STM32F1 标准库 ADC正弦波采样+DMA+FFT+输出正弦波频率（超详细版） |
您所在的位置：网站首页 › stm32如何产生正弦波 › STM32F1 标准库 ADC正弦波采样+DMA+FFT+输出正弦波频率（超详细版） |
|
大致思路
本文代码可以实现用单片机对一个未知频率的正弦波进行采样，经过运算后得到该频率。 实现方法为：通过定时器设置采样频率，DMA对采样到的数据进行传输，使用FFT对采样到的波形数据进行傅里叶变换，得到傅里叶序列，对其进行计算得到幅频特性序列，当幅值最大时对应的序列就是该未知波形的频率（序列需要乘采样频率再除采样点数）。 Created with Raphaël 2.3.0 单片机采样 采样数据传输 对采样数据FFT计算 对傅里叶序列进行计算 计算得到波形频率 代码实现 ADC相关配置这里说一下如何配置采样频率，采样频率是完全由定时器来掌控的,通过改变下面这两个值 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 279; // 修改为满足采样频率的周期值 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 1 - 1; // 修改为满足采样频率的预分频器值 预分频比较好理解，就是将自己单片机的时钟分频几次（除几）。例如我的单片机时钟为72MHz，如果我设置预分频器值为6，那么现在的时钟为72M÷6=12M。 而周期是在基础上再进行分割，例如我这里设置的周期为280，在计算时需要+1处理。72M÷281=256.2277KHz。 还有一个转换时间的问题，可以通过下面两行代码来更改。 RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div4);//分频 ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 1, ADC_SampleTime_7Cycles5); //最后一个参数为采样时间的长度，单位是ADC时钟周期 分频和刚才说的一样，就是将ADC的时钟分频几次（除几）。这里我ADC的时钟与单片机的一致，分频4，故时钟为72MHz÷4=18MHz。 最后一个参数是指采样的时间长度。 This parameter can be one of the following values: * @arg ADC_SampleTime_1Cycles5: Sample time equal to 1.5 cycles * @arg ADC_SampleTime_7Cycles5: Sample time equal to 7.5 cycles * @arg ADC_SampleTime_13Cycles5: Sample time equal to 13.5 cycles * @arg ADC_SampleTime_28Cycles5: Sample time equal to 28.5 cycles * @arg ADC_SampleTime_41Cycles5: Sample time equal to 41.5 cycles * @arg ADC_SampleTime_55Cycles5: Sample time equal to 55.5 cycles * @arg ADC_SampleTime_71Cycles5: Sample time equal to 71.5 cycles * @arg ADC_SampleTime_239Cycles5: Sample time equal to 239.5 cycles这些是官方所给的参数，到时候可根据实际情况带进去算，选择最合适的。 如何带入合适的参数呢 第一个方面 首先要自己确定好采样频率，必须要适中（大了小了都不行）。先解释为什么不能太小，采样定理规定采样频率必须要大于所采波形频率的2倍，如果采样频率定的很小，那么所采的波形范围就会变小。 之后要确定一下采样点数，采样点数的话当然是越多越好（越精确嘛）但是采样到的数据是要存在单片机里的，所以太多了单片机也存不下。一般采样点数为64、256、1024（官方给的库里就是这三个参数）。 最后用采样频率÷采样点数就得到了分辨率。举个例子，我这个代码中采样频率为256KHz，采样点数为256，所以采样的分辨率就是1KHz。 这个公式也解释了为什么采样频率不能定的很大，这样的话会导致分辨率变得很大。 第二个方面 采样频率有了，求倒数可得采样周期，也就是每隔多长时间采一个点。但是单片机的ADC采样不可能一瞬间就能把采到的模拟量转换为数字量，需要一段转换时间，所以转换时间一定要小于采样周期，否则得到的采样数据就会有问题。 转换时间太短也不好，可能会导致采样的值不准确（最理想的情况就是转换时间与采样周期相等）。 转换时间=采样时间长度÷时钟周期 下面就是关于配置ADC的全部代码 void ADC_GPIO_Configuration(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能GPIOA时钟 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; //管脚 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; //模拟输入模式 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //GPIO组 } void ADC_TIM3_Configuration(void) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); // 时钟分频（预分频器值）和周期值设置为满足 256 kHz 采样频率的配置 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 280; // 修改为满足采样频率的周期值 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 1 - 1; // 修改为满足采样频率的预分频器值 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure); TIM_SelectOutputTrigger(TIM3, TIM_TRGOSource_Update); TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); } void ADC_DMA_NVIC_Configuration(void) { NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel1_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); DMA_ClearITPendingBit(DMA1_IT_TC1); DMA_ITConfig(DMA1_Channel1,DMA1_IT_TC1,ENABLE); } void ADC_DMA_Configuration(void) { DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure; RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,ENABLE); DMA_DeInit(DMA1_Channel1); DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32)&ADC1->DR; DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)ADC_SourceData; DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = SAMPLS_NUM; DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord; DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High; DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure); DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);//使能DMA ADC_DMA_NVIC_Configuration(); } void ADC_Init_Configuration(void)//ADC配置函数 { ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE); RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div4);//分频 ADC_DeInit(ADC1); ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T3_TRGO; ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 1, ADC_SampleTime_7Cycles5); //最后一个参数为 ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE); ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); ADC_ResetCalibration(ADC1); while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); ADC_StartCalibration(ADC1); while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); ADC_ExternalTrigConvCmd(ADC1, ENABLE); //ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); } void Adc_Init(void) { ADC_GPIO_Configuration(); ADC_TIM3_Configuration(); ADC_DMA_Configuration(); ADC_Init_Configuration(); } //ADC_DMA中断服务程序 void DMA1_Channel1_IRQHandler(void) { if(DMA_GetITStatus(DMA1_IT_TC1) != RESET) { global.adc_finish_fg = true; DMA_ClearITPendingBit(DMA1_IT_TC1); } } FFT函数stm32F1会有官方给的FFT函数，这里分享给大家。 链接：https://pan.baidu.com/s/18ydSdSU6_8MIIK1tqq5Tlw?pwd=c8t6 提取码：c8t6 void cr4_fft_64_stm32(void *pssOUT, void pssIN, u16 Nbin); / 256 points */ void cr4_fft_256_stm32(void *pssOUT, void pssIN, u16 Nbin); / 1024 points */ void cr4_fft_1024_stm32(void *pssOUT, void *pssIN, u16 Nbin); 官方给了3种，区别在于采样点数不同，采样点数越高，进行FFT计算后的精度也就越高。 这里要注意输入的数据是有要求的：输入的数据长度要与函数名给的一致，每个输入样本都应该是一个复数值，通常以结构体的形式表示，包含两个成员：实部和虚部。 void Get_FFT_Source_Data(EN_FFT_CHANNEL channel_idx) { u16 i; for(i=0; i Get_FFT_Source_Data(FFT_CHANNEL_1); cr4_fft_256_stm32(FFT_OutData, FFT_SourceData, SAMPLS_NUM); GetPowerMag(); // for(int i = 0; i < SAMPLS_NUM; i++) { printf("FFT_SourceData[%d]: %lu\n", i, FFT_SourceData[i]); // } // printf("FFT_Mag values:\n"); // for(int i = 0; i < SAMPLS_NUM / 2; i++) { printf("FFT_Mag[%d]: %lu\n", i, FFT_Mag[i]); // } } 得到幅频特性序列 void GetPowerMag(void) { signed short lX, lY; float X, Y, Mag; unsigned short i; unsigned long maxMag = 0; unsigned long secondMaxMag = 0; unsigned short maxIndex = 0; unsigned short secondMaxIndex = 0; for(i = 0; i secondMaxMag = maxMag; secondMaxIndex = maxIndex; maxMag = FFT_Mag[i]; maxIndex = i; } else if (FFT_Mag[i] > secondMaxMag) { secondMaxMag = FFT_Mag[i]; secondMaxIndex = i; } } // printf("Maximum FFT_Mag value: %lu at index %u\n", maxMag, maxIndex); printf("波形频率:%u\nKHz", secondMaxIndex); }得到FFT_Mag[i]之后，就快要成功了，在FFT_Mag[i]中找到最大的幅值所对应的序号，用序号×分辨率就得到了该波形的频率了。（这是理想情况） 实际情况是单片机只能采集0-3.3v的电压，在把波形送入单片机时必须要进行偏置，也就为信号混入了直流，可能会导致最大的幅值所对应的序号为0，所以我找的是第二大的点。（或者还有什么解决办法，大家可以在评论区说说） 主函数 int main(void) { Adc_Init(); USARTx_Init(115200); // 初始化串口 delay_init(72); // 初始化延时函数 while(1) { if(global.adc_finish_fg) { global.adc_finish_fg = true; FFT_test(); // printf("找到的最大值索引: %u\n", maxMagIndex); // for (int i = 0; i < SAMPLS_NUM; i++) // { // printf("adc值[%d]：%d\n",i, ADC_SourceData[i]); // } // 将标志复位为false，等待下一次DMA传输完成触发FFT计算 global.adc_finish_fg = false; } } }最后附上完整代码链接：https://pan.baidu.com/s/1l6y9Iwpz7smP1SFnZNjVGQ?pwd=c8t6 提取码：c8t6 |
今日新闻 |
点击排行 |
|
推荐新闻 |
图片新闻 |
|
专题文章 |
| CopyRight 2018-2019 实验室设备网 版权所有 win10的实时保护怎么永久关闭 |