STM32利用arm-dsp库进行FIR低通滤波【详细】_基于stm32 单片机音乐喷泉中音频如何进行滤波

arm-dsp库官方已经封装好了，使用的时候需要把dsp库移植到工程里面，具体怎么移植网上可以找到教程

这里直接说怎么用FIR的流程：

一、Matlab里面生成所配置的阶数和系数

1、在Matlab命令窗口输入fdatool,回车，会弹出一个新窗口

2、在新窗口中的响应类型选择【低通】，设计方法选择【 FIR里面的最平坦】，滤波器阶数选择【指定阶 80】（这里以80举例），频率设置选择【Hz,Fs3200,Fc200】（同样也是举例，后面自己按照需求改动）,选择完后点击设计滤波器，并在上方【编辑】中点击【转换结构】选择【Direct-Form FIR】在点击确认

 

3、在上方选择【目标】中的【生成C的头文件】 ，改变导出类型为【单精度浮点】，然后点击生成保存到文件夹中

二、在keil 写相关程序

主要是用到了dsp库里面这两个函数

我们先把要处理的数据放进一个数组，我自己使用的ADC采集信号发生器发出的基频为100Hz的信号。

将ADC采集的数据转换为电压存入一个数组中

uint32_t i=0;
for(i=0;i<256;i++)
{
    inbuf[i]=(float)(ADC1_ConvertedValue[i]*3.3/4096);
}

接下来就要配置上面用的函数了

//FIR实例化结构体
 arm_fir_instance_f32 * S;

 还记得刚刚Matlab生成的文件吗？打开这个文件，复制这些到工程里面去。

//FIR滤波器系数个数
uint16_t numTaps=81;

//FIR滤波器系数
float32_t  pCoeffs[81]={
  3.671998324e-22,2.631265729e-20,9.278031016e-19, 2.14557019e-17,3.659253801e-16,
  4.907191783e-15,5.387333849e-14, 4.97747839e-13,3.948472625e-12,2.730093235e-11,
  1.664632598e-10,9.033196413e-10,4.394613118e-09,1.927893756e-08,7.661567736e-08,
  2.767831404e-07,9.112107477e-07,2.737595878e-06,7.507435839e-06,1.876901842e-05,
  4.263511073e-05,8.741336933e-05,0.0001597262308,0.0002535805688,0.0003294369671,
  0.0002852701291,-6.710144226e-05,-0.0009913889226,-0.002741852077, -0.00537379086,
   -0.00846511405, -0.01084412821, -0.01049835142,-0.004857060499, 0.008461467922,
    0.03057124838,   0.0603001751,  0.09375944734,   0.1249034405,   0.1470876038,
     0.1551340818,   0.1470876038,   0.1249034405,  0.09375944734,   0.0603001751,
    0.03057124838, 0.008461467922,-0.004857060499, -0.01049835142, -0.01084412821,
   -0.00846511405, -0.00537379086,-0.002741852077,-0.0009913889226,-6.710144226e-05,
  0.0002852701291,0.0003294369671,0.0002535805688,0.0001597262308,8.741336933e-05,
  4.263511073e-05,1.876901842e-05,7.507435839e-06,2.737595878e-06,9.112107477e-07,
  2.767831404e-07,7.661567736e-08,1.927893756e-08,4.394613118e-09,9.033196413e-10,
  1.664632598e-10,2.730093235e-11,3.948472625e-12, 4.97747839e-13,5.387333849e-14,
  4.907191783e-15,3.659253801e-16, 2.14557019e-17,9.278031016e-19,2.631265729e-20,
  3.671998324e-22
};

//FIR滤波器状态变量暂存：数组的大小=numTaps+blocksize-1
float32_t  pState[336]={0.0f};

//块处理大小
uint32_t blockSize=256;

//输入数据
float32_t inbuf[256]={0};
 
//输出数据
float32_t outbuf[256]=	{0};

 接下来就要调用上面说的函数了，不过我们先要为arm_fir_instance_f32这个结构体开辟一个空间

// 为FIR实例分配内存  
S = (arm_fir_instance_f32 *)malloc(sizeof(arm_fir_instance_f32));  
if (S == NULL) 
{
    // 内存分配失败，处理错误  
    return;  
}

malloc和free这两个函数需要包含#include <stdlib.h>这个头文件，不然会报错

这行代码 S = (arm_fir_instance_f32 *)malloc(sizeof(arm_fir_instance_f32)); 是C语言中动态内存分配的一个常见用法。这行代码做了以下几件事情：

1. sizeof(arm_fir_instance_f32)：计算arm_fir_instance_f32结构体类型所占用的字节数。
2. malloc(sizeof(arm_fir_instance_f32))：调用malloc函数，请求分配足够存储一个arm_fir_instance_f32结构体的内存空间。malloc返回的是一个指向所分配内存区域的void指针。
3. (arm_fir_instance_f32 *)：将void指针强制类型转换为arm_fir_instance_f32指针。这是因为malloc返回的是void指针，而我们需要一个指向arm_fir_instance_f32的指针来操作分配的内存。
4. S = ...：将转换后的指针赋值给S，这样S现在就指向了一块新分配的内存，这块内存足够存储一个arm_fir_instance_f32实例。

重要的是要注意，在使用malloc分配内存之后，你有责任在不再需要这块内存时使用free函数来释放它，以避免内存泄漏。

另外，务必检查malloc的返回值是否为NULL。如果malloc无法分配所需的内存（例如，由于内存不足），它将返回NULL。在这种情况下，你应该处理这个错误情况，而不是尝试使用NULL指针，因为这会导致程序崩溃。

现在再调用那两个函数

arm_fir_init_f32(S,numTaps,pCoeffs,pState,blockSize);
arm_fir_f32(S,inbuf,outbuf,blockSize);

 这样在outbuf数组中就是低通滤波后的数据了

最后我们使用free函数释放内存，避免内存泄漏

free(S);      // 释放内存 
S = NULL; // 将指针设置为 NULL，以避免悬挂指针

OK,用串口打印出来看看效果

 蓝色的方波是原始信号，橙色的正弦波是经过低通滤波的信号，效果还是ok的

到此，就完成了软件滤波