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)例來介紹如何使用STM32提供的DSP庫函數(shù)進(jìn)行FFT1.FFT運(yùn)算效率使用STM32官方提供的DSP庫進(jìn)行FFT，雖然在使用上有些不靈活（因?yàn)?它 是基4的FFT，所以FFT的點(diǎn)數(shù)必須是45），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)便可見一斑。該數(shù)據(jù)來自STM32 DSP庫使用文檔。6.2.2 Fast Fourier tr-ansform (FFTfTabFe 14. Comp rex radiicFTT (ASM TunCL)24 MMz449 MHi1 wait72 MHE2 wait states0state

2、cycle couiilUniecycle CDiinltimecycle counttimepcintfi3647O.IE ms4475OOWg雪越16.076 ms356 points2* 0390.878 ms0.S2 ms31 5570 437 ms1001B04 j Mina1143&C2八2陽153 930E138 msFFT. coeffic cents inmemoryTabte 16t Comp lox radx 4( IfkNt FFT，coeffIMtnu in RAMFFT(ASM fund.24 MHzC wsh stare44 MHz1 wait state

3、72 MHz2 wAit statescycle c£>urittimocycle con ntlimecveN CDU Mltrme54 pc Kits36470.16ms4 0250.0&4 ms4 7640.066 ms2$ pointsii砂0嵌電ms直刪mi賢曲t024 pdcnlfiW1004.1741C2O572t26127 31 B1 768 rTte圖1 FFT運(yùn)算效率測(cè)試數(shù)據(jù)由圖1可見，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 2.1

4、38ms。2如何使用STM32提供的DSP庫函數(shù)2.1下載STM32的DSP庫大家可以從網(wǎng)上搜索下載得到STM32的DSP庫，這里提供一個(gè)下載的地址：2.2添加DSP庫到自己的工程項(xiàng)目中下載得到STM32的DSP庫之后，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tableJft.h兩個(gè)文件是必須添加的。stm32_dsp.h是STM32的DSP庫的頭文件。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?到了 256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。I!

5、 ? J Target I:> Source- Group 1 卄 STWi3F!0)c4* : rriiin.eF/SYSTEM倒citlay盂*jTix1 2345678910c也 uAart-Cjdd 呼 h 口UEdJTb叩 HARDWAREQ£DAP LibraryJ t#bJetLh力 cr4.Kt2S6.4tm32rS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44800Hz /

6、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IBuflnArray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：InitBuflnArray （）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，8400Hz18725Hz）4參數(shù)說明：5備 注:在IBuflnArray數(shù)組中，每個(gè)數(shù)據(jù)的高1

7、6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()8*9 void InitBuflnArray ()1112unsigned float fx;short i;13for (i= 0; ivNPT; i+)1415fx =1500* sin (PI2*i*350.0 / Fs) +162700 * sin (PI2 * i *8400.0 / Fs) +174000 * sin (PI2 * i *18725.0/Fs);18IBufl nArrayi = (sig nedshort )fx) «1920其中，NPT是采樣點(diǎn)數(shù)256, PI2

8、是2n(BJ 6.28318530717959 , Fs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。24調(diào)用DSP庫函數(shù)進(jìn)行FFT進(jìn)行256點(diǎn)的FFT,只需要調(diào)用STM32 DSP庫函數(shù)中的cr4_fft_256_stm32()函 數(shù)即可。該函數(shù)的原型為：void cr4_fft_256_stm32(void *pssOUT, void *psslN, uin t16_t Nbi n);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運(yùn)算 的輸入數(shù)組指針，參數(shù)Nbin表示了點(diǎn)數(shù)。

9、至于該函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槭怯脜R編語 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(IBuf Out Array, IBufl n Array, NPT);其中，參數(shù)IBufOutArray同樣是一個(gè)long類型的數(shù)組、參數(shù)IBuflnArray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IBufOutArray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)算各次諧波的幅值了

10、。下面是具 體的實(shí)現(xiàn)代碼：1/if*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)說明：5備注:先將IBufOutArray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()7*/8 void GetPowerMag()9 10 signed short IX,IY;11 float X,Y,Mag;12 unsigned short i;13 for (i= 0; ivNPT/ 2; i+)14 16) » 16;16)；32768;32768;long )(Mag *long )(Mag *32768)65

11、536)15 IX = (IBufOutArrayi «16 IY = (IBufOutArrayi »17 X = NPT * ( float) IX)/18 Y = NPT * (float )IY) /19 Mag = sqrt(X *X + Y * Y) / NPT;20 if (i =0)21 IBufMagArrayi = (un sig ned22 else23 IBufMagArrayi = (un sig ned24 25其中，數(shù)組IBufMagArray存儲(chǔ)了各次諧波的幅值。2.6實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過串口，我們可以將IBufMagArray數(shù)組中各次諧波的幅值（即各個(gè)頻率