【英飞凌PSoC 6 RTT开发板试用】信号处理前端之滤波

3.3数字滤波信号前端

原理

CMSIS-DSP提供直接I型IIR库支持Q7，Q15，Q31和浮点四种数据类型。其中Q15和Q31提供了快速版本。

直接I型IIR滤波器是基于二阶Biquad级联的方式来实现的。每个Biquad由一个二阶的滤波器组成：

y[n] = b0 * x[n] + b1 * x[n-1] + b2 * x[n-2] + a1 * y[n-1] + a2 * y[n-2]

直接I型算法每个阶段需要5个系数和4个状态变量。

y[n] = b0 * x[n] + b1 * x[n-1] + b2 * x[n-2] - a1 * y[n-1] - a2 * y[n-2]

matlab使用上面的公式实现，在使用fdatool工具箱生成的a系数需要取反才能用于直接I型IIR滤波器的函数中。

高阶IIR滤波器的实现是采用二阶Biquad级联的方式来实现的。其中参数numStages就是用来做指定二阶Biquad的个数。比如8阶IIR滤波器就可以采用numStages=4个二阶Biquad来实现。

如果要实现9阶IIR滤波器就需要将numStages=5，这时就需要其中一个Biquad配置成一阶滤波器(也就是b2=0，a2=0)。

添加命令行

shell_fun.h中

复制void IirFun(void* param);

shell_fun.c中

复制#include "iir.h"

shell_cmd_list中添加一行

复制{ (const uint8_t*)"iir",         IirFun,           “iir"},

添加命令执行函数

复制void IirFun(void* param)

{

Iir_main();

}

实现代码

Iir.c

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

#define TEST_LENGTH_SAMPLES 2048
#define FS 10000

extern float32_t testInput_f32_10khz[TEST_LENGTH_SAMPLES];
static float32_t testOutput[TEST_LENGTH_SAMPLES];


static uint32_t fftSize = 1024;
static uint32_t ifftFlag = 0;
static uint32_t doBitReverse = 1;
static arm_cfft_instance_f32 varInstCfftF32;

static int testIndex = 0;

static float testtmp_f32_10khz[2048];
static int32_t adcbuffer[2048];


#define numStages  2                /* 2阶IIR滤波的个数 */
#define BLOCK_SIZE           128    /* 调用一次arm_biquad_cascade_df1_f32处理的采样点个数 */


uint32_t blockSize = BLOCK_SIZE;
uint32_t numBlocks = TEST_LENGTH_SAMPLES/BLOCK_SIZE;      /* 需要调用arm_biquad_cascade_df1_f32的次数 */
static float32_t IIRStateF32[4*numStages];                      /* 状态缓存 */

/* 巴特沃斯低通滤波器系数 80Hz*/
const float32_t IIRCoeffs32LP[5*numStages] = {
    1.0f,  2.0f,  1.0f,  1.479798894397216679763573665695730596781f,
-0.688676953053861784503908438637154176831f,

    1.0f,  2.0f,  1.0f,  1.212812092620218384908525877108331769705f,
-0.384004162286553540894828984164632856846f
};

int32_t iir_main(void)
{
    uint32_t i;
    arm_biquad_casd_df1_inst_f32 S;
    float32_t ScaleValue;
    float32_t  *inputF32, *outputF32;

    /* 初始化输入输出缓存指针 */

    //memcpy(testtmp_f32_10khz,testInput_f32_10khz,sizeof(testInput_f32_10khz));
#if 1
    adc_samp(adcbuffer,2048);
    for(int i=0; i< 2048;i ++)
   {
  	  testtmp_f32_10khz[i] = (float)adcbuffer[i];
    }
#endif
    inputF32 = testtmp_f32_10khz;
    outputF32 = testOutput;

    /* 初始化 */
    arm_biquad_cascade_df1_init_f32(&S, numStages, (float32_t *)&IIRCoeffs32LP[0],
(float32_t *)&IIRStateF32[0]);

    /* 实现IIR滤波，这里每次处理1个点 */
    for(i=0; i < numBlocks; i++)
    {
        arm_biquad_cascade_df1_f32(&S, inputF32 + (i * blockSize),  outputF32 + (i * blockSize),
  blockSize);
    }

    /*放缩系数 */
    ScaleValue = 0.012f* 0.42f;

    /* 打印滤波后结果 */
    for(i=0; i< TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    {
        printf("/*%f, %f*/rn", testtmp_f32_10khz[i], testOutput[i]*ScaleValue);
    }


}

 /** endlink */

Iir.h

复制#ifndef IIR_H
#define IIR_H

int iir_main(void);

#endif

测试

输入iir回车，查看波形

见视频

以下可以看到滤波导致了滞后，黄色线有滞后

以下是实时采集滤波

审核编辑：汤梓红