STM32F407之数字滤波_基于stm32f407的数字滤波算法,方波滤正弦波算法的设计思想

作者：煮酒与君饮 | 2024-08-05 03:27:24

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基于stm32f407的数字滤波算法,方波滤正弦波算法的设计思想

为了对stm32f4的ADC和DAC有更多的了解，我决定做一个实用性比较强的实验。就是数字滤波实验，利用stm32f4的DAC可以产生噪声的特点，利用它的一路DAC产生叠加噪声的信号作为原始信号。然后用ADC测量，把结果经过滤波处理后用DAC的另一通道把结果输出，用双踪示波器观察。

一阶惯性滤波器及其数字化

一阶惯性滤波器的传递函数为：

利用一阶差分法离散化，可以得到一阶惯性数字滤波算法：

其中T为采样周期，为滤波时间常数。T和必须根据信号频谱来选择。

编程实现：

a. 设定一个1024点正弦波表，用DAC1叠加噪声输出

b. 配置定时器6更新频率为1M

c. DAC的时钟为TIM6更新事件，1024点，频率大概为0.5M

d. 在TIM6的更新中断中启动一次AD转换

e. AD转换中断中做滤波处理，然后把数值送DAC2，启动一次DAC2

程序：

[plain]view plaincopy 
   
 /************************************  
     标题：数字滤波实验  
     软件平台：IAR for ARM6.21  
     硬件平台：stm32f4-discovery  
     主频：168M  
   
     描述：用DAC1产生一路叠加了噪声的信号  
           用ADC通道11测量上面产生的信号  
           对ADC的测量结果进行滤波处理  
           用DAC2把滤波后的结果输出  
       
     author：小船  
     data：2012-02-17  
 *************************************/  
   
 #include <stm32f4xx.h>   
 #include "MyDebugger.h"  
 #include "sintable.h"   
   
 /*********变量声明********/  
 uint16_t Y0, Y1;//滤波器输出值  
 float T = 0.000001;//采样周期  
 float C = 0.00003; //滤波常数  
   
 /*********函数声明********/  
 void timer6_Init(void);  
 void ADC3_IN11_Config(void);  
 void DAC_channel2_Config(void);  
 void Generate_SinSignal_with_Noise(void);  
   
 void main ()  
 {     
   
   SCB->AIRCR = 0x05FA0000 | 0x400;  //中断优先级分组 抢占：响应=3:1  
    
   MyDebugger_Init();  
    
   ADC3_IN11_Config();  
   Generate_SinSignal_with_Noise();  
   DAC_channel2_Config();    
   timer6_Init();   
   
   while(1)  
   {  
   };  
 }  
   
 /**************************************  
   函数名：timer6_Init  
   参数：无  
   返回值：无  
   功能：设置定时器6更新频率为1M  
         定时器6更新事件为DAC1、2时钟  
         更新中断启动ADC检测  
 **************************************/  
 void timer6_Init(void)  
 {  
   /***定时器设置***/  
   RCC->APB1ENR |= (1<<4);//打开TIM6时钟  
   TIM6->PSC = 0;   
   TIM6->ARR = 83;  //使得更新事件频率为1m  
   TIM6->CR2 |=  0x00000020;//更新事件输出  
   TIM6->DIER |= 1; //使能中断  
   TIM6->CR1 |= 1; //开始计时  
 }  
   
 /**************************************  
   函数名：Generate_SinSignal_with_Noise  
   参数：无  
   返回值：无  
   功能：用DAC1产生一路叠加了噪声的信号  
 ***************************************/  
 void Generate_SinSignal_with_Noise(void)  
 {  
   /***GPIO设置***/  
   RCC->AHB1ENR |= (1<<0); //打开GPIOA时钟  
   GPIOA->MODER |= 0x00000F00;//PA4、5模拟模式  
   GPIOA->PUPDR &= 0xfffff0ff;//无上拉无下拉     
     
   /***DAC设置***/  
   RCC->APB1ENR |= (1<<29); //使能DAC时钟  
   DAC->CR &= 0xffff0000;  
   /*  
   使能DMA堵塞中断  
   使能通道1触发  
   叠加噪声  
   */  
   DAC->CR |= ( (1<<13) | (1<<2) | 0x00000040 | 0x00000800);    
   NVIC->IP[54] = 0xA0;  
   NVIC->ISER[1] |= (1<<(54-32));  
    
   /***DMA设置***/  
   RCC->AHB1ENR |= (1<<21); //使能DMA1时钟  
   DAC->CR &= ~(1<<12);//DAC dma发送模式除能  
   DMA1_Stream5->CR &= 0xFFFFFFFE; //除能DMA1_Stream5  
   while(DMA1_Stream5->CR & 0x00000001);//确保DMA可以被设置   
   DMA1->HIFCR |= 0x000004f0;//传送前清空DMA1_Stream5所有中断标志   
   DMA1_Stream5->PAR = (uint32_t)&DAC->DHR12R1;//设置外设地址  
   DMA1_Stream5->M0AR = (uint32_t)SinTable; //设置内存地址  
   DMA1_Stream5->CR |= 0x0002800;//16位数据  
   DMA1_Stream5->NDTR = 1024; //设置dma传输数据的数量  
   /*  
     设置dma通道7，即DAC1  
     优先级Medium  
     传输方向内存到外设  
     内存递增模式  
     循环模式  
   */  
   DMA1_Stream5->CR |= ( 0x0e000000 | 0x00010000 | (1<<6)  
                         | (1<<10) | (1<<8) );   
     
   DMA1_Stream5->CR |= 1; //DMA数据流5使能  
     
   DAC->CR |= (1<<0);   //DAC通道1使能  
   
   DAC->CR |= (1<<12);//DAC dma发送模式使能  
 }  
   
 /**************************************  
   函数名：ADC3_IN11_Config  
   参数：无  
   返回值：无  
   功能：用ADC通道11测量上面产生的信号  
 ***************************************/  
 void ADC3_IN11_Config(void)  
 {  
     /***GPIO设置***/  
   RCC->AHB1ENR |= (1<<2); //打开GPIOC时钟  
   GPIOC->MODER &= 0xfffffff3;//PC1模拟模式  
   GPIOC->MODER |= 0x0000000C;  
   GPIOC->PUPDR &= 0xfffffff3;//无上拉无下拉     
     
   /***ADC3设置***/  
   RCC->APB2ENR |= (1<<10); //使能ADC3时钟  
   ADC3->SQR1 = 0x00000000;//转换一个通道  
   ADC3->SQR3 = 0x0000000B;//第一个通道为ADC3_in11  
   ADC3->CR1 &= 0x00000000;   
   ADC3->CR2 &= 0x00000000;    
  //单次转换  
   ADC3->CR1 |= (1<<5);//使能转换完成中断  
   NVIC->IP[18] = 0xc0;  
   NVIC->ISER[0] |= (1<<18);   
 }  
   
 /**************************************  
   函数名：DAC_channel2_Config  
   参数：无  
   返回值：无  
   功能：用DAC2把滤波后的结果输出  
 ***************************************/  
 void DAC_channel2_Config(void)  
 {  
   /***DAC设置***/  
   RCC->APB1ENR |= (1<<29); //使能DAC时钟  
   DAC->CR &= 0x0000ffff;  
   /*  
   使能通道2触发   
   配置为软件触发  
   */  
   DAC->CR |= ( (1<<18) | (0x00380000) );   
     
   DAC->CR |= (1<<16);   //DAC通道2使能  
 }  
   
 void TIM6_DAC_IRQHandler(void)  
 {  
   if( DAC->SR & (1<<13) )  
   {  
     MyDebugger_LEDs(red, on);//亮红灯指示DAC1的DMA传输数据错误  
     DAC->SR &= ~(1<<13);   
   }  
     
   if(TIM6->SR)  
   {      
     ADC3->CR2 |= (1<<0);   //开启AD转换    
     ADC3->CR2 |= (1<<30); //规则通道转换开始  
       
     TIM6->SR &= ~(0x0001);   
   }  
 }  
    
 void ADC_IRQHandler(void)  
 {  
   if( ADC3->SR & (1<<1))  
   {  
     Y0 = (uint16_t)( (float)(( T / C ) * ADC3->DR) //滤波公式  
                       + (float)(( 1 - T / C ) * Y1) );  
     Y1 = Y0;  
     DAC->DHR12R2 = Y0;  //DAC2输出滤波后的结果  
     DAC->SWTRIGR |= (1<<1);  
       
     ADC3->SR &= ~(1<<1);  
   }  
 }  

输出的信号：

用AD测量后不经过滤波直接输出：

经过滤波的输出：

结论：经过滤波后，很好地把噪声滤除了，但相位有一定的滞后，幅值会变小。

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