stm32F103进行FFT算法教程

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1、STM32F103 12-15 元左右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。1.FFT运算效率使用STM32官方提供的DSP库进行FFT，虽然在使用上有些不灵活（因为 它是基4的FFT,所以FFT的点数必须是4An），但其执行效率确实非常高效， 看图1所示的FFT运算效率测试数据便可见一斑。该数据来自STM32 DSP库使 用文档。Fast Fourier trAnsform (FFT)FFT (ASM fund)24 MHZ0 walt state辆MHz1 wait state72 MHE2 w-alt statescfcle mifil-Umecycle

2、曲pnltlmmcountlimeB4 points4 475O.Cl5 rms弓诵ms256 UMS21 0390.8762t 9640.5331 5570.437 ms1-CG4 perils114 3&02,珈 ms15333C2.13&Table 14. Complex, radik: 4,1FFT, coefficients in Flash memoryFFT(A&M iuracT.)24 MHz 0 wait 31 arte1 wait乩帀怕72 MHz2 w-elt statesecle eo-UFittimeeycle counttimetyela cqu nttime&4

3、points3 6470.16ni54 050.084 tis4 7640.066 mspoints&.S76 ms幹1加b.再$2 ms甜晞Q.ifcS ms1424 pCMfllS-.174 ms02057212fi ms127 31 BL7& mTabk Complex. radiac 4,1 fi-bit FFT, lents In RAM图1 FFT运算效率测试数据由图1可见，在STM32F10X系列处理器上，如果使用72M的系统主频，进 行64点的FFT运算，仅仅需要0.078ms而已。如果是进行1024点的FFT运算， 也才需要2.138ms。2如何使用STM32提供的DSP库函

4、数2.1下载STM32的DSP库大家可以从网上搜索下载得到STM32的DSP库,这里提供一个下载的地址: mun ities/mcu/Lists/cortex_mx_stm32/DispForm.aspx?ID=30831 &RootFolder=%2fpublic%2fSTe2ecommu nities%2fmcu%2fLists%2fcortex%5fmx%5fstm32%2fSTM32F10x%20DSP%20library%2c%20where%20is%20it2.2添加DSP库到自己的工程项目中下载得到STM32的DSP库之后，就可以将其添加到自己的工程项目中了。其中，inc文件夹

5、下的stm32_dsp.h和table_fft.h两个文件是必须添加的。 stm32_dsp.h是STM32的DSP库的头文件。src文件夹下的文件可以有选择的添加（用到那个添加那个即可）。因为我 只用到了 256点的FFT,所以这里我只添加了 cr4_fft_256_stm32.s文件。添加完 成后的项目框架如图2所示。Ll LJ Ta 呻 st 10* auFce- Group 1STM32F1QK-SF： - j USE fta 1 SYSTEM:丁 卫d-el a/bCd-etsyrh:i HARDWARE：El -i DP Libraryifmi2_dsp.h出 ct4_fiEt_2

6、56_-5tm33 阴 arte图2项目框架2.3模拟采样数据根据采样定理，采样频率必须是被采样信号最高频率的2倍。这里，我要采 集的是音频信号，音频信号的频率范围是20Hz到20KHz，所以我使用的采用频 率是44800Hz。那么在进行256点FFT时，将得到44800Hz / 256 = 175Hz的频 率分辨率。为了验证FFT运算结果的正确性，这里我模拟了一组采样数据，并将该采 样数据存放到了 long类型的lBufInArray数组中，且该数组中每个元素的高16 位存储采样数据的实部，低16位存储采样数据的虚部（总是为0）。为什么要这样做呢？是因为后面要调用STM32的DSP库函数，需

7、要传入的 参数规定了必须是这样的数据格式。下面是具体的实现代码：1 /*2 函数名称:InitBuflnArrayO3函数功能:模拟采样数据，采样数据中包含3种频率正弦波（350Hz, 8400Hz, 18725Hz）4参数说明：5备 注:在lBufInArray数组中，每个数据的高16位存储采样数据的实部，6 低16位存储采样数据的虚部（总是为0）7 作 者:博客园 依旧淡然（89 void InitBuflnArrayO10 11 unsignedshort i;12 float fx;13 for(i=0;iNPT; i+)14 15 fx = 1500 * sin(PI2 * i *

8、350.0 / Fs) +16 2700 * sin(PI2 * i * 8400.0 / Fs) +17 4000 * sin(PI2 * i * 18725.0 / Fs);18 lBufInArrayi = (signed short)fx) 16;19 20 粛其中，NPT 是采样点数 256, PI2 是 2n(即 6.28318530717959), Fs 是采 样频率44800。可以看到采样数据中包含了 3种频率的正弦波，分别为350Hz, 8400Hz 和 18725Hz。2.4调用DSP库函数进行FFT进行256点的FFT,只需要调用STM32 DSP库函数中的cr4_fft

9、_256_stm32() 函数即可。该函数的原型为：void cr4_fft_256_stm32(void * pssOUT, void * pssIN, uin t16_t Nbin);其中，参数pssOUT表示FFT输出数组指针，参数pssIN表示要进行FFT 运算的输入数组指针，参数Nbin表示了点数。至于该函数的具体实现，因为是 用汇编语言编写的，我也不懂，这里就不妄谈了。下面是具体的调用实例：cr4_fft_256_stm32(IBufOutArray, IBufI nArray, NPT);其中，参数IBufOutArray同样是一个long类型的数组，参数IBufInArray就

10、 是存放模拟采样数据的采样数组，NPT为采样点数256。调用该函数之后，在IBufOutArray数组中就存放了进行FFT运算之后的结 果数据。该数组中每个元素的数据格式为；高16位存储虚部，低16位存储实部。 25计算各次谐波幅值得到FFT运算之后的结果数据之后，就可以计算各次谐波的幅值了。下面是具体的实现代码：/*2 函数名称:GetPowerMagO3函数功能:计算各次谐波幅值4参数说明：5备注:先将lBufOutArray分解成实部(X)和虚部(Y)，然后计算幅值(sqr t(X* X+Y *Y)6 作 者:博客园 依旧淡然(78 void GetPowerMagO910signed

11、short lX,lY;11floa t X,Y,Mag;12unsigned short i;13for(i=0; iNPT/2; i+)1415lX = (lBufOutArrayi 16;16lY = (lBufOutArrayi 16);17X = NPT * (float)lX)/ 32768;18Y = NPT * (float)lY)/ 32768;19Mag = sqr t(X * X + Y *:Y) / NPT;20if(i = 0)21lBufMagArrayi=(unsigned long)(Mag *32768)22else23lBufMagArrayi=(unsigned long)(Mag *65536)2425其中，数组IBufMagArray存储了各次谐波的幅值。2.6实验结果通过串口，我们可以将IBufMagArray数组中各次谐波的幅值（即各个频率 分量的幅值）输出打印出来，具体实验数据如下所示：View Code在以上的实验数据中，我们分别打印出来了点数、频率、幅值、实部、虚部 信息。由以上的实验数据，我们可以看出，在频率为350Hz, 8400Hz和18725Hz 时，幅值出现峰值，分别为1492、2696和3996，这与我们所预期的结果正好相 符，从而验证了实验结果的正确性。