适合单片机和嵌入式系统的 C 语言 FIR 滤波器实现

代码不依赖任何库，只用到标准 C，可直接用在 STM32 / 51 / DSP / PC 上。

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一、FIR 滤波器原理

输出 = 输入 × 系数 的加权和

yn=∑k=0N−1hk⋅xn−kyn = \sum_{k=0}^{N-1} hk \cdot xn-kyn=∑k=0N−1hk⋅xn−k

• h[k]：FIR 滤波器系数（固定）
• x[n-k]：输入的历史数据
• N：滤波器阶数 + 1

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二、最常用结构：直接型（适合单片机 ）

特点

结构简单

无递归（稳定）

易移植

阶数高时计算量大

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三、C 语言实现

1、FIR 结构体定义

#ifndef FIR_FILTER_H
#define FIR_FILTER_H

#include <stdint.h>

typedef struct
{
    const float *coeff;   // 滤波器系数
    float *buffer;        // 输入缓冲
    uint16_t order;       // 阶数
    uint16_t index;       // 环形缓冲索引
} FIR_Filter_t;

#endif

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2、FIR 初始化

#include "fir_filter.h"
#include <string.h>

void FIR_Init(FIR_Filter_t *fir,
              const float *coeff,
              float *buffer,
              uint16_t order)
{
    fir->coeff  = coeff;
    fir->buffer = buffer;
    fir->order  = order;
    fir->index  = 0;

    memset(buffer, 0, order * sizeof(float));
}

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3、FIR 单点滤波（核心函数）

float FIR_Process(FIR_Filter_t *fir, float input)
{
    uint16_t i;
    float output = 0.0f;

    // 存入新输入（环形缓冲）
    fir->buffer[fir->index] = input;

    // 卷积计算
    for (i = 0; i < fir->order; i++)
    {
        int buf_idx = (fir->index - i + fir->order) % fir->order;
        output += fir->coeff[i] * fir->buffer[buf_idx];
    }

    // 更新索引
    fir->index = (fir->index + 1) % fir->order;

    return output;
}

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四、使用示例（低通 FIR）

1、定义滤波器系数（示例：16 阶低通）

#define FIR_ORDER 16

// 示例系数（截止频率 ≈ 0.2 * Fs）
const float fir_coeff[FIR_ORDER] = {
     0.0044,  0.0168,  0.0378,  0.0635,
     0.0885,  0.1065,  0.1134,  0.1076,
     0.0900,  0.0635,  0.0323,  0.0010,
    -0.0266, -0.0467, -0.0569, -0.0561
};

float fir_buffer[FIR_ORDER];
FIR_Filter_t fir;

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2、主循环中使用

int main(void)
{
    float raw, filtered;

    FIR_Init(&fir, fir_coeff, fir_buffer, FIR_ORDER);

    while (1)
    {
        raw = read_adc();              // 读取采样数据
        filtered = FIR_Process(&fir, raw);
        output_dac(filtered);          // 输出滤波后数据
    }
}

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五、整数版本（适合 STM32 / 51，无浮点）

1、Q15 定点 FIR

typedef struct
{
    const int16_t *coeff;
    int16_t *buffer;
    uint16_t order;
    uint16_t index;
} FIR_Q15_t;

int16_t FIR_Q15_Process(FIR_Q15_t *fir, int16_t input)
{
    int32_t acc = 0;
    uint16_t i;

    fir->buffer[fir->index] = input;

    for (i = 0; i < fir->order; i++)
    {
        int buf_idx = (fir->index - i + fir->order) % fir->order;
        acc += (int32_t)fir->coeff[i] * fir->buffer[buf_idx];
    }

    fir->index = (fir->index + 1) % fir->order;

    return (int16_t)(acc >> 15);  // Q15 缩放
}

说明：

• 系数用 Q15 格式（−32768 ~ 32767）
• 适合 无 FPU 的 MCU

参考代码 用c语言实现的fir滤波器 www.youwenfan.com/contentcsv/103571.html

六、FIR 滤波器设计速查表

参数	建议值
阶数	16 / 32 / 64
窗函数	Hamming / Hanning
截止频率	0.1 ~ 0.4 × Fs
类型	低通 / 高通 / 带通

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七、常见问题

问题	原因
输出失真	阶数太低
延迟大	FIR 本身线性相位
计算慢	阶数过高
整数溢出	Q 格式不对