第28章ST官方汇编FFT库应用

安安富富莱莱UUMM440033DDSSPP教教程程SSTTMM3322--VV55开开发发板板系系统统篇篇手手册册22001155年年0011月月1155日日版版本本：：11..00第第11页页共共1122页页第第2288章章SSTT官官方方汇汇编编FFFFTT库库应应用用本章主要讲解ST官方汇编FFT库的应用，包括1024点，256点和64点FFT的实现。28.1汇编FFT库说明28.2函数cr4_fft_1024_stm32的使用28.3函数cr4_fft_256_stm32的使用28.4函数cr4_fft_64_stm32的使用28.5汇编FFT的相频响应求解28.6总结。2288..11汇汇编编FFFFTT库库说说明明2288..11..11描描述述这个汇编的FFT库是来自STM32F10xDSPlibrary，由于是汇编实现的，而且是基4算法，所以实现FFT在速度上比较快。如果x[N]是采样信号的话，使用FFT时必须满足如下两条：N得满足4n（n=1，2,3…..），也就是以4为基数。采样信号必须是32位数据，高16位存实部，低16位存虚部（这个是针对大端模式），小端模式是高位存虚部，低位存虚部。一般常用的是小端模式。汇编FFT的实现主要包括以下三个函数：1.cr4_fft_64_stm32：实现64点FFT。2.cr4_fft_256_stm32：实现256点FFT。3.cr4_fft_1024_stm32：实现1024点FFT。2288..11..22汇汇编编库库的的移移植植这个汇编库的移植比较简单，用户需要从网上搜索STM32F10x_DSP_Lib_V2.0.0（官网没有找到这个软件包，所以需要用户在百度或者谷歌上搜索下）。下载后解压，在路径：STMicroelectronics\STM32F10x_DSP_Lib_V2.0.0\Libraries\STM32F10x_DSP_Lib\src\asm\arm下会看到如下文件：安安富富莱莱UUMM440033DDSSPP教教程程SSTTMM3322--VV55开开发发板板系系统统篇篇手手册册22001155年年0011月月1155日日版版本本：：11..00第第22页页共共1122页页上面的是源文件，使用源文件还需要添加相应的头文件，头文件在路径：STMicroelectronics\STM32F10x_DSP_Lib_V2.0.0\Libraries\STM32F10x_DSP_Lib\inc下，文件如下所示：具备这几个文件就可以移植使用了，移植非常简单，把源文件的三个FFT库和两个头文件添加上即可，添加后效果如下（记得添加头文件的路径）：相应文件添加后还有最重要一条，要把stm32_dsp.h文件中的STM32F1头文件换成STM32F4的头文件：经过上面的操作，汇编FFT库的移植就完成了。2288..22函函数数ccrr44__fffftt__11002244__ssttmm3322的的使使用用cr4_fft_1024_stm32用于实现1024点数据的FFT计算。下面通过在开发板上运行这个函数并计算幅频相应，然后再与Matlab计算的结果做对比。安安富富莱莱UUMM440033DDSSPP教教程程SSTTMM3322--VV55开开发发板板系系统统篇篇手手册册22001155年年0011月月1155日日版版本本：：11..00第第33页页共共1122页页uint32_tinput[1024],output[1024],Mag[1024];/*输入，输出和幅值*//***********************************************************************************************************函数名:PowerMag*功能说明:求模值*形参：_usFFTPointsFFT点数*返回值:无**********************************************************************************************************/voidPowerMag(uint16_t_usFFTPoints){int16_tlX,lY;uint16_ti;float32_tmag;/*计算幅值*/for(i=0;i_usFFTPoints;i++){lX=(output[i]16)16;/*实部*/lY=(output[i]16);/*虚部*/mag=__sqrtf(lX*lX+lY*lY);/*求模*/Mag[i]=mag*2;/*求模后乘以2才是实际模值，直流分量不需要乘2*/}/*由于上面多乘了2，所以这里直流分量要除以2*/Mag[0]=Mag[0]1;}/***********************************************************************************************************函数名:DSP_FFT1024*功能说明:1024点FFT实现*形参：无*返回值:无**********************************************************************************************************/voidDSP_FFT1024(void){uint16_ti;/*获得1024个采样点*/for(i=0;i1024;i++){input[i]=0;/*波形是由直流分量，50Hz正弦波和20Hz正弦波组成，波形采样率1KHz*/input[i]=1024+1024*sin(2*3.1415926f*50*i/1000)+512*sin(2*3.1415926f*20*i/1000);}/*计算1024点FFToutput：输出结果，高16位是虚部，低16位是实部。input：输入数据，高16位是虚部，低16位是实部。第三个参数必须是1024。*/cr4_fft_1024_stm32(output,input,1024);/*求幅值*/PowerMag(1024);/*打印输出结果*/for(i=0;i1024;i++){printf(%d\r\n,Mag[i]);}}运行函数DSP_FFT1024可以通过串口打印出计算的模值，下面我们就通过Matlab计算的模值跟cr4_fft_1024_stm32计算的模值做对比。安安富富莱莱UUMM440033DDSSPP教教程程SSTTMM3322--VV55开开发发板板系系统统篇篇手手册册22001155年年0011月月1155日日版版本本：：11..00第第44页页共共1122页页对比前需要先将串口打印出的数据加载到Matlab中，并给这个数组起名sampledata，加载方法在前面的教程中已经讲解过，这里不做赘述了。Matlab中运行的代码如下：Fs=1000;%采样率N=1024;%采样点数n=0:N-1;%采样序列t=0:1/Fs:1-1/Fs;%时间序列f=n*Fs/N;%真实的频率%波形是由直流分量，50Hz正弦波和20Hz正弦波组成x=1024+1024*sin(2*pi*50*t)+512*sin(2*pi*20*t);y=fft(x,N);%对原始信号做FFT变换subplot(2,1,1);Mag=abs(y)*2/N;%求FFT转换结果的模值plot(f,Mag);%绘制幅频相应曲线title('Matlab计算结果');xlabel('频率');ylabel('幅度');subplot(2,1,2);plot(f,sampledata);%绘制STM32计算的幅频相应title('STM32计算结果');xlabel('频率');ylabel('幅度');运行Matlab后的输出结果如下：安安富富莱莱UUMM440033DDSSPP教教程程SSTTMM3322--VV55开开发发板板系系统统篇篇手手册册22001155年年0011月月1155日日版版本本：：11..00第第55页页共共1122页页从上面的对比结果中可以看出，Matlb和函数cr4_fft_1024_stm32计算的结果基本是一直的，但是函数cr4_fft_1024_stm32计算的结果频谱泄露稍严重些（具体情况要具体分析）。2288..33函函数数ccrr44__fffftt__225566__ssttmm3322的的使使用用cr4_fft_256_stm32和cr4_fft_1024_stm32的用法是一样的，下面通过一个实例进行说明：/***********************************************************************************************************函数名:DSP_FFT256*功能说明:256点FFT实现*形参：无*返回值:无**********************************************************************************************************/voidDSP_FFT256(void){uint16_ti;/*获得256个采样点*/for(i=0;i256;i++){input[i]=0;/*波形是由直流分量，50Hz正弦波和20Hz正弦波组成，波形采样率200Hz*/input[i]=1024+1024*sin(2*3.1415926f*50*i/200)+512*sin(2*3.1415926f*20*i/200);}/*计算256点FFToutput：输出结果，高16位是虚部，低16位是实部。input：输入数据，高16位是虚部，低16位是实部。第三个参数必须是1024。*/cr4_fft_256_stm32(output,input,256);01002003004005006007008009001000050010001500Matlab计算结果频率幅度01002003004005006007008009001000050010001500STM32计算结果频率幅度安安富富莱莱UUMM440033DDSSPP教教程程SSTTMM3322--VV55开开发发板板系系统统篇篇手手册册22001155年年0011月月1155日日版版本本：：11..00第第66页页共共1122页页/*求幅值*/PowerMag(256);/*打印输出结果*/for(i=0;i256;i++){printf(%d\r\n,Mag[i]);}}运行函数DSP_FFT256可以通过串口打印出计算的模值，下面我们就通过Matlab计算的模值跟cr4_fft_256_stm32计算的模值做对比。对比前需要先将串口打印出的数据加载到Matlab中，并给这个数组起名sampledata，Matlab中运行的代码如下：Fs=200;%采样率N=256;%采样点数n=0:N-1;%采样序列t=0:1/Fs:1-1/Fs;%时间序列f=n*Fs/N;%真实的频率%波形是由直流分量，50Hz正弦波和20Hz正弦波组成x=1024+1024*sin(2*pi*50*t)+512*sin(2*pi*20*t);y=fft(x,N);%对原始信号做FFT变换subplot(2,1,1);Mag=abs(y)*2/N;%求FFT转换结果的模值plot(f,Mag);%绘制幅频相应曲线title('Matlab计算结果');xlabel('频率');ylabel('幅度');subplot(2,1,2);plot(f,sampledata);%绘制STM32计算的幅频相应title('STM32计算结果');xlabel(