STM32滤波技术：5个实战案例，去除噪声

# 1. 滤波技术概述**

滤波技术是一种信号处理技术，用于去除信号中的噪声，改善信号质量。在嵌入式系统中，滤波技术广泛应用于各种应用中，如传感器数据处理、图像处理和电机控制。

滤波器可以根据其响应特性进行分类，主要分为两种类型：有限脉冲响应（FIR）滤波器和无限脉冲响应（IIR）滤波器。FIR滤波器具有线性相位响应，而IIR滤波器具有更陡峭的截止频率。

# 2. 滤波技术在STM32上的实现

### 2.1 数字滤波器类型

数字滤波器可分为两大类：有限脉冲响应（FIR）滤波器和无限脉冲响应（IIR）滤波器。

#### 2.1.1 有限脉冲响应（FIR）滤波器

FIR 滤波器是一种非递归滤波器，其输出仅取决于当前和过去有限数量的输入。FIR 滤波器的优点在于其稳定性、线性相位响应和易于实现。

**代码块：**

void fir_filter(int *input, int *output, int order) {
  for (int i = 0; i < order; i++) {
    output[i] = 0;
    for (int j = 0; j < order; j++) {
      output[i] += input[j] * h[i - j];
    }
  }
}

**逻辑分析：**

该代码实现了 FIR 滤波器，其中 `input` 为输入信号，`output` 为输出信号，`order` 为滤波器阶数，`h` 为滤波器系数。

#### 2.1.2 无限脉冲响应（IIR）滤波器

IIR 滤波器是一种递归滤波器，其输出不仅取决于当前和过去有限数量的输入，还取决于其自身过去的输出。IIR 滤波器的优点在于其可以实现更陡峭的截止频率和更低的延迟，但其稳定性较差，相位响应也可能是非线性的。

**代码块：**

void iir_filter(int *input, int *output, int order) {
  for (int i = 0; i < order; i++) {
    output[i] = 0;
    for (int j = 0; j < order; j++) {
      output[i] += input[j] * b[i - j];
    }
    for (int j = 1; j < order; j++) {
      output[i] -= output[i - j] * a[j];
    }
  }
}

**逻辑分析：**

该代码实现了 IIR 滤波器，其中 `input` 为输入信号，`output` 为输出信号，`order` 为滤波器阶数，`b` 为滤波器系数，`a` 为反馈系数。

### 2.2 STM32滤波器库

STM32 标准库提供了丰富的滤波器函数，简化了滤波器的实现。

#### 2.2.1 库函数介绍

| 函数 | 描述 |
|---|---|
| `HAL_FIR_Init()` | 初始化 FIR 滤波器 |
| `HAL_FIR_Filter()` | 执行 FIR 滤波 |
| `HAL_IIR_Init()` | 初始化 IIR 滤波器 |
| `HAL_IIR_Filter()` | 执行 IIR 滤波 |

#### 2.2.2 库函数使用示例

**FIR 滤波器：**

HAL_StatusTypeDef status = HAL_FIR_Init(&hfir, order, h);
if (status == HAL_OK) {
  HAL_FIR_Filter(&hfir, input, output, length);
}

**IIR 滤波器：**

HAL_StatusTypeDef status = HAL_IIR_Init(&hiir, order, b, a);
if (status == HAL_OK) {
  HAL_IIR_Filter(&hiir, input, output, length);
}

**参数说明：**

* `hfir` 和 `hiir` 为滤波器句柄
* `order` 为滤波器阶数
* `h` 和 `b` 为滤波器系数
* `a` 为反馈系数
* `input` 为输入信号
* `output` 为输出信号
* `length` 为信号长度

# 3. 实战案例一：去除模拟信号噪声**

### 3.1 问题描述

在许多嵌入式系统中，模拟信号不可避免地会受到噪声的污染，例如来自电源、环境或其他电子设备的干扰。噪声的存在会影响信号的准确性和可靠性，从而导致系统性能下降。因此，去除噪声对于确保嵌入式系统的稳定性和可靠性至关重要。

### 3.2 滤波器设计

为了去除模拟信号噪声，可以使用数字滤波器。数字滤波器通过对输入信号进行数学运算来消除不需要的频率分量，从而实现噪声抑制。

**FIR滤波器**

对于去除模拟信号噪声，有限脉冲响应（FIR）滤波器是一个不错的选择。FIR滤波器的特点是：

* 具有线性相位响应，不会引起信号失真。
* 容易设计和实现。
* 稳定性好。

**IIR滤波器**

无限脉冲响应（IIR）滤波器也可以用于去除噪声，但与FIR滤波器相比，IIR滤波器具有以下特点：

* 可以实现更陡