STM32实现IIR低通滤波器

只看该作者 · 2022-3-31 20:08

matlab的fdatool是好东西，不过很多人不知道该怎么使用它生成的C头文件。
趁着放假有时间，摸索了几天，终于搞定。希望**给条裤子。

该程序已经用于心电采集实验
导联aVF，带宽1-25Hz

只看该作者 · 2022-3-31 20:09

液晶截图
不多说，切入正题
这里有个fdatool设计的IIR高通滤波器，采样率400Hz时截止频率1Hz。
设计定型之后，要做些调整。
以下说明中的英文名词有些可能对不上fdatool界面上的原文，请大家意会吧

只看该作者 · 2022-3-31 20:10

第一步：
点击菜单中的Edit->Convert Structure 选择Direct Form I ，SOS，（必须是Direct Form I， II不行）
一般情况下，按照默认设置，fdatool设计都是由二阶部分串联组成的。
这种结构的滤波器稳定性比一个section的要好很多，其他方面的性能也好些。
如果不是的话，点击Convert to second order sections。
这时，滤波器的结构（structure）应该显示为 Direct Form I，second order sections

只看该作者 · 2022-3-31 20:11

第二步：
选择quantize filter，精度选择single precision floating point （单精度浮点）
之所以不用定点是因为噪声太大，也不容易稳定。
点击菜单中的Targets -> generate c header ，选择export as：single precision floating point （单精度浮点）
填写变量名称时，把NUM改成IIR_B，DEN改成IIR_A,其他不用动，保存为iir_coefs.h

只看该作者 · 2022-3-31 20:12

保存好的文件如下：
//一大堆注释
//然后：
/* General type conversion for MATLAB generated C-code  */
#include "tmwtypes.h"
/*
* Expected path to tmwtypes.h
* C:\Program Files\MATLAB\R2010a\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.
*/
#define MWSPT_NSEC 9
const int NL[MWSPT_NSEC] = { 1,3,1,3,1,3,1,3,1 };
const real32_T IIR_B[MWSPT_NSEC][3] = {
{
   0.8641357422,             0,             0
  },
  {
            1,          -2,             1
  },
  {
   0.9949035645,             0,             0
  },
  {
            1, -1.999938965,             1
  },
  {
   0.9985351563,             0,             0
  },
  {
            1, -1.99987793,             1
  },
{
   0.9996337891,             0,             0
  },
  {
            1, -1.99987793,             1
  },
  {
            1,             0,             0
  }
};
const int DL[MWSPT_NSEC] = { 1,3,1,3,1,3,1,3,1 };
const real32_T IIR_A[MWSPT_NSEC][3] = {
  {
            1,             0,             0
  },
  {
            1, -1.938049316, 0.9401855469
  },
  {
            1,             0,             0
  },
  {
            1, -1.989501953, 0.9900512695
  },
{
            1,             0,             0
  },
  {
            1, -1.996887207, 0.9971923828
  },
  {
            1,             0,             0
  },
  {
            1, -1.999084473, 0.9993286133
  },
  {
            1,             0,             0
  }
};

只看该作者 · 2022-3-31 20:13

第三步：
打开iir_coefs.h把MWSPT_NSEC替换成IIR_NSEC,
NL、DL数组删除掉，real32_T改成float ，
其中有一个#include "twmtypes.h",不要它了，删掉
改完的文件如下：

#define IIR_NSEC 9
  //原来叫做MWSPT_NSEC

const float IIR_B[IIR_NSEC][3] = {
  //为什么改为float很明显了吧
  {
0.8641357422,             0,             0
  },
  {
            1,          -2,             1
  },
  {
0.9949035645,             0,             0
  },
  {
            1,  -1.999938965,             1
  },
{
0.9985351563,             0,             0
  },
  {
            1, -1.99987793,             1
  },
  {
0.9996337891,             0,             0
  },
  {
            1, -1.99987793,             1
  },
  {
            1,             0,             0
  }
};

const float IIR_A[IIR_NSEC][3] = {
  {
            1,             0,             0
  },
  {
            1,  -1.938049316,  0.9401855469
  },
  {
            1,             0,             0
  },
  {
            1,  -1.989501953,  0.9900512695
  },
  {
            1,             0,             0
  },
  {
            1,  -1.996887207,  0.9971923828
  },
  {
            1,             0,             0
  },
  {
            1,  -1.999084473,  0.9993286133
  },
  {
            1,             0,             0
  }
};

保存文件

只看该作者 · 2022-3-31 20:18

保存文件，然后使用以下代码进行滤波
这段代码是根据Direct Form I 2阶IIR滤波的差分方程编写的
a0*y[n] = b0*x[n] + b1*x[n-1] + b2*x[n-2] - a1*y[n-1] -a2*y[n-2];

//iir_filter.c

#include "datatype.h"
#include "iir_filter.h"
#include "iir_coefs.h"

static float y[IIR_NSEC][3];
static float x[IIR_NSEC+1][3];

int16 iir_filter(int16 in)
{
   uint16 i;

   x[0][0] = in;
   for(i=0;i
   {
      y[0] =x[0]*IIR_B[0]+x[1]*IIR_B[1]+x[2]*IIR_B[2]-y[1]*IIR_A[1]-y[2]*IIR_A[2];
      y[0] /= IIR_A[0];

      y[2]=y[1];y[1]=y[0];
      x[2]=x[1];x[1]=x[0];

      x[i+1][0] = y[0];
   }

   if( x[IIR_NSEC][0]>32767)  x[IIR_NSEC][0]=32767;
   if( x[IIR_NSEC][0]<-32768) x[IIR_NSEC][0]=-32768;
   return  ((int16)x[IIR_NSEC][0]);

}

//复位滤波器
void iir_reset(void)
{
uint16 i,j;

for(i=0;i
{
   for(j=0;j<3;j++)
   {
      x[j]=0;
   }
}

for(i=0;i
{
   for(j=0;j<3;j++)
   {
      y[j]=0;
   }
}
}

//iir_filter.h
#ifndef _IIR_FILTER_H__
#define _IIR_FILTER_H__

int16 iir_filter(int16 x);
void iir_reset(void);

#endif

只看该作者 · 2022-3-31 20:20

使用方法:
首先写好iir_coefs.h，然后调用iir_filter.c对数据流进行滤波
一个伪代码例子：
while(运行中)
{
保存到SD卡(iir_filter(读取ADC采样值()));
}

这个函数比STM32 DSP库中的函数要好很多，DSP库中的2个IIR滤波函数都不能连续处理数据流。
记得在开始滤波之前重置滤波器
iir_reset();

只看该作者 · 2022-10-5 21:19

想法挺好啊

1万 · 2022-10-8 12:30

会以switch-case的方式出现

1万 · 2022-10-8 15:29

在实际的项目应用当中，单片机引脚的复用相当厉害

1万 · 2022-10-8 18:28

USART1可以有多个时钟源

1万 · 2023-7-1 07:25

让其作为芯片休眠唤醒脚

1万 · 2023-7-1 08:28

脚本很危险，很容易出错

1万 · 2023-7-1 09:31

一部分是I2C1的工作模块，另外一部分是其控制模块

1万 · 2023-7-1 11:27

它可以不受网络连接的限制

1万 · 2023-7-1 12:30

负片转印（Subtractive transfer）的方式将设计好的PCB线路板的线路底片“印刷”在金属导体上。

1万 · 2023-7-1 14:26

If-Else 已成为事实上的代码分支解决方案

1万 · 2023-7-1 15:29

需要设定一个阈值来对像素点进行设置

1万 · 2023-7-1 17:25

将小灯接在单片机的P1.0端口上