最近学校电赛队伍招新,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,做了一个小示波器
- FFT原理简述
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:
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
补充:stm32_dsp.h当中有一个include的头文件,需要根据情况进行修改,比如说用其他型号板子或者其他库开发的记得要修改,不然编译时会报错
- 算法解释
//进行FFT运算等操作
void FFT_Wave(void)
{
u16 i;
float mid_value;
while(!ADC_flag)
{
LED1 = !LED1;
delay_ms(100);
}
ADC_flag = 0;
//获取最大值最小值
adc_value_max = adc_value_min = ADC_buff[1];
for(i = 0;i < NPT;i++)
{
//寻找最大值最小值
if(ADC_buff[i] >= adc_value_max)
{
adc_value_max = ADC_buff[i];
}
if(ADC_buff[i] <= adc_value_min)
{
adc_value_min = ADC_buff[i];
}
//先清空数组
fftin[i] = 0;
//移位,让后面16位为虚部
fftin[i] = ((s16)ADC_buff[i] << 16);
}
cr4_fft_1024_stm32(fftout,fftin,1024);//FFT
GetPowerMag();
//计算电压值
Vpp_true = (adc_value_max - adc_value_min) * 3.3 / 4096.0;//获得Vpp值
mid_value = (adc_value_max + adc_value_min) / 2;
for(int i = 0;i < NPT;i++)
{
if(ADC_buff[i] > mid_value)
{
rect_duty++;
}
}
rect_duty = rect_duty / 1024 * 100;
}
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:
void GetPowerMag(void)
{
s16 lX,lY;
u32 i;
float maxmag;
for(i = 0;i < NPT / 2;i++)
{
lX = (fftout[i] << 16) >> 16;
lY = (fftout[i] >> 16);
float X = 1024 * ((float)lX) / 32768;
float Y = 1024 * ((float)lY) / 32768;
float mag = sqrt(X * X + Y * Y) / 1024;
FFT_Mag[i] = (u32)(mag * 65536);
}
FFT_Mag[0] >>= 1;//频谱图第一个是直流分量,无需乘2
for(int i = 0;i < NPT / 2;i++)
{
if((maxmag < FFT_Mag[i]) && (i != 0))
{
maxmag = FFT_Mag[i];
temp = i;
}
}
F_hz = temp * sampling_rate / 1024.0;
}
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(因为采样率太高会降低采样的精度,采样率太低会导致高频信号发生混叠现象)!
这个是上面用到的汇编文件的百度盘分享链接,失效了可以私聊cue我更新文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-632220.html
链接:https://pan.baidu.com/s/1n8Hl09SmLhp963-vYbA2iw?pwd=1234
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