stm32F103RCT6使用FFT运算分析波形详解

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最近学校电赛院队招新，出的招新题就是低频示波器的。之前一直没有弄懂FFT，借着这次机会实现了一下。

  • FFT原理详解

　　FFT，就是快速傅里叶变换，这个操作能够将时域信号转化成频域信号，然后对信号进行分析

　　这样说可能有点抽象。讲细点就是指能够直观的看出来目标信号的频率是多少。x轴坐标本来是表示时间，FFT之后变成了表示频率，就是这个意思

　　对于信号处理，FFT之后的结果，波峰一般会出现在我们希望测得信号的频率附近（十分相近）

  • 官方文件解释

stm32官方给了几个用于处理FFT的文件，如图所示：

stm32F103RCT6使用FFT运算分析波形详解

 其中有两个汇编文件两个头文件：汇编文件是定义了FFT的计算函数，我们直接调用即可

cr4_fft_1024_stm32.s是包含了计算1024个点的FFT的函数的汇编文件，另一个汇编文件同理

stm32_dsp.h里面有关于FFT处理函数的声明，我们包含了这个头文件之后直接调用函数即可

  • 算法解释
 1//进行FFT运算等操作 2void FFT_Wave(void) 3{ 4  u16 i; 5float mid_value; 6while(!ADC_flag) 7  { 8     LED1 = !LED1; 9     delay_ms(100);10  }11   ADC_flag =0;1213//获取最大值最小值14   adc_value_max = adc_value_min = ADC_buff[1];15for(i =0;i < NPT;i++)16  {17//寻找最大值最小值18if(ADC_buff[i] >= adc_value_max)19    {20       adc_value_max = ADC_buff[i];21    }22if(ADC_buff[i] <= adc_value_min)23    {24       adc_value_min = ADC_buff[i];25    }26//先清空数组27     fftin[i] =0;28//移位，让后面16位为虚部29     fftin[i] = ((s16)ADC_buff[i] <<16);30  }31   cr4_fft_1024_stm32(fftout,fftin,1024);//FFT32  GetPowerMag();33//计算电压值34   Vpp_true = (adc_value_max - adc_value_min) *3.3 /4096.0;//获得Vpp值35   mid_value = (adc_value_max + adc_value_min) /2;36for(int i =0;i < NPT;i++)37  {38if(ADC_buff[i] > mid_value)39    {40       rect_duty++;41    }42  }43   rect_duty = rect_duty /1024 *100;44 }

这是FFT的主体函数

第一步我们先要等待ADC采集完成，将数据存入数组当中准备进行处理

 第二步是在采样值当中寻找最大值和最小值（遍历数组即可）

第三步是对数组进行移位处理（前面的是实部，后面的是虚部，由于我们采集到的电压都是实数，所以虚部都置0）

第四步是使用ST官方提供的函数进行FFT运算，得到运算之后的数组

第五步是根据频谱查找我们信号所对应的频率，也就是对频谱图当中所有的频率进行幅值的比较，找出幅值最大时所对应的频率，即为我们所需要测量的频率，其他的都可以看作噪声

在我们找到该频率之后，不能立刻输出，要与ADC的采样率相乘再除以1024，之后才能得到我们想要的信号频率

GetPowerMag函数定义如下：

 1void GetPowerMag(void) 2{ 3  s16 lX,lY; 4  u32 i; 5float maxmag; 6for(i =0;i < NPT /2;i++) 7  { 8     lX = (fftout[i] <<16) >>16; 9     lY = (fftout[i] >>16);10float X =1024 * ((float)lX) /32768;11float Y =1024 * ((float)lY) /32768;12float mag = sqrt(X * X + Y * Y) /1024;13     FFT_Mag[i] = (u32)(mag *65536);14  }15   FFT_Mag[0] >>=1;//频谱图第一个是直流分量，无需乘216for(int i =0;i < NPT /2;i++)17  {18if((maxmag < FFT_Mag[i]) && (i !=0))19    {20       maxmag = FFT_Mag[i];21       temp = i;22    }23  }24   F_hz = temp * sampling_rate /1024.0;25 }

至此，我们就得到了我们所需信号的频率

鉴于本小白能力有限，如果有纰漏或改进之处，欢迎指正

特别提醒：ADC采样率应遵循奈奎斯特采样定理！采样率不是越高越好！

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