ARM官方DSP库FIR滤波器的实现.pdf-资料库

安安富富莱莱 UUMM440033 DDSSPP 教教程程 SSTTMM3322--VV55 开开发发板板系系统统篇篇手手册册第第3377章章 FFIIRR 滤滤波波器器的的实实现现本章节讲解 FIR 滤波器的低通，高通，带通和带阻滤波器的实现。 37.1 FIR 滤波器介绍 37.2 Matlab 工具箱生成 C 头文件 37.3 FIR 低通滤波器设计 37.4 FIR 高通滤波器设计 37.5 FIR 带通滤波器设计 37.6 FIR 带阻滤波器设计 37.7 切比雪夫窗口设计带通滤波器 37.8 FIR 滤波后的群延迟 37.9 总结 3377..11 FFIIRR 滤滤波波器器介介绍绍 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。 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： y[n] = b[0] * x[n] + b[1] * x[n-1] + b[2] * x[n-2] + ...+ b[numTaps-1] * x[n-numTaps+1] 结构图如下： 22001155年年0011月月1155日日版版本本：：11..00 第第 11 页页共共 3355 页页

安安富富莱莱 UUMM440033 DDSSPP 教教程程 SSTTMM3322--VV55 开开发发板板系系统统篇篇手手册册这种网络结构就是在 35.2.1 小节所讲的直接型结构。 3377..22 MMaattllaabb 工工具具箱箱 ffddaattooooll 生生成成 CC 头头文文件件下面我们讲解下如何通过 fdatool 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 fadtool 就能打开这个工具箱： fadtool 界面打开效果如下： 22001155年年0011月月1155日日版版本本：：11..00 第第 22 页页共共 3355 页页

安安富富莱莱 UUMM440033 DDSSPP 教教程程 SSTTMM3322--VV55 开开发发板板系系统统篇篇手手册册 FIR 滤波器的低通，高通，带通，带阻滤波的设置会在下面一一讲解，这里说一下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：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 fadtool 界面上的菜单 Targets->Generate C header ,打开后显示如下界面： 22001155年年0011月月1155日日版版本本：：11..00 第第 33 页页共共 3355 页页

安安富富莱莱 UUMM440033 DDSSPP 教教程程 SSTTMM3322--VV55 开开发发板板系系统统篇篇手手册册然后点击 Generate，生成如下界面：再点击保存，并打开 fdatool.h 文件，可以看到生成的系数： /* * Filter Coefficients (C Source) generated by the Filter Design and Analysis Tool * * Generated by MATLAB(R) 7.14 and the Signal Processing Toolbox 6.17. * * Generated on: 22-Dec-2014 21:34:29 * */ 22001155年年0011月月1155日日版版本本：：11..00 第第 44 页页共共 3355 页页

安安富富莱莱 UUMM440033 DDSSPP 教教程程 SSTTMM3322--VV55 开开发发板板系系统统篇篇手手册册 /* * Discrete-Time FIR Filter (real) * ------------------------------- * Filter Structure : Direct-Form FIR * Filter Length : 51 * Stable : Yes * Linear Phase : Yes (Type 1) */ /* General type conversion for MATLAB generated C-code */ #include "tmwtypes.h" /* * Expected path to tmwtypes.h * C:\Program Files\MATLAB\R2012a\extern\include\tmwtypes.h */ /* * Warning - Filter coefficients were truncated to fit specified data type. * The resulting response may not match generated theoretical response. * Use the Filter Design & Analysis Tool to design accurate * single-precision filter coefficients. */ const int BL = 51; const real32_T B[51] = { -0.0009190982091, -0.00271769613,-0.002486952813, 0.003661438357, 0.0136509249, 0.01735116541, 0.00766530633,-0.006554719061,-0.007696784101, 0.006105459295, 0.01387391612,0.0003508617228, -0.01690892503,-0.008905642666, 0.01744112931, 0.02074504457, -0.0122964941, -0.03424086422,-0.001034529647, 0.04779030383, 0.02736303769, -0.05937951803, -0.08230702579, 0.06718690693, 0.3100151718, 0.4300478697, 0.3100151718, 0.06718690693, -0.08230702579, -0.05937951803, 0.02736303769, 0.04779030383,-0.001034529647, -0.03424086422, -0.0122964941, 0.02074504457, 0.01744112931,-0.008905642666, -0.01690892503,0.0003508617228, 0.01387391612, 0.006105459295,-0.007696784101,-0.006554719061, 0.00766530633, 0.01735116541, 0.0136509249, 0.003661438357,-0.002486952813, -0.00271769613, -0.0009190982091 }; 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 fdatool 配置 FIR 低通，高通，带通和带阻滤波。关于 fdatool 的其它用法，大家可以在 matlab 命令窗口中输入 help fadtool 打开帮助文档进行学习。 3377..33 FFIIRR 低低通通滤滤波波器器设设计计本章使用的 FIR 滤波器函数是 arm_fir_f32。下面使用此函数设计 FIR 低通，高通，带通和带阻滤波器。 3377..33..11 函函数数 aarrmm__ffiirr__ff3322 说说明明函数定义如下： void arm_fir_f32( const arm_fir_instance_f32 * S, float32_t * pSrc, float32_t * pDst, uint32_t blockSize) 参数定义： 22001155年年0011月月1155日日版版本本：：11..00 第第 55 页页共共 3355 页页

安安富富莱莱 UUMM440033 DDSSPP 教教程程 SSTTMM3322--VV55 开开发发板板系系统统篇篇手手册册 [in] *S points to an instance of the floating-point FIR filter structure. [in] *pSrc points to the block of input data. [out] *pDst points to the block of output data. [in] blockSize number of samples to process per call. return none. 注意事项：结构 arm_fir_instance_f32 的定义如下（在文件 arm_math.h 文件）： typedef struct { uint16_t numTaps; /**< number of filter coefficients in the filter. */ float32_t *pState; /**< points to the state variable array. The array is of length numTaps+blockSize-1. */ float32_t *pCoeffs; /**< points to the coefficient array. The array is of length numTaps. */ } arm_fir_instance_f32; 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： {b[numTaps-1], b[numTaps-2], b[N-2], ..., b[1], b[0]} 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。 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。 3. blockSize 这个参数的大小没有特殊要求，用户只需保证大于 1 小于等于采样点个数即可。 3377..33..22 ffddaattooooll 获获取取低低通通滤滤波波器器系系数数设计一个如下的例子：信号由 50Hz 正弦波和 200Hz 正弦波组成，采样率 1Kbps，现设计一个低通滤波器，截止频率 125Hz，采样 320 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。fadtool 的配置如下： 22001155年年0011月月1155日日版版本本：：11..00 第第 66 页页共共 3355 页页

安安富富莱莱 UUMM440033 DDSSPP 教教程程 SSTTMM3322--VV55 开开发发板板系系统统篇篇手手册册配置好低通滤波器后，具体滤波器系数的生成大家参考本章第二小节的方法即可。 3377..33..33 低低通通滤滤波波器器实实现现通过工具箱fdatool获得低通滤波器系数后在开发板上运行函数arm_fir_f32 来测试低通滤波器的效果。 #define TEST_LENGTH_SAMPLES 320 /* 采样点数 */ #define BLOCK_SIZE 32 /* 调用一次arm_fir_f32处理的采样点个数 */ #define NUM_TAPS 29 /* 滤波器系数个数 */ uint32_t blockSize = BLOCK_SIZE; uint32_t numBlocks = TEST_LENGTH_SAMPLES/BLOCK_SIZE; /* 需要调用arm_fir_f32的次数 */ static float32_t testInput_f32_50Hz_200Hz[TEST_LENGTH_SAMPLES]; /* 采样点 */ static float32_t testOutput[TEST_LENGTH_SAMPLES]; /* 滤波后的输出 */ static float32_t firStateF32[BLOCK_SIZE + NUM_TAPS - 1]; /* 状态缓存，大小numTaps + blockSize - 1*/ /* 低通滤波器系数通过fadtool获取*/ const float32_t firCoeffs32LP[NUM_TAPS] = { -0.001822523074f, -0.001587929321f, 1.226008847e-18f, 0.003697750857f, 0.008075430058f, 0.008530221879f, -4.273456581e-18f, -0.01739769801f, -0.03414586186f, -0.03335915506f, 8.073562366e-18f, 0.06763084233f, 0.1522061825f, 0.2229246944f, 0.2504960895f, 22001155年年0011月月1155日日版版本本：：11..00 第第 77 页页共共 3355 页页

uint32_t i; arm_fir_instance_f32 S; float32_t *inputF32, *outputF32; /* 初始化输入输出缓存指针 */ inputF32 = &testInput_f32_50Hz_200Hz[0]; outputF32 = &testOutput[0]; 安安富富莱莱 UUMM440033 DDSSPP 教教程程 SSTTMM3322--VV55 开开发发板板系系统统篇篇手手册册 0.2229246944f, 0.1522061825f, 0.06763084233f, 8.073562366e-18f, -0.03335915506f, -0.03414586186f, -0.01739769801f, -4.273456581e-18f, 0.008530221879f, 0.008075430058f, 0.003697750857f, 1.226008847e-18f, -0.001587929321f, -0.001822523074f }; /* ********************************************************************************************************* * 函数名: arm_fir_f32_lp * 功能说明: 调用函数arm_fir_f32_lp实现低通滤波器 * 形参：无 * 返回值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void arm_fir_f32_lp(void) { } 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。 /* 打印滤波后结果 */ for(i=0; i

资料库

ARM官方DSP库FIR滤波器的实现.pdf

相关推荐

硬件开发

热门标签

最新资料