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STM32学习记载20 FFT

前些日子,因为需要在STM32F103系列处理器上,对采集的音频信号进行FFT,所以花了一些时间来研究如何高效并精确的在STM32F103系列处理器上…

前些日子,由于需求在STM32F103系列处理器上,对收集的音频信号进行FFT,所以花了一些时刻来研讨怎么高效并准确的在STM32F103系列处理器上完成FFT。在网上找了许多这方面的材料做试验并进行比较,终究挑选了运用STM32供给的DSP库这种办法。

本文将以一个实例来介绍怎么运用STM32供给的DSP库函数进行FFT。

1.FFT运算功率

  运用STM32官方供给的DSP库进行FFT,虽然在运用上有些不灵敏(由于它是基4的FFT,所以FFT的点数有必要是4^n),但其履行功率的确十分高效,看图1所示的FFT运算功率测试数据便可见一斑。该数据来自STM32DSP库运用文档。

图1FFT运算功率测试数据

  由图1可见,在STM32F10x系列处理器上,假如运用72M的体系主频,进行64点的FFT运算,只是需求0.078ms罢了。假如是进行1024点的FFT运算,也才需求2.138ms。

2.怎么运用STM32供给的DSP库函数

2.1下载STM32的DSP库

  咱们能够从网上查找下载得到STM32的DSP库,这儿供给一个下载的地址:

https://my.st.com/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%20it

2.2增加DSP库到自己的工程项目中

  下载得到STM32的DSP库之后,就能够将其增加到自己的工程项目中了。

  其间,inc文件夹下的stm32_dsp.h和table_fft.h两个文件是有必要增加的。stm32_dsp.h是STM32的DSP库的头文件。

  src文件夹下的文件能够有挑选的增加(用到那个增加那个即可)。由于我只用到了256点的FFT,所以这儿我只增加了cr4_fft_256_stm32.s文件。增加完成后的项目结构如图2所示。

图2项目结构

2.3模仿采样数据

  依据采样定理,采样频率有必要是被采样信号最高频率的2倍。这儿,我要收集的是音频信号,音频信号的频率规模是20Hz到20KHz,所以我运用的选用频率是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运算成果的正确性,这儿我模仿了一组采样数据,并将该采样数据寄存到了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?是由于后边要调用STM32的DSP库函数,需求传入的参数规则了有必要是这样的数据格式。

  下面是详细的完成代码:

1 /******************************************************************2 函数称号:InitBufInArray()3 函数功用:模仿采样数据,采样数据中包括3种频率正弦波(350Hz,8400Hz,18725Hz)4 参数阐明: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 仍旧漠然(http://www.cnblogs.com/menlsh/)8 *******************************************************************/9 void InitBufInArray()10 {11     unsigned short i;12     float fx;13     for(i=0; i

  其间,NPT是采样点数256,PI2是2π(即6.28318530717959),Fs是采样频率44800。能够看到采样数据中包括了3种频率的正弦波,别离为350Hz,8400Hz和18725Hz。

2.4调用DSP库函数进行FFT

  进行256点的FFT,只需求调用STM32DSP库函数中的cr4_fft_256_stm32()函数即可。该函数的原型为:

  voidcr4_fft_256_stm32(void*pssOUT,void*pssIN,uint16_tNbin);

  其间,参数pssOUT表明FFT输出数组指针,参数pssIN表明要进行FFT运算的输入数组指针,参数Nbin表明了点数。至于该函数的详细完成,由于是用汇编语言编写的,我也不明白,这儿就不妄谈了。

  下面是详细的调用实例:

  cr4_fft_256_stm32(lBufOutArray,lBufInArray,NPT);

  其间,参数lBufOutArray同样是一个long类型的数组,参数lBufInArray便是寄存模仿采样数据的采样数组,NPT为采样点数256。

  调用该函数之后,在lBufOutArray数组中就寄存了进行FFT运算之后的成果数据。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。

2.5核算各次谐波幅值

  得到FFT运算之后的成果数据之后,就能够核算各次谐波的幅值了。

  下面是详细的完成代码:

1 /******************************************************************2 函数称号:GetPowerMag()3 函数功用:核算各次谐波幅值4 参数阐明:5 备  注:先将lBufOutArray分解成实部(X)和虚部(Y),然后核算幅值(sqrt(X*X+Y*Y)6 作  者:博客园 仍旧漠然(http://www.cnblogs.com/menlsh/)7 *******************************************************************/8 void GetPowerMag()9 {10     signed short lX,lY;11     float X,Y,Mag;12     unsigned short i;13     for(i=0; i> 16;16         lY  = (lBufOutArray[i] >> 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             lBufMagArray[i] = (unsigned long)(Mag * 32768);22         else23             lBufMagArray[i] = (unsigned long)(Mag * 65536);24     }25 }

  其间,数组lBufMagArray存储了各次谐波的幅值。

2.6试验成果

  经过串口,咱们能够将lBufMagArray数组中各次谐波的幅值(即各个频率重量的幅值)输出打印出来,详细试验数据如下所示:

i,         P,       Mag,         X,         Y0,         0,         4,         0,        -41,       175,        14,        -6,        -42,       350,      1492,       746,        -33,       525,        11,        -5,        -34,       700,         8,        -3,        -35,       875,         8,        -4,        -26,      1050,         6,        -3,         07,      1225,         6,        -3,         08,      1400,         8,        -4,        -29,      1575,         8,        -4,         010,      1750,         4,        -2,         011,      1925,         8,        -4,        -112,      2100,         6,        -3,         013,      2275,         5,        -2,        -214,      2450,         6,        -3,        -115,      2625,         8,        -3,        -316,      2800,         4,        -2,         017,      2975,         6,        -3,        -118,      3150,         6,        -3,         019,      3325,         6,        -3,         020,      3500,         2,        -1,         021,      3675,         4,        -2,         022,      3850,         4,        -2,         023,      4025,         4,        -2,         024,      4200,         6,        -3,         025,      4375,         6,        -3,         026,      4550,         4,        -2,         027,      4725,         6,        -3,         028,      4900,         2,        -1,         029,      5075,         4,        -2,        -130,      5250,         4,        -2,         031,      5425,         2,        -1,         032,      5600,         4,        -2,        -133,      5775,         6,        -3,        -134,      5950,         2,        -1,        -135,      6125,         6,        -3,        -136,      6300,         2,        -1,         037,      6475,         6,        -3,         038,      6650,         4,        -2,         039,      6825,         4,        -2,        -140,      7000,         2,        -1,         041,      7175,         6,        -3,         042,      7350,         2,        -1,         043,      7525,         2,        -1,         044,      7700,         2,        -1,         045,      7875,         2,        -1,         046,      8050,         4,        -2,         047,      8225,         2,        -1,         048,      8400,      2696,      1348,         049,      8575,         2,        -1,        -150,      8750,         0,         0,         051,      8925,         4,        -2,        -152,      9100,         2,         0,        -153,      9275,         0,         0,         054,      9450,         2,        -1,        -155,      9625,         2,        -1,         056,      9800,         2,        -1,         057,      9975,         2,        -1,        -158,     10150,         2,        -1,        -159,     10325,         2,        -1,         060,     10500,         0,         0,         061,     10675,         2,        -1,         062,     10850,         4,        -2,        -163,     11025,         2,        -1,        -164,     11200,         0,         0,         065,     11375,         2,        -1,         066,     11550,         0,         0,         067,     11725,         2,        -1,        -168,     11900,         2,        -1,        -169,     12075,         2,        -1,         170,     12250,         2,        -1,         171,     12425,         4,        -2,         172,     12600,         4,        -2,        -173,     12775,         2,        -1,         174,     12950,         0,         0,         075,     13125,         4,        -2,         076,     13300,         4,        -2,         077,     13475,         2,        -1,         078,     13650,         2,        -1,         079,     13825,         4,        -2,        -180,     14000,         2,        -1,         081,     14175,         4,        -2,         082,     14350,         2,        -1,         183,     14525,         4,        -2,         184,     14700,         4,        -2,         185,     14875,         2,        -1,         186,     15050,         4,        -2,         087,     15225,         2,        -1,         088,     15400,         4,        -2,         189,     15575,         4,        -2,         190,     15750,         2,        -1,         091,     15925,         2,        -1,         192,     16100,         2,        -1,         193,     16275,         2,        -1,         194,     16450,         4,        -2,         195,     16625,         2,        -1,         196,     16800,         2,        -1,        -197,     16975,         4,        -2,         098,     17150,         2,        -1,         099,     17325,         4,        -2,         0100,     17500,         4,        -2,         1101,     17675,         4,        -2,         0102,     17850,         4,        -2,         1103,     18025,         4,        -2,        -1104,     18200,         2,        -1,         1105,     18375,         4,        -2,         0106,     18550,         2,        -1,         1107,     18725,      3996,      1998,         1108,     18900,         2,        -1,         0109,     19075,         2,        -1,         1110,     19250,         4,        -2,         1111,     19425,         4,        -2,         1112,     19600,         2,         0,         1113,     19775,         2,        -1,         0114,     19950,         0,         0,         0115,     20125,         4,        -2,         1116,     20300,         2,         0,         1117,     20475,         2,         0,         1118,     20650,         2,        -1,         1119,     20825,         2,        -1,         1120,     21000,         2,        -1,         1121,     21175,         2,        -1,         0122,     21350,         2,         0,         1123,     21525,         2,        -1,         0124,     21700,         0,         0,         0125,     21875,         2,        -1,         1126,     22050,         2,        -1,         1127,     22225,         2,         0,         1

  在以上的试验数据中,咱们别离打印出来了点数、频率、幅值、实部、虚部信息。

  由以上的试验数据,咱们能够看出,在频率为350Hz,8400Hz和18725Hz时,幅值呈现峰值,别离为1492、2696和3996,这与咱们所预期的成果正好相符,然后验证了试验成果的正确性。

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