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如何使用STM32提供的DSP库函数进行FFT

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 怎样在STM32F1系列单片机上面实现FFT呢？如何使用STM32提供的DSP库函数进行FFT？ 1
2021-10-22 09:47:51　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × heks 该类别下有 50 个回答。邀请回答 hgimtk 该类别下有 44 个回答。邀请回答新星之火12138 该类别下有 42 个回答。邀请回答 wang21cj 该类别下有 41 个回答。邀请回答 chm5 该类别下有 40 个回答。邀请回答 hjfjsdgfjdsf 该类别下有 37 个回答。邀请回答 fdjslkjd 该类别下有 35 个回答。邀请回答 uvysdfydad 该类别下有 35 个回答。邀请回答 werywer 该类别下有 35 个回答。邀请回答 h1654155957.9520 该类别下有 35 个回答。邀请回答 jenny042 该类别下有 34 个回答。邀请回答 dfzvzs 该类别下有 34 个回答。邀请回答维生素B2 该类别下有 34 个回答。邀请回答凤毛麟角该类别下有 34 个回答。邀请回答 meihuacg 该类别下有 33 个回答。邀请回答 hfgdzc 该类别下有 33 个回答。邀请回答 ggfvxv 该类别下有 33 个回答。邀请回答刘洋该类别下有 33 个回答。邀请回答江左盟该类别下有 32 个回答。邀请回答爱与友人该类别下有 32 个回答。邀请回答举报生龙活虎3 相关推荐 • 如何使用STM32提供的DSP库进行FFT呢 1107 • 非2的n次方求快速傅里叶变换可以使用DSP库函数中的FFT吗？ 3288 • 请问，DM6437和DM648 是否有TI提供的FFT库函数么？ 1606 • STM32F4是怎样去使用FPU+DSP库进行FFT运算的 1762 • 请问STM32F7 DSP库FFT的过程是怎样的？ 1340 • STM32的DSP库可以实现FFT变换输出吗？ 334 • MSP432有FFT的库函数吗汇编语言的谢谢 3996 • 如何使用STM32F30x内部的DSP进行浮点快速傅立叶变换？ 1445 • 请问DSP有没有标准库函数 10466 • 如何使用STM32库函数对寄存器进行操作呢 1512 1个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 　　在STM32F1系列单片机上面实现FFT 　　最近需要做一台基于stm32的示波器。如果测量信号参数，用单片机上面一些传统的方法局限性还是比较大，就开始琢磨直接上FFT。本文将以一个实例来介绍如何使用STM32提供的DSP库函数进行FFT。　　开始是下载stm32的DSP库，提供一个下载地址：　　下载并解压文件：　　　　可以看到官方提供的是256点和1024点FFT，关于FFT的点数，我以前有个误区，以为点数和采样频率有关，看了相关资料后发现两者没有本质上的关系，但是点数影响测量的分辨率。　　将DSP库移植到Keil工程里面：　　　　分析一下两个FFT函数：　　void cr4_fft_256_stm32（void pssOUT， void pssIN， u16 Nbin）; 　　void cr4_fft_1024_stm32（void pssOUT， void pssIN， u16 Nbin）; 　　// pssOUT是FFT之后输出频域的数组，pssIN为输入的时域采样信号数组，Nbin为FFT点数　　在信号与系统或数字信号处理课程里面经常遇到FFT相关运算题目，根据经验，时域信号通常是实数，但是计算后得到的频域数据往往是虚数，同样按照官方库的说明，输入、输出两个数组都应该是32位的，高16位存储实部，低16位存储虚部。因此在定义数组时：　　// long是32位　　long InBufArray［NPT］={0}; //定义输入数组　　long OutBufArray［NPT/2］; //定义输出数组　　long MagBufArray［NPT/2］; //幅值　　此库只能单纯的进行FFT运算，如果想要得到信号的频率等信息还要计算各次谐波的幅度值。需用到以下函数：　　void GetPowerMag（）　　{ 　　signed short lX，lY; 　　float X，Y，Mag; 　　unsigned short i; 　　for（i=0; i《NPT/2; i++）　　{ 　　lX = （OutBufArray［i］《《 16）》》 16; 　　lY = （OutBufArray［i］》》 16）; 　　//除以32768再乘65536是为了符合浮点数计算规律　　X = NPT * （（float）lX） / 32768; 　　Y = NPT * （（float）lY） / 32768; 　　Mag = sqrt（X * X + Y * Y） / NPT; 　　if（i == 0）　　MagBufArray［i］ = （unsigned long）（Mag * 32768）; 　　else 　　MagBufArray［i］ = （unsigned long）（Mag * 65536）; //MagBufArray［］为计算输出的幅值数组　　} 　　} 　　有了上面的铺垫后就可以用单片机进行数据采集，然后用FFT进行处理。本实验用的单片机是普中科技stm32f103zet6的开发板（带彩屏）、函数发生器一台。　　用stm32f103自带的12位ADC进行数据采集，FFT之后如果要获取信号频率、幅度等信息还要知道采样频率Fs，因此一般都是用定时器触发ADC采集，再用DMA进行搬运，定时器时间可以自己设置，采样频率也就知道了。具体配置如下（只贴出关键部分）：　　//定时器1初始化　　void TIM1_Init（void）　　{ 　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = ARR; //用了宏定义　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = PSC; 　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0x00; 　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; 　　TIM_TimeBaseInit（TIM1， &TIM_TimeBaseStructure）; 　　TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //要配成PWM模式，用来触发ADC1 　　TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; 　　TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 60; 　　TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low; 　　TIM_OC1Init（TIM1， &TIM_OCInitStructure）; 　　TIM_CtrlPWMOutputs（TIM1， ENABLE）; //使能　　TIM_Cmd（TIM1， DISABLE）; 　　} 　　注意定时器1在配置完成后不能马上使能，而要失能，在所有初始化完成后再使能。　　/*******ADC1的配置*****/ 　　void ADC1_Init（void）　　{ 　　ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; 　　ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; 　　ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; 　　ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T1_CC1; //由定时器1触发　　ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; 　　ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; 　　ADC_Init（ADC1， &ADC_InitStructure）; 　　ADC_RegularChannelConfig（ADC1， ADC_Channel_11， 1， ADC_SampleTime_1Cycles5）; //采样周期取最短　　ADC_Cmd（ADC1， ENABLE）; 　　ADC_ExternalTrigConvCmd（ADC1， ENABLE）; //外部触发使能　　ADC_DMACmd（ADC1， ENABLE）; 　　} 　　void ADC1_DMA1_Init（void）　　{ 　　NVIC_PriorityGroupConfig（NVIC_PriorityGroup_1）; 　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel1_IRQn; //DMA中断服务函数　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; 　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; 　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; 　　NVIC_Init（&NVIC_InitStructure）; 　　DMA_DeInit（DMA1_Channel1）; 　　DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address; //ADC1对应地址　　DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = （uint32_t）ADC_Value; //存储数据数组地址　　DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; 　　DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = ADC_LEN; //数据长度　　DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; 　　DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; 　　DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; 　　DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord; 　　DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; 　　DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High; 　　DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; 　　DMA_Init（DMA1_Channel1， &DMA_InitStructure）; 　　DMA_ITConfig（DMA1_Channel1， DMA_IT_TC \| DMA_IT_HT， ENABLE）; 　　DMA_Cmd（DMA1_Channel1， ENABLE）; 　　} 　　此处配置了DMA中断服务函数，DMA的模式是循环读取模式，内存大小n自定义，所以单片机ADC在定时器触发之后，读取到n个数据就自动进入DMA中断服务函数。在进入服务函数之后，我们失能DMA，然后进行FFT运算，最后使能DMA。由于官方只提供了256点和1024点函数。于是我们将存储ADC数据大小的内存改为256或1024，正好可以让每次进入中断服务函数里面进行FFT的运算效果最好。　　DMA中断服务函数：　　void DMA1_Channel1_IRQHandler（void）　　{ 　　u16 i = 0; 　　DMA_Cmd（DMA1_Channel1， DISABLE）; 　　DMA_ClearITPendingBit（DMA_IT_HT）; 　　DMA_ClearITPendingBit（DMA1_IT_TC1）; //清除中断标志位　　for（i=0;i《NPT;i++）　　InBufArray［i］ = （（signed short）（ADC_Value［i］））《《 16; //左移16位，高16位存放实部　　cr4_fft_1024_stm32（OutBufArray， InBufArray， NPT）; 　　GetPowerMag（）; //获取信号谐波分量的幅值　　DMA_Cmd（DMA1_Channel1， ENABLE）; 　　} 　　由理论知识可知，幅值最大值的横坐标对应信号频率，纵坐标对应幅度。假设求得幅度值最大的数组为MagBufArray［m］=val;信号频率f0=（Fs/N）m ，信号幅值Vpp=val/（N/2）。N为FFT的点数，Fs为采样频率。如果还要求信号相位，则FFT运算后最大幅度对应的数组OutBufArray［］要转化成实部加虚部的形式：假设OutBufArray［m］=Num=a+bi （i是虚部单位，a=Num/65536，b=Num%65536）。相位Pha=atan2（a， b），注意结果是弧度制。　　实验验证：　　因为短学期实习，实验室函数发生器被借走，好在之前自制了一个函数发生器（基于AD9910芯片）　　可以通过EC11调节正弦波信号频率和幅度（幅度设置有问题，频率设置正常）。定时器的采样频率由定时器分频系数和自动装载值确定，将这两个值进行了宏定义　　　　假设ARR为71，PAC为9，定时器PWM频率f=72M/（（ARR+1）（PSC+1）），ADC采样频率fs=f。　　此实验中所用采样频率为100KHz，根据奈奎斯特采样定理可知，被测信号频率最大值要小于或等于采样频率的二分之一，因此被测信号频率最大值为50Khz。用图中的41004Hz频率来测试，FFT点数为1024。运行程序，进入debug模式调试，查看数组MagBufArray最大值，可以看到：　　　　幅度最大值是数组的第420个，信号频率f0=（100K/1024）420=41015Hz，精度还是很高。　　更改采样频率为200K：　　　　debug：　　　　幅度最大值是数组的第210个，信号频率f0=（200K/1024）210=41015Hz，误差极小。　　更改输入信号频率为96104Hz 　　debug：　　　　信号频率f0=（200K/1024）492=96093Hz，误差只有11Hz。　　最大采样速率一直都是示波器重要的性能指标，经测试，本实验平台最大采样速率为2MHz（ARR=36-1，PSC=1-1），2M以上误差很大，被测信号最高频率为1MHz，设置输入信号　　debug：　　　　f0=（2M/1024）482=941406Hz，误差为62Hz，精度可以到0.001%。　　分析造成误差原因：　　FFT的分辨率，前面讲到FFT分辨率=Fs/N，要减小误差可增大N，实验用到的N=1024，Fs越大分辨率就越低，误差就越大，因此在测量低频信号时应该降低采样频率，最低要大于信号频率的两倍。　　ADC读取数据会耗时，定时器触发AD转换时，ADC并非瞬间获取数据，而是需要有短暂的采样时间和转换时间，这样采样频率就不是理想状态下的采样频率，因此可能造成误差。　　FFT的优缺点：　　测量信号精度高，且最高可以测1M频率的信号，这是我上一篇文章所讲方法《用ADC和定时器测信号频率》无法比拟的，但信号频率很高，采样频率很高时，主循环将受到很大影响，因为DMA和系统总线是复用的，DMA最大能占到二分之一带宽，至少要留给系统二分之一带宽。当采样频率到2M后，由于定时器触发太频繁，导致DMA搬运ADC数据使用太多带宽，会出现主循环进不去的问题。　　可以测量很微弱的信号，上一篇文章中讲到：信号幅度没有2V，单片机是无法检测到上升沿的，2V以下信号没办法测量频率，而FFT不一样，最低可以检测幅值为20mV的信号，包括正弦波、方波、锯齿波等等。　　测量低频信号很耗时。

2021-10-22 11:16:55 评论举报陈枫希