stm32F103-進(jìn)行FFT算法教程

1、STM32F103 12-15元左右本文將以一個(gè)實(shí)例來(lái)介紹如何使用STM32提供的DSP庫(kù)函數(shù)進(jìn)行FFT。1.FFT運(yùn)算效率使用STM32官方提供的DSP庫(kù)進(jìn)行FFT，雖然在使用上有些不靈活（因?yàn)樗腔?的FFT，所以FFT的點(diǎn)數(shù)必須是4n），但其執(zhí)行效率確實(shí)非常高效，看圖1所示的FFT運(yùn)算效率測(cè)試數(shù)據(jù)便可見(jiàn)一斑。該數(shù)據(jù)來(lái)自STM32DSP庫(kù)使用文檔。圖1FFT運(yùn)算效率測(cè)試數(shù)據(jù)由圖1可見(jiàn)，在STM32F10x系列處理器上，如果使用72M的系統(tǒng)主頻，進(jìn)行64點(diǎn)的FFT運(yùn)算，僅僅需要0.078ms而已。如果是進(jìn)行1024點(diǎn)的FFT運(yùn)算，也才需要2.138ms。2.如何使用STM32提供的DSP庫(kù)函

2、數(shù)2.1下載STM32的DSP庫(kù)大家可以從網(wǎng)上搜索下載得到STM32的DSP庫(kù)，這里提供一個(gè)下載的地址： /public/STe2ecommunities/mcu/Lists/cortex_mx_stm32/DispForm.aspx?ID=30831&RootFolder=%2fpublic%2fSTe2ecommunities%2fmcu%2fLists%2fcortex%5fmx%5fstm32%2fSTM32F10x%20DSP%20library%2c%20where%20is%20it2.2添加DSP庫(kù)到自己的工程項(xiàng)目中下載得到STM32的DSP庫(kù)之

3、后，就可以將其添加到自己的工程項(xiàng)目中了。其中，inc文件夾下的stm32_dsp.h和table_fft.h兩個(gè)文件是必須添加的。stm32_dsp.h是STM32的DSP庫(kù)的頭文件。src文件夾下的文件可以有選擇的添加（用到那個(gè)添加那個(gè)即可）。因?yàn)槲抑挥玫搅?56點(diǎn)的FFT，所以這里我只添加了cr4_fft_256_stm32.s文件。添加完成后的項(xiàng)目框架如圖2所示。圖2項(xiàng)目框架2.3模擬采樣數(shù)據(jù)根據(jù)采樣定理，采樣頻率必須是被采樣信號(hào)最高頻率的2倍。這里，我要采集的是音頻信號(hào)，音頻信號(hào)的頻率范圍是20Hz到20KHz，所以我使用的采用頻率是44800Hz。那么在進(jìn)行256點(diǎn)FFT時(shí)，將得到4

4、4800Hz/256=175Hz的頻率分辨率。為了驗(yàn)證FFT運(yùn)算結(jié)果的正確性，這里我模擬了一組采樣數(shù)據(jù)，并將該采樣數(shù)據(jù)存放到了long類型的lBufInArray數(shù)組中，且該數(shù)組中每個(gè)元素的高16位存儲(chǔ)采樣數(shù)據(jù)的實(shí)部，低16位存儲(chǔ)采樣數(shù)據(jù)的虛部(總是為0)。為什么要這樣做呢？是因?yàn)楹竺嬉{(diào)用STM32的DSP庫(kù)函數(shù)，需要傳入的參數(shù)規(guī)定了必須是這樣的數(shù)據(jù)格式。下面是具體的實(shí)現(xiàn)代碼： 1 /* 2 函數(shù)名稱:InitBufInArray() 3 函數(shù)功能:模擬采樣數(shù)據(jù)，采樣數(shù)據(jù)中包含3種頻率正弦波(350Hz，8400Hz，18725Hz) 4 參數(shù)說(shuō)明: 5 備 注:在lBufInArray數(shù)組

5、中，每個(gè)數(shù)據(jù)的高16位存儲(chǔ)采樣數(shù)據(jù)的實(shí)部， 6 低16位存儲(chǔ)采樣數(shù)據(jù)的虛部(總是為0) 7 作者:博客園 依舊淡然（/menlsh/） 8 */ 9 void InitBufInArray()10 11 unsigned short i;12 float fx;13 for(i=0; iNPT; i+)14 15 fx = 1500 * sin(PI2 * i * 350.0 / Fs) +16 2700 * sin(PI2 * i * 8400.0 / Fs) +17 4000 * sin(PI2 * i * 18725.0 / Fs);18 lBu

6、fInArrayi = (signed short)fx) 16;19 20 其中，NPT是采樣點(diǎn)數(shù)256，PI2是2（即6.959），F(xiàn)s是采樣頻率44800?？梢钥吹讲蓸訑?shù)據(jù)中包含了3種頻率的正弦波，分別為350Hz，8400Hz和18725Hz。2.4調(diào)用DSP庫(kù)函數(shù)進(jìn)行FFT進(jìn)行256點(diǎn)的FFT，只需要調(diào)用STM32DSP庫(kù)函數(shù)中的cr4_fft_256_stm32()函數(shù)即可。該函數(shù)的原型為：voidcr4_fft_256_stm32(void*pssOUT,void*pssIN,uint16_tNbin);其中，參數(shù)pssOUT表示FFT輸出數(shù)組指針，參數(shù)pssIN表示要進(jìn)行FFT

7、運(yùn)算的輸入數(shù)組指針，參數(shù)Nbin表示了點(diǎn)數(shù)。至于該函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槭怯脜R編語(yǔ)言編寫的，我也不懂，這里就不妄談了。下面是具體的調(diào)用實(shí)例：cr4_fft_256_stm32(lBufOutArray,lBufInArray,NPT);其中，參數(shù)lBufOutArray同樣是一個(gè)long類型的數(shù)組，參數(shù)lBufInArray就是存放模擬采樣數(shù)據(jù)的采樣數(shù)組，NPT為采樣點(diǎn)數(shù)256。調(diào)用該函數(shù)之后，在lBufOutArray數(shù)組中就存放了進(jìn)行FFT運(yùn)算之后的結(jié)果數(shù)據(jù)。該數(shù)組中每個(gè)元素的數(shù)據(jù)格式為；高16位存儲(chǔ)虛部，低16位存儲(chǔ)實(shí)部。2.5計(jì)算各次諧波幅值得到FFT運(yùn)算之后的結(jié)果數(shù)據(jù)之后，就可以計(jì)算各

8、次諧波的幅值了。下面是具體的實(shí)現(xiàn)代碼： 1 /* 2 函數(shù)名稱:GetPowerMag() 3 函數(shù)功能:計(jì)算各次諧波幅值 4 參數(shù)說(shuō)明: 5 備注:先將lBufOutArray分解成實(shí)部(X)和虛部(Y)，然后計(jì)算幅值(sqrt(X*X+Y*Y) 6 作者:博客園 依舊淡然（/menlsh/） 7 */ 8 void GetPowerMag() 9 10 signed short lX,lY;11 float X,Y,Mag;12 unsigned short i;13 for(i=0; iNPT/2; i+)14 15 lX = (lBufOutA

9、rrayi 16;16 lY = (lBufOutArrayi 16);17 X = NPT * (float)lX) / 32768;18 Y = NPT * (float)lY) / 32768;19 Mag = sqrt(X * X + Y * Y) / NPT;20 if(i = 0)21 lBufMagArrayi = (unsigned long)(Mag * 32768);22 else23 lBufMagArrayi = (unsigned long)(Mag * 65536);24 25 其中，數(shù)組lBufMagArray存儲(chǔ)了各次諧波的幅值。2.6實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過(guò)串口，我們可以將lBufMagArray數(shù)組中各次諧波的幅值（即各個(gè)頻率分量的幅值）輸出打印出來(lái)，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下