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08 FFT实验

up的视频讲解

配置 ADC 与 DMA 采样，导入 FFT 驱动，并用 SerialPie 观察实验输出。

up视频里的实验代码: 👣FFT实验代码

FFT驱动代码: FFT驱动代码

整个ARM-DSP库的详细说明，大家可以参考这里ARM-DSP

1 🔌 硬件连接(复用)​

可以复用ADC实验连接通过麦克风采集看效果，有信号源的同学将PA1连接设备即可
麦克风输出连接 PA1，串口继续把采样数据送到电脑。
麦克风输出连接 PA1，串口继续把采样数据送到电脑。

2 🖥️ 软件操作​

本节通用的 CubeMX 配置使用与 FIR 操作页相同的截图，工程命名与 FFT 驱动导入使用本节截图。依次完成以下步骤。

1 CubeMX配置​

新建工程与选择芯片​

打开 STM32CubeMX，点击 File → New Project，搜索 STM32F103C8T6，双击对应芯片创建工程。

CubeMX新建工程
搜索并选择STM32F103C8T6

配置下载接口与时钟​

在 System Core → SYS 中，将 Debug 设置为 Serial Wire。再进入 RCC，将 HSE 设置为 Crystal/Ceramic Resonator。

SYS选择Serial Wire调试接口
RCC选择HSE外部晶振

进入 Clock Configuration，按图将主频设置为 72 MHz。若出现时钟求解提示，按图确认，再核对调整后的主频与 ADC 时钟配置。

时钟树设置72MHz主频

配置ADC​

打开 Analog → ADC1，勾选 IN1（PA1），按图将规则组的外部触发源选择为 Timer 3 Trigger Out event。

ADC1选择通道1与TIM3触发源
确认CubeMX时钟求解提示
核对调整后的时钟树

展开 Rank，将通道 1 的 Sampling Time 设置为 7.5 Cycles。

ADC1通道1选择7.5个周期采样时间

配置DMA​

进入 DMA Settings，点击 Add 并选择 ADC1，添加 ADC 的 DMA 请求。

为ADC1添加DMA请求

配置TIM3触发​

打开 Timers → TIM3，启用 Internal Clock。在参数页中，将 Prescaler 设置为 72 - 1，Counter Period 设置为 200 - 1。

TIM3启用Internal Clock
TIM3设置预分频和自动重装载值

在 Trigger Output (TRGO) Parameters 中，将 Trigger Event Selection 设置为 Update Event，用于触发 ADC 采样。

TIM3选择Update Event触发输出

配置串口​

打开 Connectivity → USART1，将模式设置为 Asynchronous。

USART1选择异步通信模式

生成工程​

进入 Project Manager，将工程名设置为 FFT_TEST，填写保存位置，工具链选择 MDK-ARM。

设置FFT_TEST工程名称与MDK-ARM工具链

在 Code Generator 中，按图选择只复制需要的库文件，并勾选为每个外设生成独立的 .c/.h 文件。

设置库文件复制方式和外设文件生成方式

点击 GENERATE CODE，生成完成后点击 Open Project，进入 MDK。

生成代码并打开MDK工程

2 MDK配置​

下载并放入FFT驱动​

从本页的 FFT 驱动下载入口获取压缩包，解压后把完整的 FFT 驱动文件夹放入工程目录，与 Core、Drivers、MDK-ARM 文件夹同级。

下载FFT驱动代码
将FFT驱动文件夹放入工程目录

添加头文件路径​

打开 Options for Target → C/C++，点击 Include Paths 右侧的按钮，新建一项并选择工程中的 FFT 驱动文件夹。

在Include Paths中添加FFT驱动目录

添加宏定义​

在同一页的 Define 中，保留原有宏定义，在末尾用英文逗号分隔并追加 ARM_MATH_CM3，然后确认保存。

在Define中追加ARM_MATH_CM3宏定义

添加驱动文件与库文件​

打开工程文件管理窗口，新建 FFT 分组，点击 Add Files 并进入 FFT 驱动目录。

新建FFT分组并打开驱动目录

将文件类型切换为 All files (*.*)，按图选中驱动目录中的全部文件，点击 Add，再关闭窗口并确认。

选择FFT驱动及库文件并加入工程

设置MicroLIB​

进入 Options for Target → Target，按视频工程配置勾选 Use MicroLIB，然后确认保存。

在Target选项中勾选Use MicroLIB

3 实验代码​

全局​

#include <stdio.h>
#include "fft.h"

#define FFT_LEN 256
uint16_t adc_dma_buf[FFT_LEN];
q15_t fft_out[FFT_LEN/2];
float fft_vpeak[FFT_LEN/2];
float fft_vrms[FFT_LEN/2]; 

//DMA搬运完指定ADC数据中断
volatile uint8_t flag = 0;
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{
  flag = 1;
}
// printf输出重定向
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    uint8_t temp = ch;
    HAL_UART_Transmit(&huart1, &temp, 1, 100);
    return ch;
}

main()​

HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);//ADC校正
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,(uint32_t*)adc_dma_buf,FFT_LEN);//开启DMA
HAL_TIM_Base_Start(&htim3);//开启定时器

while(1)​

if(flag)
{
  FFT(adc_dma_buf,fft_out,FFT_LEN);
  FFT_Vpeak(fft_out,fft_vpeak,FFT_LEN);//将FFT后的值转化为电压（峰值）
  FFT_Vrms(fft_out,fft_vrms,FFT_LEN);//将FFT后的值转化为电压（有效值）
  for(int i=0; i<FFT_LEN/2; i++)
  {
    printf("%f\r\n",fft_vrms[i]);
  }
  flag = 0;
  HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,(uint32_t*)adc_dma_buf,FFT_LEN);//重新打开DMA
}

3 ♒️ 实验效果​

下面分别展示使用 SerialPie 进行频谱分析，以及在 STM32 内部完成 FFT 后发送结果的效果。连接开发板对应的串口时，保持 SerialPie 的串口参数与工程配置一致。

1 ADC采样数据发送到SerialPie进行频谱分析​

STM32 将 ADC 采样后的数据通过串口发送到 SerialPie，由 SerialPie 进行频谱分析。切换到“频谱”页面，按图设置参数，查看频谱图像。

STM32发送ADC采样数据，由SerialPie进行频谱分析

2 STM32内部FFT后发送到SerialPie显示​

STM32 在内部完成 FFT 运算，再将处理后的结果通过串口发送到 SerialPie。上面的实验代码对应这一种方式，发送的是 fft_vrms 数组中的数据。

切换到 SerialPie 的“波形”页面，将显示模式设置为“刷新模式”，批次识别选择“自动时间识别”，查看 STM32 发来的 FFT 结果。

STM32内部完成FFT后，将结果发送到SerialPie波形页面显示