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[使用心得] 【转】STM32F30x ADC 采样的傅立叶变换示例

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发表于 2016-12-18 10:19:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
此文来自STM32单片机微信公众平台

转载目的:DS202是使用STM32F303,自带DSP,哪位高手有兴趣可以增加FFT功能。

前言
本文目的是演示如何使用STM32F30x 内部的DSP 进行浮点快速傅立叶变换(FFT),为联系实际应用,使用ADC 对波形发生器进行ADC 采样,然后对ADC 采样结果进行FFT, 与 Matlab 仿真结果进行比较察看最终结果的准确性。会使用到ARMDSP 库文件,以及STM32F30x 的浮点运算单元以及DSP指令等。
模拟ADC采样数据实现FFT
使用Matlab生成AM调制波形
波形公式为:AM_50= sin(2πfc)*(1+50%*sin(2πfm)), 其中fc 为载波频率,fm 为调制波频率,调制比50%。为了使用ADC 采样,将波形进行偏移处理,叠加1.5V 电压,最终波形展开公式如下:
AM_50 = sin(2 πfc) + 50%*sin(2 πfm))* sin(2 πfc) + 1.5
Matlab 程序如下:
x =sin(2*pi*fm*t); % modulation wave
figure;
plot(t,x);
y =sin(2*pi*fc*t); % carrier wave
figure;
plot(t,y);
z1 =y.*(1+m1*x) + 1.5; % AM wave with 50% depth
figure; %figure 1
plot(t,z1);
xlabel('Time');
ylabel('Amplitude');
title('AM with50% depth');
Z1 =z1*4096/3.3; % 12-bit ADC Value
产生波形如下:
1.jpg
            图【一】
生成模拟ADC数据,使用STM32F30x进行FFT运算
生成数据存于AM_50_ADC_Data[]数组中,实数转换为复数,进行CFFT 的运算,调用arm_cfft_f32 库函数,1024 点FFT。
/* Real data to magnitudedata */
for(i=0; i<1024; i++)
{
testInput_f32_10khz[i*2+1] =0;
testInput_f32_10khz[i*2] = AM_50_ADC_Data;
}
/* Process the data throughthe CFFT/CIFFT module */
arm_cfft_f32(&arm_cfft_sR_f32_len1024,testInput_f32_10khz, ifftFlag, doBitReverse);
/* Process the data throughthe Complex Magnitude Module for
calculating the magnitude ateach bin */
arm_cmplx_mag_f32(testInput_f32_10khz,testOutput, fftSize);
结果打印并和Matlab计算结果进行比较
为方便显示只取整数部分比较:图【二】为Matlab 输出,图【三】为经过STM32F30x计算后的结果.
2.jpg
        图【二】
3.jpg
            图【三】
从数据上看Matlab 仿真以及STM32F30x的FFT 两者非常吻合,数据可以直接使用。基于时间数据转换到频域上,理论上直流分量,频率fc处,以及频率fc-fm,fc+fm 处都会有波峰出现,实际看FFT 波形如下:
4.jpg
实际ADC采样并进行FFT操作
使用波形发生器产生50% 调幅波,载波10KHz,调制波1KHz,调制比50%,偏移1.5V。
5.jpg

使用STM32F30x进行ADC 采样,采样结果存于数组,数据导入到Matlab 显示波形如下:
6.jpg
根据ADC采样数据进行FFT 变换,分析结果如下面所示:
7.jpg
结论:
由STM32F30x 的ADC 采样的波形可以完整进行快速傅立叶变换,变化结果符合理论变化预期。并且利用STM32F30x 的FPU 以及DSP 模块方便快速进行变化,给实际应用带来很大便利性。

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发表于 2017-7-19 08:23:34 | 显示全部楼层
不错,期待高手来增加FFT功能。
最后图中的横坐标没对应转换。
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发表于 2017-7-19 16:16:14 | 显示全部楼层
FFT是我经常用的功能,另外一个功能是大时基下面的滚动显示功能,两个MiniDSO都没有,滚动显示比FFT更重要一点。
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