STM32F407 DSP+FPU进行FFT变换

接着上一篇继续，要用FFT运算的话，F4有FPU和DSP库，可以很方便让我们去对数据进行傅氏变换。首先得配置好DSP库和FPU。

配置DPS库和FPU

cubeMX一般是默认配置开启FPU，但是DSP库需要自己去添加。这里添加方法是我和老师摸索出来的，可能不适用所有人。

FPU开启：点仙女棒，然后可以看到然后选择Single Precision，就开启了FPU。

添加DSP库：点小绿标再展开CMSIS勾选DSP ，添加两个头文件

1 2	#include "arm_math.h" #include "arm_const_structs.h"

最后点击仙女棒选择C/C++，在预处理符号定义栏添加宏ARM_MATH_CM4，不同系列的使用不同的宏，至此软硬件配置完毕。

查看DSP库

在使用前我们需要DSP库里面有什么东西，所以这里要用到上一篇的推荐CubeMX官方文档。

点击页面右上STM32->DSP

这里我们查找到需要FFT变换函数和复数点积函数，函数名为

简单说明ARM_CFFT_F32函数，需要输入4个参数，第一个参数是输入需要转换多少数据仅限于

第二个是FFT输入数组，大小为第一个参数数量的两倍，两个数据组成一个复数，前一个为实数部分，后一个为虚数部分；

第三个是选择正逆向变换，参考输入0；

第四个是否位反转输出，参靠输入1；

注：该函数只有一个输入数组，FFT运算完后会将运算后数据按设定顺序放入输入数组。

简单说明ARM_CMPLX_MAG_F32函数，需要输入三个参数。

第一个是输入数组，结构与FFT数组一样，两个数据组成一个复数，前一个为实数部分，后一个为虚数部分；

第二个参数是输出数组，将复数的模按输入顺序放入输出数组，因为复数有占个数据，而复数模只占一个数据，所以输出数据应该为输入数据1/2；

第三个参数是需要转换多少个复数数据；

使用DSP库

首先使用ADC捕获一段信号，我使用的是10Khz、1Vpp、1V偏置的正弦信号

uint16_t buf[1024]={0};//ADC采样数组
float buf_Value[1024] = {0};//ADC采样电压数组
float testInput_f32_10khz[2048] = {0};//FFT输入数组
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,(uint32_t *)buf,1024);//捕获完1024个值停止ADC和DMA
HAL_Delay(50);//等待DMA传输完毕
for(int i=0;i<1024;i++)
{
    buf_Value[i]=(float)(buf[i])*3.3/4069;//ADC电压转换
    printf("%02f\r\n",buf_Value[i]);//打印电压值
}

将打印的电压值放入Excel表格曲线连接

确定ADC采集处理正常，再进行FFT运算

for(int i=0;i<1024;i++)
    testInput_f32_10khz[i*2]=buf_Value[i];
arm_cfft_f32(&arm_cfft_sR_f32_len1024, testInput_f32_10khz, 0, 1);//FFT变换
arm_cmplx_mag_f32(testInput_f32_10khz, testOutput, 1024);//求复数模
testOutput[0]/=1024;//直流分量除以采样点数
for(int i=1;i<1024;i++)
	testOutput[i]/=512;//其他分量除以（采样点数/2）
for(int i=0;i<1024;i++)
	printf("%02f\r\n",testOutput[i]);//打印数据

数据如上图；

分析FFT求模后的数据

现在我们成功得到了一组FFT数据，可是不知道怎么去看我们需要的信息，所以现在对数据进行分析

横轴分析

因为FFT变换之后是将信号时域变化，变成了信号频域变化，所以横轴的量纲是HZ，而且每两个点之间的频率是等差的，所以需要计算FFT数据的频率分辨率，

频率分辨率=ADC采样频率/采样点数，按我们之前配置是ADC采样频率为21MHZ，我采了1024个点，所以这里频率分辨率=1367.1875HZ，可以得到两个点之间差1367.1875HZ。

纵轴分析

FFT变换之后纵轴量纲不变

假设原始信号的峰值为A，那么FFT的结果的每个点（除了第一个点直流分量之外）的模值就是A 的N/2倍。

所以只需要把0HZ分量点除以采样点数，其他分量除以（采样点/2），就是其他真实电压值。注：输出的值均为幅值

结尾

至此我们已经会了FFT的函数使用和数据分析，但有的时候会数据对不上，可能的误差原因有：

1.ADC采样时间被其他语句延时了。

2.根据采样定理，采样频率应为被采样频率的2.56~4倍频。