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【STM32系列】利用MATLAB配合ARM-DSP库设计IIR数字滤波器（保姆级教程）

news 来源：原创 2025/5/15 6:42:48

ps.源码放在最后面

设计FIR数字滤波器可以看这里：利用MATLAB配合ARM-DSP库设计FIR数字滤波器（保姆级教程）

设计IIR滤波器

MATLAB配置

设计步骤

首先在命令行窗口输入"filterDesigner"，接着就会跳出以下界面，并跟着以下步骤设置：

滤波器幅频响应图像

按下设计滤波器后，接着就可得到以下FIR滤波器及其幅频响应图像：

导出滤波器系数

根据以下步骤，导出MATLAB滤波器的系数（千万不要用"目标"->"生成C头文件"来导出，主要是为了后面操作方便）：

最后得到的浮窗是这样的，选择一个合适的位置导出即可。

导出后的系数转换

导出后大概率会出现这样一个MATLAB窗口（可知导出后的文件也可在MATLAB中打开，在打开这类文件的时候，记得选择文件类别为“全部文件”），IIR没FIR那么简单，多了一些步骤：

系数转换

也是像FIR滤波器一样，把这些数据复制给AI，让AI给你整合好就行，这里图片就不放出来了。

STM32部分

DSP库添加

详细请看硬汉哥的这篇文章，讲的十分清晰：ARM DSP源码和库移植方法（MDK5的AC5和AC6）

IIR代码部分

变量参数定义

以下就是需要的变量参数定义，值得注意的是，图中圈起来的两个部分，在IIR滤波器发生变化的时候，即参数改变的时候需要修改的参数（修改部分一看注释中的公式修改；修改部分二看数组中有多少行，根据行数修改；修改部分三根据数组参数变化修改）：

主要代码

（打印处i初始等于9是为了显示较好的波形，滤波后的波形在前一段还未完全稳定）
也是千篇一律，主要是对导出的IIR滤波器的系数进行处理，还有修改在定义部分的一些变量值，代码在这里就不多说了。

程序现象

使用串口打印到VOFA+这个软件上

信号频率：4500Hz
采样频率：48000Hz
通带频率：4000Hz
阻带频率：5000Hz
红色：原始信号波形
绿色：滤波后信号波形

源码

变量定义部分

/*********************** IIR ***********************/
/** 采样频率：48kHz 通带频率：4kHz 阻带频率：5kHz **/
#define IIR_LENGTH  256							/* 采样点数，即要处理的采样数据的总数 */
#define IIR_BLOCK_SIZE 1						/* 调用一次 arm_biquad_cascade_df1_f32 函数处理的采样点个数 */
#define IIR_NUMTAPS_LENGTH  7				/* 2 阶 IIR 滤波的个数【滤波器阶数 = IIR_NUMTAPS_LENGTH * 2，每个 2 阶滤波器有 5 个系数】 */static uint32_t iir_blockSize = IIR_BLOCK_SIZE;								/* 每次处理的数据个数，与 IIR_BLOCK_SIZE 相同 */
static uint32_t iir_numBlocks = IIR_LENGTH / IIR_BLOCK_SIZE;	/* 需要调用 arm_biquad_cascade_df1_f32 函数的次数，通过总采样点数除以每次处理的数据个数得到 */
static float32_t IIR_InputBufer[IIR_LENGTH];									/* 采样点缓存区，用于存储原始的采样数据 */
static float32_t IIR_OutputBufer[IIR_LENGTH];									/* 滤波后的输出缓存区，滤波后输出的数据个数与采样点个数相同 */
static float32_t iir_pState[13 * IIR_NUMTAPS_LENGTH];					/* 状态缓存，大小为 35 * IIR_NUMTAPS_LENGTH，直接 I 型滤波器需要 2N 个延迟器和 2N 个乘法器 */
const float32_t iir_Coeffs32LP[5 * IIR_NUMTAPS_LENGTH] = {		/* IIR_NUMTAPS_LENGTH组二阶滤波系数，每组代表一个 Section二阶滤波器，有5个系数 */1.0f, -1.581251265113648107885069293843116611242f, 1.0f, 1.64464506366406792992052032786887139082f,  -0.931601507332356026935826776025351136923f,1.0f, -1.534184978348168693074171642365399748087f, 1.0f, 1.510438012818041242368849452759604901075f, -0.798208657466401461100247161084553226829f,1.0f, -1.418424762240857006645455840043723583221f, 1.0f, 1.348418230754467206367053222493268549442f, -0.655285433213672163788032776210457086563f,1.0f, -1.169460742425922239462465768156107515097f, 1.0f, 1.151129772069469092699023349268827587366f, -0.493393743131744000329774735291721299291f,1.0f, -0.608329709345672098308455133519601076841f, 1.0f, 0.930270435976758625074012343247886747122f, -0.319126063671286819278805069188820198178f,1.0f, 0.671963013119381002979935146868228912354f,  1.0f, 0.736945396854642664763446191500406712294f, -0.169496181427103626004893044409982394427f,1.0f, 1.0f, 																			 0.0f, 0.328290240600095484246878640988143160939f, -0.0f
};/*【滤波器的核心选择都在这些系数里面，这些系数的生成使用MATLB进行配置】*/
arm_biquad_casd_df1_inst_f32 iir_S;				/* 定义一个结构体变量，用于 IIR 滤波器的初始化 */
float32_t iir_ScaleValue;									/* 定义一个变量，用于存放放缩系数 */
float32_t *iir_inputF32, *iir_outputF32;	/* 定义两个指针变量，分别用于存放滤波器输入和输出缓存的地址 */

主要程序部分

iir_inputF32 = &IIR_InputBufer[0];		/* 初始化输入缓存指针 */
iir_outputF32 = &IIR_OutputBufer[0];	/* 初始化输出缓存指针 */for (uint16_t i = 0; i < IIR_LENGTH; i++) {IIR_InputBufer[i] = (float)ADC_DMA_ConvertedValue[i] * 3.3 / 65536.0;
}memset(iir_pState, 0, sizeof(iir_pState)); /* 初始化前清零状态 */
//滤波器结构体初始化
arm_biquad_cascade_df1_init_f32(&iir_S, 						/* 初始化结构体S【S就相当于滤波器配置参数，对S结构体的各个成员变量完成初始化】*/IIR_NUMTAPS_LENGTH, 									/* 初始化2阶IIR滤波的个数【滤波器阶数=IIR_NUMTAPS_LENGTH*2，每个IIR_NUMTAPS_LENGTH有5个系数】*/(float32_t *)&iir_Coeffs32LP[0], 			/* 初始化S的滤波器系数地址【滤波器的核心选择都在这些系数里面】*/(float32_t *)&iir_pState[0]);					/* 初始化S的计算缓存空间 */
for(uint16_t i = 0; i < iir_numBlocks; i++){arm_biquad_cascade_df1_f32(&iir_S, 									/* 使用滤波器iir_S */iir_inputF32 + (i * iir_blockSize), 	/* 滤波器原始输入数据地址 */iir_outputF32 + (i * iir_blockSize), /* 滤波器滤波后输出数据地址 */iir_blockSize);											/* 每次处理数据点的个数 */
}
//计算放缩系数
iir_ScaleValue = 0.685271189526501567357286148762796074152 *0.617778799034633618880718586297007277608 *0.527648329116606640276643247489118948579 *0.412098486544746456239352028205757960677 *0.279416489886909980011608922723098658025 *0.161885019533814594749898674308496993035 *0.33585487969995225787656067950592841953; 
Set_Current_USART(USART1_IDX);/* 使用串口1 */
for(uint16_t i = 9; i<IIR_LENGTH; i++){//输出原始数据和滤波之后的数据【注意这里需要乘上放缩系数】printf("%d: %f,%f\r\n",i,IIR_InputBufer[i],IIR_OutputBufer[i]*iir_ScaleValue);
}

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