窗	优点	缺点
Rectangle	频率分辨率最好	幅度准确度最差
Hanning	频率分辨率较好	幅度准确度较差
Hamming	幅度准确度较好	频率分辨率较差
Blackman	幅度准确度最好	频率分辨率最差

2)filterDesigner使用

在Matlab命令行窗口输入‘filterDesigner’，调用滤波器设计组件。设计好FIR滤波器的类型，设计方法，阶数，截止频率等参数后点击Design Filter 按钮就生成了所需的滤波器系数：

FIR滤波器设计
，生成滤波器系数以后点击 filterDesigner界面上的菜单 Targets->Generate C header ,打开后显示如下界面：
参数导出
点击Generate，选择保存路径后即可完成导出参数。关于参数的使用则在下一部分。

2.IIR滤波器

IIR滤波器的设计与FIR相似，但在导出参数时需要注意一些细节：

默认生成的 IIR 滤波器类型是 Direct-Form II, Second-Order Sections（直接 II 型，每个
Section 是一个二阶滤波器）。这里我们需要将其转换成Direct-Form I, Second-Order
Sections，因为本章使用的IIR滤波器函数是Direct-Form I的结构。转换方法：点击 Edit->Convert
Structure，界面如下，这里我们选择第一项，并点击 OK：
转换结构

转换好以后再点击 File-Export，第一项选择 Coefficient File（ASCII）：
选择导出类型

第一项选择好以后，第二项选择 Decimal：
选择导出类型

两个选项都选择好以后，点击 Export 进行导出，导出后保存即可。

由于Matlab设计IIR所使用的公式与DSP库函数中有所不同，故需对系数的处理：去掉每行的a0，并把a1，a2取反。经过处理后的系数才可与DSP库结合使用：
IIR系数处理

Ⅲ.数字滤波器与官方DSP库结合使用

1.DSP库的安装使用

DSP库是电赛常用到的一个库，安装方法推荐以下教程：DSP库快速添加

使用教程推荐官方网站：DSP库教程

2.DSP库滤波器函数介绍

1)FIR滤波器

函数 arm_fir_init_f32

函数原型：

void arm_fir_init_f32(
 arm_fir_instance_f32 * S,
 uint16_t numTaps,
 const float32_t * pCoeffs,
 float32_t * pState,
 uint32_t blockSize);

函数描述：
这个函数用于 FIR 初始化。

函数参数：
◆ 第 1 个参数是 arm_fir_instance_f32 类型结构体变量。
◆ 第 2 个参数是滤波器系数的个数。
◆ 第 3 个参数是滤波器系数地址。
◆ 第 4 个参数是缓冲状态地址。

函数 arm_fir_f32

函数原型：

void arm_fir_f32(
const arm_fir_instance_f32 * S,
const float32_t * pSrc,
float32_t * pDst,
uint32_t blockSize);

函数描述：
这个函数用于 FIR 滤波。

函数参数：
◆ 第 1 个参数是 arm_fir_instance_f32 类型结构体变量。
◆ 第 2 个参数是源数据地址。
◆ 第 3 个参数是滤波后的数据地址。
◆ 第 4 个参数是每次调用处理的数据个数，最小可以每次处理 1 个数据，最大可以每次全部处理完。

2)IIR滤波器

函数 arm_biquad_cascade_df1_init_f32

函数原型：

void arm_biquad_cascade_df1_init_f32(
 arm_biquad_casd_df1_inst_f32 * S,
 uint8_t numStages,
 const float32_t * pCoeffs,
 float32_t * pState);

函数描述：
这个函数用于 IIR 初始化。

函数参数：
◆ 第 1 个参数是 arm_biquad_casd_df1_inst_f32 类型结构体变量。
◆ 第 2 个参数是 2 阶滤波器的个数。
◆ 第 3 个参数是滤波器系数地址。
◆ 第 4 个参数是缓冲状态地址。

函数 arm_biquad_cascade_df1_f32

函数原型：

 void arm_biquad_cascade_df1_f32(
 const arm_biquad_casd_df1_inst_f32 * S,
 float32_t * pSrc,
 float32_t * pDst,
 uint32_t blockSize);

函数描述：
这个函数用于 IIR 滤波。

函数参数：
◆ 第 1 个参数是 arm_biquad_casd_df1_inst_f32 类型结构体变量。
◆ 第 2 个参数是源数据地址。
◆ 第 3 个参数是滤波后的数据地址。
◆ 第 4 个参数是每次调用处理的数据个数，最小可以每次处理 1 个数据，最大可以每次全部处理完。

3.滤波器具体使用示例

1)FIR滤波器与DSP库结合使用

我们只需要调用DSP库的函数，将已经设计好的系数作为参数传入函数当中，即可实现在STM32平台上的滤波：

/*  FIR滤波器  */
static float FIR_State[BLOCK_SIZE+FIR_ORDER] ;   //FIR滤波器状态缓存
static arm_fir_instance_f32 FIR_Sta; //定义结构体S
void calc_FIR(float *input,u16 w) //可控制截止频率的FIR
{
    arm_fir_init_f32(&FIR_Sta, FIR_LEN, (float*)LowPassFIR[w-1], FIR_State, BLOCK_SIZE); //初始化结构体
    for(u16 i=0;i<NUMBLOCKS;i++)
    {
        arm_fir_f32(&FIR_Sta, input + (i * BLOCK_SIZE), input + (i * BLOCK_SIZE),BLOCK_SIZE);
    }
}
void FIR_calc(float *input,float* para) //固定截止频率的FIR
{
    float FIR_State[BLOCK_SIZE+FIR_ORDER] ;   //FIR滤波器状态缓存
    arm_fir_instance_f32 FIR_Sta; //定义结构体S
    arm_fir_init_f32(&FIR_Sta, FIR_LEN, para, FIR_State, BLOCK_SIZE); //初始化结构体
    for(u16 i=0;i<NUMBLOCKS;i++)
    {
        arm_fir_f32(&FIR_Sta, input + (i * BLOCK_SIZE), input + (i * BLOCK_SIZE),BLOCK_SIZE);
    }   
}

2)IIR滤波器与DSP库结合使用

/*  IIR滤波器  */
/*
IIR的过渡带可以做的很窄,但是由于数据放缩的特性,
且F4系列最多支持float型DSP算法,直接导致IIR滤波器
阶数最多6阶左右,且反馈时间长\不稳定,因此一般选择FIR滤波器
*/
static float IIR_State[4*IIR_Len];//IIR滤波器状态缓存 
static arm_biquad_casd_df1_inst_f32 IIR_Sta;
void IIR_test(float *Input,float* Output,u32 IIR_length)
{
    arm_biquad_cascade_df1_init_f32(&IIR_Sta, IIR_Len, iir_params, IIR_State); //初始化结构体S 
    /* IIR滤波 */
    arm_biquad_cascade_df1_f32(&IIR_Sta, Input, Output, IIR_length); 
    arm_scale_f32(Output,ScaleValue,Output,IIR_length); //数据放缩
}

Ⅳ.总结

理论高度决定实践高度

本篇内容主要介绍了在电赛中的一项重要工作——数字滤波器的设计与使用。在初入数字信号处理领域时，我们需要先掌握数字滤波器的基础知识，清晰了解滤波器每一个参数的意义，只有这样，设计出来的滤波器才有理论支撑。在理论基础上，熟练掌握专业软件的使用，会让我们开发的效率大大提高。唯有多动手，勤思考，才能在电赛道路上越走越远！