簡(jiǎn)介

本系列文章簡(jiǎn)要介紹了數(shù)字濾波器及其設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。內(nèi)容涵蓋MCK-RA6T2上IIR濾波器加速器 (IIRFA) 外設(shè)的配置和操作。本應(yīng)用筆記的補(bǔ)充應(yīng)用示例演示了濾波器設(shè)計(jì)、系數(shù)提取、外設(shè)配置和操作，以及使用帶通濾波器從已知信號(hào)中去除噪聲的輸出驗(yàn)證。

利用本應(yīng)用筆記，您可以為在MCK-RA6T2上運(yùn)行的應(yīng)用有效地設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)IIR濾波器。

目標(biāo)器件

RA6T2

所需資源

要編譯和運(yùn)行IIRFA應(yīng)用示例，需要具備以下資源：

開發(fā)工具和軟件

? e2 studio 集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)，版本2022-01 (22.1.0) 或更高版本

? RA產(chǎn)品家族靈活配置軟件包 (FSP) 版本3.6.0或更高版本

? J-Link RTT Viewer版本7.64b或更高版本

FSP和e2 studio捆綁在一個(gè)可下載平臺(tái)安裝程序中，可從瑞薩網(wǎng)站獲得：

? MATLAB R2014b或更高版本

DSP系統(tǒng)工具箱

硬件

? RA6T2

? USB-C轉(zhuǎn)USB-A電纜

? 運(yùn)行Windows 10的主機(jī)PC

前提條件和目標(biāo)受眾

本應(yīng)用筆記的讀者應(yīng)具備一定的瑞薩e2 studio IDE和RA產(chǎn)品家族靈活配置軟件包 (FSP) 使用經(jīng)驗(yàn)。在執(zhí)行本應(yīng)用筆記中的操作步驟之前，先按照《FSP用戶手冊(cè)》中的步驟操作，以編譯和運(yùn)行Blinky項(xiàng)目。這樣可以幫助您熟悉e2 studio和FSP，并確認(rèn)所用電路板的調(diào)試連接能否正常運(yùn)行。此外，您還應(yīng)具備一些與IIR濾波相關(guān)的DSP主題的理論背景。

目標(biāo)受眾為想要利用RA6T2 MCU上的IIRFA模塊開發(fā)應(yīng)用的用戶。

目錄

IIR濾波器簡(jiǎn)介

配置IIRFA

濾波器設(shè)計(jì)方法

運(yùn)行示例項(xiàng)目

后續(xù)步驟

參考資料

1. IIR濾波器簡(jiǎn)介（上）

本節(jié)簡(jiǎn)要介紹數(shù)字濾波的背景知識(shí)，重點(diǎn)介紹使用IIR濾波器實(shí)現(xiàn)的理論含義。如果您已熟悉數(shù)字濾波，可以查看本系列文章的第2節(jié)。

注：

您應(yīng)對(duì)數(shù)字濾波相關(guān)的DSP理論有基本了解。

本節(jié)討論MATLAB中為IIR濾波器設(shè)計(jì)提供的設(shè)計(jì)選項(xiàng)之間的主要區(qū)別。目標(biāo)是讓您獲得足夠的知識(shí)，以幫助您根據(jù)自己的濾波需求選擇最佳選項(xiàng)。如果您想更深入地探討DSP理論，請(qǐng)參看后文第1.5節(jié)閱讀更多內(nèi)容。

1.1 IIR和FIR濾波器的定義

數(shù)字濾波器是離散時(shí)間系統(tǒng)，它對(duì)采樣信號(hào)執(zhí)行算法運(yùn)算，以減弱或增強(qiáng)輸入信號(hào)的特定方面。數(shù)字濾波器作用于輸入的相位和頻率響應(yīng)，以允許信號(hào)的某些頻率通過輸出端，同時(shí)阻止（即衰減）不需要的頻率。

在時(shí)域中，數(shù)字濾波器對(duì)輸入信號(hào)中動(dòng)態(tài)變化的響應(yīng)通過系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)來表征。在頻域中，濾波器的響應(yīng)通過系統(tǒng)的傳送函數(shù)來表征。

脈沖響應(yīng)始終是一個(gè)由一個(gè)序列描述的無限長(zhǎng)信號(hào)，它可以包含零值和非零值。脈沖響應(yīng)的非零值通常稱為抽頭?；诿}沖響應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)的濾波器有兩種情況：

無限脈沖響應(yīng) (IIR) 濾波器

無限脈沖響應(yīng) (IIR) 濾波器在脈沖響應(yīng)中包含無限數(shù)量的抽頭。系統(tǒng)的模擬傳送函數(shù)包含一個(gè)反饋分量。

有限脈沖響應(yīng) (FIR) 濾波器

有限脈沖響應(yīng) (FIR) 濾波器在脈沖響應(yīng)中包含有限數(shù)量的抽頭。

1.2 IIR濾波器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

在處理濾波問題時(shí)，務(wù)必要考慮兩種類型濾波器之間的利弊，以設(shè)計(jì)出滿足目標(biāo)要求的系統(tǒng)。本節(jié)僅對(duì)使用IIR濾波器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)介紹。一般而言，IIR濾波器的優(yōu)點(diǎn)即是FIR濾波器的缺點(diǎn)，反之亦然。

優(yōu)點(diǎn)

IIR濾波器的一些主要優(yōu)點(diǎn)包括：

? 與行為規(guī)范相當(dāng)?shù)腇IR濾波器相比，計(jì)算成本更低

? 輸入輸出信號(hào)延遲更短

? 形式簡(jiǎn)潔

缺點(diǎn)

使用IIR濾波器的一些主要缺點(diǎn)包括：

? 系統(tǒng)穩(wěn)定性得不到保障（但數(shù)值工具可通過選取極點(diǎn)和零點(diǎn)來緩解此問題，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定）

? 系統(tǒng)的相位響應(yīng)更難控制

? 設(shè)計(jì)濾波器是一個(gè)復(fù)雜的數(shù)學(xué)過程（但利用諸如MATLAB這樣強(qiáng)大的濾波器設(shè)計(jì)工具可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程）

? 對(duì)數(shù)值精度敏感（請(qǐng)參閱后文的第2.2節(jié)來深入探討）

未完待續(xù)

審核編輯：湯梓紅