嵌入式ARM设计编程(五) 实现信号的FIR滤波操作

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一、实验目的

通过实验了解嵌入式汇编语言程序结构，完成文件读写操作，实现对信号的滤波处理。

二、实验环境

1、硬件：PC 机

1、软件：ADS1.2 集成开发环境

三、实验要求

（1）自行设计一个FIR的低通滤波器（7阶以上），可以采用Matlab等其他工具软件设计，也可以直接给定滤波器系数。

（2）生成一个1000点的信号，可以采用Matlab等其他工具软件生成，也可以录制一个声音文件，也可以生成一个正弦波信号。

（3）对该信号添加高斯白噪声噪声。

（4）按照实验要求编写汇编语言源程序。

（5）对汇编源程序进行编译、汇编。

（6）对程序进行调试。

（7）观察程序运行结果，给出信号原始波形和信号滤波以后的波形，说明滤波的效果。

四、实验代码

程序代码如下：

其中滤波器的设计，信号的生成以及波形及频谱图的生成均借用Matlab完成

#include <math.h>
#include <stdlib.h>
 
#define Length 1024
#define pi 3.1415926
int fs=4096;    //采样频率
int f1=100;        //信号频率
int f2=200;        //噪声频率
#define w1 2*pi*f1/fs    //信号角频率
#define w2 2*pi*f2/fs    //噪声角频率
 
int i;
long input[Length];        //
long output[Length];
int min( int a, int b);
const int BL = 347;
const int B[347] = {
       -2,      0,      0,      0,      0,      1,      1,      2,      3,
        4,      5,      6,      8,     10,     12,     15,     18,     21,
       24,     27,     31,     34,     38,     42,     46,     49,     53,
       56,     60,     62,     65,     67,     68,     69,     69,     69,
       67,     65,     62,     59,     54,     49,     44,     37,     30,
       23,     15,      7,     -1,     -9,    -17,    -24,    -32,    -38,
      -44,    -49,    -53,    -56,    -58,    -58,    -57,    -55,    -52,
      -48,    -42,    -35,    -28,    -19,    -10,      0,     10,     20,
       30,     39,     48,     57,     64,     70,     74,     77,     78,
       78,     75,     71,     65,     58,     49,     38,     26,     13,
       -1,    -15,    -30,    -44,    -58,    -71,    -83,    -94,   -102,
     -109,   -113,   -115,   -115,   -111,   -105,    -96,    -84,    -70,
      -54,    -36,    -16,      5,     27,     49,     71,     93,    113,
      131,    147,    161,    171,    178,    181,    180,    174,    164,
      150,    131,    109,     82,     52,     19,    -16,    -53,    -91,
     -128,   -166,   -201,   -234,   -263,   -289,   -309,   -323,   -330,
     -330,   -322,   -305,   -280,   -246,   -203,   -151,    -90,    -21,
       55,    139,    228,    323,    422,    524,    629,    733,    837,
      939,   1037,   1131,   1218,   1299,   1371,   1433,   1486,   1528,
     1558,   1576,   1582,   1576,   1558,   1528,   1486,   1433,   1371,
     1299,   1218,   1131,   1037,    939,    837,    733,    629,    524,
      422,    323,    228,    139,     55,    -21,    -90,   -151,   -203,
     -246,   -280,   -305,   -322,   -330,   -330,   -323,   -309,   -289,
     -263,   -234,   -201,   -166,   -128,    -91,    -53,    -16,     19,
       52,     82,    109,    131,    150,    164,    174,    180,    181,
      178,    171,    161,    147,    131,    113,     93,     71,     49,
       27,      5,    -16,    -36,    -54,    -70,    -84,    -96,   -105,
     -111,   -115,   -115,   -113,   -109,   -102,    -94,    -83,    -71,
      -58,    -44,    -30,    -15,     -1,     13,     26,     38,     49,
       58,     65,     71,     75,     78,     78,     77,     74,     70,
       64,     57,     48,     39,     30,     20,     10,      0,    -10,
      -19,    -28,    -35,    -42,    -48,    -52,    -55,    -57,    -58,
      -58,    -56,    -53,    -49,    -44,    -38,    -32,    -24,    -17,
       -9,     -1,      7,     15,     23,     30,     37,     44,     49,
       54,     59,     62,     65,     67,     69,     69,     69,     68,
       67,     65,     62,     60,     56,     53,     49,     46,     42,
       38,     34,     31,     27,     24,     21,     18,     15,     12,
       10,      8,      6,      5,      4,      3,      2,      1,      1,
        0,      0,      0,      0,     -2
};

int min( int a, int b)
{
    return a < b? a : b;
}
 
int main() {
    int L,n;
    FILE *fp,*fp1;
    for(i=0;i<Length;i++){
            input[i]=1024*sin(w1*i)+1024*sin(w2*i);    //待滤波信号，乘以1024转换为Q10格式（sin范围为-1~1，将其转换为整数格式）}
    /*for(n=0;n<Length+BL;n++)                //卷积计算
    {
        output[n] = 0;
        for(m=0;(m<BL)&&(m<n);m++)
            output[n]+=B[m]*input[n-m];
    }*/
    for(n = 0; n < Length; n++)
    {    
        output[n] = 0;
        for(L = 0; L < min( n, BL); L++)
        {    
            output[n] += (B[L]*input[n-L]);
        }
    }
    fp1 = fopen("./input.txt","w");
    if(fp1==NULL)
    {
        printf("error\n");
        exit(0);
    }
    for(i=0;i<Length;i++)
    {
        fprintf(fp1,"%d\n",input[i]);
    }
    fclose(fp1);
    fp = fopen("./numbers.txt","w");
    if(fp==NULL)
    {
        printf("error\n");
        exit(0);
    }
    for(i=0;i<Length;i++)
    {
        fprintf(fp,"%d\n",output[i]);
    }
    fclose(fp);
    printf("Finish!");
    return 0;

输入信号波形图如下：

输入信号频谱图如下：

输出信号波形图如下：

输出信号频谱图如下：

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