波器系数。

导出的抽头系数如下：

uint16_t BL = 24;
float32_t TB[24] = {
    0.0013  ,
    0.0056    ,
    -0.0086   ,
    -0.0048   ,
    0.0218    ,
    -0.0093   ,
    -0.0332   ,
    0.0456    ,
    0.0245    ,
   -0.1186  ,
   0.0638   ,
   0.5119   , 
   0.5119   , 
   0.0638   ,
   -0.1186  ,  
   0.0245   ,
   0.0456   ,
   -0.0332  ,
   -0.0093  ,
   0.0218   ,
   -0.0048  ,
   -0.0086  , 
   0.0056   ,
   0.0013
     };

STM32F4配置

使用STM32CubeMX工具，我们可以方便地配置STM32F4的时钟、ADC和DMA等外设。关键配置包括：

时钟树配置：确保系统时钟满足采样频率要求
ADC配置：使用定时器触发ADC采样，确保采样频率稳定
DMA配置：使用DMA传输ADC采样数据，提高数据处理效率

代码实现

在Keil中，我们需要引入STM32的DSP库，并配置相应的头文件。关键代码包括：

初始化FIR滤波器实例
读取ADC采样数据
调用FIR滤波函数处理数据
通过串口输出处理结果

#include "arm_math.h"
#include "arm_const_structs.h"
#include "stdio.h"
#include <stdlib.h>

int fputc(int ch, FILE *fp)
{
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
  return ch;
}

int fgetc(FILE *fp)
{
  uint8_t ch = 0;
  HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);
  return ch;
}

int main(void)
{
  /* 初始化HAL库 */
  HAL_Init();
  /* 配置系统时钟 */
  SystemClock_Config();
  /* 初始化外设 */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_ADC1_Init();
  MX_TIM3_Init();
  MX_USART1_UART_Init();

  /* 开始ADC采样 */
  HAL_TIM_Base_Start(&htim3);
  HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)ADC1_ConvertedValue, ADC1_DMA_Size);
  printf("init_ok\r\n");

  /* 初始化FIR滤波器 */
  arm_fir_instance_f32 *S = (arm_fir_instance_f32 *)malloc(sizeof(arm_fir_instance_f32));
  arm_fir_init_f32(S, BL, TB, pState, blockSize);

  while (1)
  {
    if (flag == 1)
    {
      flag = 0;
      HAL_Delay(1000);
      printf("/**************************************/\r\n");

      for (i = 0; i < FFT_LENGTH; i++)
      {
        fir_inputbuf[i] = (float)ADC1_ConvertedValue[i] * 3.3 / 4096;
      }

      arm_fir_f32(S, fir_inputbuf, fir_outputbuf, blockSize);

      for (i = 0; i < FFT_LENGTH; i++)
      {
        printf("%f,%f\r\n", (float)ADC1_ConvertedValue[i] * 3.3 / 4096, fir_outputbuf[i]);
      }
    }
    HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)ADC1_ConvertedValue, ADC1_DMA_Size);
  }
}