CQ Publishing / Mbed 2 deprecated FilterTest

Interface 2015年4月号 第１部 第５章および第６章のプログラム

Dependencies:   USBDevice mbed

Information

FilterTest - Interface 2015年4月号 第1部 第5章 第6章 のソフトウェア

Program for Section 5 and 6 in April 2015 issue of Interface
(Japanese electronics magazine)

概要

このプログラムは、

  • ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、ノッチフィルタ

を行うFilterTestクラスと、波形をUSBシリアル通信でホストへ送信するmain関数で構成されています。

FilterTest.h, FilterTest.cpp

  • A-Dサンプリング - 1 kSPS
  • ハイパスフィルタ（遮断周波数 0.5 Hz、1次バターワース）
  • ローパスフィルタ（遮断周波数 30 Hz、2次バターワース）
  • ノッチフィルタ（中心周波数 50 Hz、2次）

main.cpp

  • データ送信レート - 1 kSPS
  • FilterTestクラスのインスタンスを生成
  • 処理開始メソッドを実行
  • メインループ - ポーリングにより、サンプリング、フィルタ処理完了フラグがセットされたら、
    USBシリアル通信経由で、ホストへ送信する

シリアル通信フォーマット

　（※）誌面ではパケットサイズ 64 byteとなっていますが、
　　　　64 byteでは、PCのUSBドライバが 4096 byteまで保持し、波形が滑らかに描画できないため、
　　　　Ver.1.0.2で、32 byteに変更しています。

  • 34byte固定長パケット方式
  • 波形データパケット１種類
波形データパケット
0x00パケットヘッダ（固定値0xAA）
0x01データ種別ID（0x01: 波形データ）
0x02パケット番号（0 - 99繰り返し）
0x03ペイロードサイズ（固定値30）
0x04 - 0x21波形データ（short, big endian）

Description

This contains FilterTest class and main function.

FilterTest class:

  • High pass filter, Low pass, Notch filter

Main function:

  • Send waveform to host via USB serial class.

FilterTest.h, FilterTest.cpp

  • A-D sampling - 1 kSPS
  • High pass filter - Cut off frequency 0.5 Hz, first order butterworth
  • Low pass filter - Cut off frequency 30 Hz, second order butterworth
  • Notch filter - Center frequency 50 Hz, second order

main.cpp

  • Data sending rate - 1 kSPS
  • Executing start procedure method
  • Main loop - sending waveform data via USB serial interface when detecting ready flag.

Packet format for USB serial interface

  • Packet size: 34 bytes(fixed)
  • One type of packet waveform packet
Waveform packet
0x00Packet header (0xAA (fixed))
0x01Data type ID (0x01: Waveform ID)
0x02Packet number (0 - 99)
0x03Payload size (30 (fixed))
0x04 - 0x21Waveform data (short, big endian)

Diff: FilterTest.h

Revision:
0:7a4d80e7ea81
Child:
2:c9471599e9eb
--- /dev/null	Thu Jan 01 00:00:00 1970 +0000
+++ b/FilterTest.h	Sat Feb 21 19:28:57 2015 +0000
@@ -0,0 +1,70 @@
+/**
+ *  @file       FilterTest.h
+ *  @brief      Header file for FilterTest.cpp
+ *  @date       2015.02.22
+ *  @version    1.0.1
+ */
+#ifndef _INC_FilterTest
+#define _INC_FilterTest
+
+#include "mbed.h"
+
+/* High pass filter fc = 0.5 Hz, fs = 1000 Hz */
+#define INIT_HB (0.998431665916719)    /* HPF numerator coefficient */
+#define INIT_HA (-0.996863331833438)   /* HPF denominator coefficient */
+
+/* Low pass filter fc = 30 Hz, fs = 1000 Hz */
+#define INIT_LB (0.007820208033497)    /* LPF numerator coefficient */
+#define INIT_LA1 (-1.734725768809275)  /* LPF denominator coefficient 1 */
+#define INIT_LA2 (0.766006600943264)   /* LPF denominator coefficient 2 */
+
+/* Notch filter fc = 50 Hz, fs = 1000 Hz */
+#define INIT_NB (0.820675769028781)    /* BRF numerator coefficient */
+#define INIT_NA1 (-1.561018075800720)  /* BRF denominator coefficient 1 */
+#define INIT_NA2 (0.641351538057563)   /* BRF denominator coefficient 2 */
+
+// /* Notch filter fc = 60 Hz, fs = 1000 Hz */
+// #define INIT_NB (0.793459754030595)    /* BRF numerator coefficient */
+// #define INIT_NA1 (-1.475480443592650)  /* BRF denominator coefficient 1 */
+// #define INIT_NA2 (0.586919508061190)   /* BRF denominator coefficient 2 */
+
+/**  Filter test
+ */
+class FilterTest
+{
+
+public:
+    FilterTest();
+    double calc(double val, int hpf_on, int lpf_on, int brf_on);
+    bool set_hpf_coef(double hb, double ha);
+    bool set_lpf_coef(double lb, double la1, double la2);
+    bool set_brf_coef(double nb, double na1, double na2);
+
+private:
+
+    /* Coefficient */
+    double      _hb;                /* High pass filter numerator coefficient */
+    double      _ha;                /* High pass filter denominator coefficient */
+    double      _lb;                /* Low pass filter numerator coefficient */
+    double      _la1;               /* Low pass filter denominator coefficient 1 */
+    double      _la2;               /* Low pass filter denominator coefficient 2 */
+    double      _nb;                /* Notch filter numerator coefficient */
+    double      _na1;               /* Notch filter denominator coefficient 1 */
+    double      _na2;               /* Notch filter denominator coefficient 2 */
+
+    /* Delay buffer */
+    double      _hw;                /* High pass filter delay buffer */
+    double      _lw1;               /* Low pass filter delay buffer 1 */
+    double      _lw2;               /* Low pass filter delay buffer 2 */
+    double      _nw1;               /* Notch filter delay buffer 1 */
+    double      _nw2;               /* Notch filter delay buffer 2 */
+
+    /* Member functions */
+    void reset_hpf_buf();
+    void reset_lpf_buf();
+    void reset_brf_buf();
+    double hpf(double x);
+    double lpf(double x);
+    double brf(double x);
+};
+#endif    /* INC_FilterTest */