基于STM32f3的FIR应用测试分析 _窗函数

工具和简介
目的：利用仿真软件系统结合窗函数法设计一个数字带通FIR滤波器。通过的DSP模块实现移植应用，测试分析其运行效率等，并将其运行结果同运行结果比较，分析其可靠性。
测试数据：声波笔捕捉帧数据(f:80KHz;fs:2.5MHz)并混合入高频和低频噪声。
测试版本：;
测试单片机：
Keil版本：KeilV5.10.0.2
版本： V4.16.0
STM32库版本：.6.0
MCU工作频率：72MHz
内核设计
如下图，运行，在命令窗口输入，并回车启动。
界面
界面如下图所示，FDA Tool界面总共分两大部分，一部分是，在界面的下半部，用来设置滤波器的设计参数，另一部分则是特性区，在界面的上半部分，用来显示滤波器的各种特性。部分主要分为：
type（滤波器类型）选项，包括（低通）、（高通）、（带通）、（带阻）和特殊的fir滤波器。
（设计方法）选项，包括iir滤波器的（巴特沃思）法、 type i（切比雪夫i型）法、type ii（切比雪夫ii型）法、（椭圆滤波器）法和fir滤波器的法、least-（最小乘方）法、（窗函数）法。
order（滤波器阶数）选项，定义滤波器的阶数，包括 order（指定阶数）和 order（最小阶数）。在 order中填入所要设计的滤波器的阶数（n阶滤波器， order＝n-1），如果选择 order则根据所选择的滤波器类型自动使用最小阶数。
选项，可以详细定义频带的各参数，包括采样频率fs和频带的截止频率。它的具体选项由 type选项和选项决定，例如（带通）滤波器需要定义（下阻带截止频率）、（通带下限截止频率）、（通带上限截止频率）、（上阻带截止频率），而（低通）滤波器只需要定义、。采用窗函数设计滤波器时，由于过渡带是由窗函数的类型和阶数所决定的，所以只需要定义通带截止频率，而不必定义阻带参数。
选项，可以定义幅值衰减的情况。例如设计带通滤波器时，可以定义（频率处的幅值衰减）、wpass （通带范围内的幅值衰减）、（频率处的幅值衰减）。当采用窗函数设计时，通带截止频率处的幅值衰减固定为6db，所以不必定义。

文章插图
界面
本设计中，首先在 type中选择（带通滤波器）；
（1）在选项中选择fir （fir滤波器窗函数法），接着在选项中选?。?
（2）指定 order项中的 order＝100；
（3）由于采用窗函数法设计，只要给出通带下限截止频率fc1和通带上限截止频率fc2，选取fc1＝79.，fc2＝80.001 KHz 。
（4）设置完以后点击即可得到所设计的fir滤波器。
（5）通过菜单选项可以在特性区看到所设计滤波器的幅频响应、相频响应、零极点配置和滤波器系数等各种特性。设计完成后保存为“nh.fda”文件，并通过依次点击“File—— M-File”生成为M文件保存为“nh.m”，以便调用。
在设计过程中，可以对比滤波器幅频相频特性和设计要求，随时调整参数和滤波器类型，以便得到最佳效果，并通过第5部保存和生成M文件。其它类型的fir滤波器和iir滤波器也都可以使用来设计。
【基于STM32f3的FIR应用测试分析】通过设计内核
其幅频曲线如下。
幅频曲线
其相频特性如下
相频特性内核调用和测试
内核调用：在中，按“Ctrl+N”新建M文件，编辑代码，本测试代码如下，具体见附件” fir3.m “ 。
测试代码
第一行中，”clc“清空命令窗口， ”close all“ 清空多余窗口，clear清空工作空间，

文章插图
在导入输入信号中所导入的信号为声波笔捕捉帧数据(f:80KHz;fs:25MHz) ，从中选取一个通道数据。
所加高频噪声信号为，低频5Khz 。
测试结果如下图所示
测试结果STM32移植内核
运用生成Keil工程，具体配置见“附件\.4\demo.ioc”，并用Keil打开所生成的工程“附件\.4\MDK-ARM\demo.” ，
Keil工程
如上图所示，在“附件\.4\App\app.c”中，常量为FIR滤波器内核，其来自设计，运行测试文件” fir3.m “后，在工作空间中双击变量可在变量编辑器查看，在“附件\.4\App\.c”中，a1常量为测试数据，其来自设计中添加噪声后信号，运行测试文件” fir3.m “后，在工作空间中双击put变量可在变量编辑器查看。如下图所示。
内核和测试数据
整个程序运行流程如下图所示
STM32程序运行流程
运行结果通过串口输出，如下图所示，运行结果。
串口输出结果
可通过发送“@IN#”、 “@OUT#”、 “@HE#”，分别获取输入测试波形、输出滤波结果、内核数据，再将其导入生成波形同结果比较。其结果如下图所示
Stm32执行结果分析下载