數字濾波

為了對stm32f4的ADC和DAC有更多的了解，我決定做一個實用性比較強的實驗。就是數字濾波實驗，利用stm32f4的DAC可以產生噪聲的特點，利用它的一路DAC產生疊加噪聲的信號作為原始信號。然后用ADC測量，把結果經過濾波處理后用DAC的另一通道把結果輸出，用雙蹤示波器觀察。

一階慣性濾波器及其數字化

一階慣性濾波器的傳遞函數為：

利用一階差分法離散化，可以得到一階慣性數字濾波算法：

其中T為采樣周期，為濾波時間常數。T和必須根據信號頻譜來選擇。

編程實現：

a.     設定一個1024點正弦波表，用DAC1疊加噪聲輸出

b.     配置定時器6更新頻率為1M

c.     DAC的時鐘為TIM6更新事件，1024點，頻率大概為0.5M

d.     在TIM6的更新中斷中啟動一次AD轉換

e.     AD轉換中斷中做濾波處理，然后把數值送DAC2，啟動一次DAC2

程序：

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/************************************  

    標題：數字濾波實驗  

    軟件平臺：IAR for ARM6.21  

    硬件平臺：stm32f4-discovery  

    主頻：168M  

    描述：用DAC1產生一路疊加了噪聲的信號  

          用ADC通道11測量上面產生的信號  

          對ADC的測量結果進行濾波處理  

          用DAC2把濾波后的結果輸出  

    author：小船  

    data：2012-02-17  

*************************************/  

#include   

#include "MyDebugger.h"  

#include "sintable.h"   

/*********變量聲明********/  

uint16_t Y0, Y1;//濾波器輸出值  

float T = 0.000001;//采樣周期  

float C = 0.00003; //濾波常數  

/*********函數聲明********/  

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;  //中斷優先級分組 搶占：響應=3:1  

  MyDebugger_Init();  

  ADC3_IN11_Config();  

  Generate_SinSignal_with_Noise();  

  DAC_channel2_Config();    

  timer6_Init();   

  while(1)  

  {  

  };  

}  

/**************************************  

  函數名：timer6_Init  

  參數：無  

  返回值：無  

  功能：設置定時器6更新頻率為1M  

        定時器6更新事件為DAC1、2時鐘  

        更新中斷啟動ADC檢測  

**************************************/  

void timer6_Init(void)  

{  

  /***定時器設置***/  

  RCC->APB1ENR |= (1<<4);//打開TIM6時鐘  

  TIM6->PSC = 0;   

  TIM6->ARR = 83;  //使得更新事件頻率為1m  

  TIM6->CR2 |=  0x00000020;//更新事件輸出  

  TIM6->DIER |= 1; //使能中斷  

  TIM6->CR1 |= 1; //開始計時  

}  

/**************************************  

  函數名：Generate_SinSignal_with_Noise  

  參數：無  

  返回值：無  

  功能：用DAC1產生一路疊加了噪聲的信號  

***************************************/  

void Generate_SinSignal_with_Noise(void)  

{  

  /***GPIO設置***/  

  RCC->AHB1ENR |= (1<<0); //打開GPIOA時鐘  

  GPIOA->MODER |= 0x00000F00;//PA4、5模擬模式  

  GPIOA->PUPDR &= 0xfffff0ff;//無上拉無下拉     

  /***DAC設置***/  

  RCC->APB1ENR |= (1<<29); //使能DAC時鐘  

  DAC->CR &= 0xffff0000;  

  /*  

  使能DMA堵塞中斷  

  使能通道1觸發  

  疊加噪聲  

  */  

  DAC->CR |= ( (1<<13) | (1<<2) | 0x00000040 | 0x00000800);    

  NVIC->IP[54] = 0xA0;  

  NVIC->ISER[1] |= (1<<(54-32));  

  /***DMA設置***/  

  RCC->AHB1ENR |= (1<<21); //使能DMA1時鐘  

  DAC->CR &= ~(1<<12);//DAC dma發送模式除能  

  DMA1_Stream5->CR &= 0xFFFFFFFE; //除能DMA1_Stream5  

  while(DMA1_Stream5->CR & 0x00000001);//確保DMA可以被設置   

  DMA1->HIFCR |= 0x000004f0;//傳送前清空DMA1_Stream5所有中斷標志   

  DMA1_Stream5->PAR = (uint32_t)&DAC->DHR12R1;//設置外設地址  

  DMA1_Stream5->M0AR = (uint32_t)SinTable; //設置內存地址  

  DMA1_Stream5->CR |= 0x0002800;//16位數據  

  DMA1_Stream5->NDTR = 1024; //設置dma傳輸數據的數量  

  /*  

    設置dma通道7，即DAC1  

    優先級Medium  

    傳輸方向內存到外設  

    內存遞增模式  

    循環模式  

  */  

  DMA1_Stream5->CR |= ( 0x0e000000 | 0x00010000 | (1<<6)  

                        | (1<<10) | (1<<8) );   

  DMA1_Stream5->CR |= 1; //DMA數據流5使能  

  DAC->CR |= (1<<0);   //DAC通道1使能  

  DAC->CR |= (1<<12);//DAC dma發送模式使能  

}  

/**************************************  

  函數名：ADC3_IN11_Config  

  參數：無  

  返回值：無  

  功能：用ADC通道11測量上面產生的信號  

***************************************/  

void ADC3_IN11_Config(void)  

{  

    /***GPIO設置***/  

  RCC->AHB1ENR |= (1<<2); //打開GPIOC時鐘  

  GPIOC->MODER &= 0xfffffff3;//PC1模擬模式  

  GPIOC->MODER |= 0x0000000C;  

  GPIOC->PUPDR &= 0xfffffff3;//無上拉無下拉     

  /***ADC3設置***/  

  RCC->APB2ENR |= (1<<10); //使能ADC3時鐘  

  ADC3->SQR1 = 0x00000000;//轉換一個通道  

  ADC3->SQR3 = 0x0000000B;//第一個通道為ADC3_in11  

  ADC3->CR1 &= 0x00000000;   

  ADC3->CR2 &= 0x00000000;    

 //單次轉換  

  ADC3->CR1 |= (1<<5);//使能轉換完成中斷  

  NVIC->IP[18] = 0xc0;  

  NVIC->ISER[0] |= (1<<18);   

}  

/**************************************  

  函數名：DAC_channel2_Config  

  參數：無  

  返回值：無  

  功能：用DAC2把濾波后的結果輸出  

***************************************/  

void DAC_channel2_Config(void)  

{  

  /***DAC設置***/  

  RCC->APB1ENR |= (1<<29); //使能DAC時鐘  

  DAC->CR &= 0x0000ffff;  

  /*  

  使能通道2觸發   

  配置為軟件觸發  

  */  

  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);//亮紅燈指示DAC1的DMA傳輸數據錯誤  

    DAC->SR &= ~(1<<13);   

  }  

  if(TIM6->SR)  

  {      

    ADC3->CR2 |= (1<<0);   //開啟AD轉換    

    ADC3->CR2 |= (1<<30); //規則通道轉換開始  

    TIM6->SR &= ~(0x0001);   

  }  

}  

void ADC_IRQHandler(void)  

{  

  if( ADC3->SR & (1<<1))  

  {  

    Y0 = (uint16_t)( (float)(( T / C ) * ADC3->DR) //濾波公式  

                      + (float)(( 1 - T / C ) * Y1) );  

    Y1 = Y0;  

    DAC->DHR12R2 = Y0;  //DAC2輸出濾波后的結果  

    DAC->SWTRIGR |= (1<<1);  

    ADC3->SR &= ~(1<<1);  

  }  

}  

輸出的信號：

用AD測量后不經過濾波直接輸出：

經過濾波的輸出：

結論：經過濾波后，很好地把噪聲濾除了，但相位有一定的滯后，幅值會變小。