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第32章 实数FFT的实现
! ~1 c- ?. D) T- J. V/ Q5 D9 e3 ] 本章主要讲解实数的浮点和定点Q31,Q15的实现。关于这部分的知识点和函数的计算结果上,官方的文档有一些小错误,在章节中会跟大家详细讲述,还有一个要注意的问题,调用实数FFT函数一定要使用CMSIS-DSP V1.4.4及其以上版本,以前的版本有bug。 本章节使用的复数FFT函数来自ARM官方库的TransformFunctions部分 32.1 复数FFT 32.2 复数FFT-基2算法 32.3 复数FFT-基4算法 32.4 总结
w, C( E" y }' ~8 z1 {9 a) ^9 ~; K8 _; c+ A5 ^" ^# r& X
32.1 实数FFT" ]& G! X/ D ^, I x
32.1.1 描述 CMSIS DSP库里面包含一个专门用于计算实数序列的FFT库,很多情况下,用户只需要计算实数序列即可。计算同样点数FFT的实数序列要比计算同样点数的虚数序列有速度上的优势。 快速的rfft算法是基于混合基cfft算法实现的。 一个N点的实数序列FFT正变换采用下面的步骤实现: 由上面的框图可以看出,实数序列的FFT是先计算N/2个实数的CFFT,然后再重塑数据进行处理从而获得半个FFT频谱即可(利用了FFT变换后频谱的对称性)。 一个N点的实数序列FFT逆变换采用下面的步骤实现: 实数FFT支持浮点,Q31和Q15三种数据类型。
/ q0 v, s' V. p32.2 实数FFT
4 q/ ^) S+ j$ I9 f32.2.1 arm_rfft_fast_f32函数定义如下: void arm_rfft_fast_f32( arm_rfft_fast_instance_f32 * S, float32_t * p, float32_t * pOut, uint8_t ifftFlag) 参数定义: [in] *S points to an arm_rfft_fast_instance_f32 structure. [in] *p points to the input buffer. [in] *pOut points to the output buffer. [in] ifftFlag RFFT if flag is 0, RIFFT if flag is 1 注意事项: 结构arm_rfft_fast_instance_f32的定义如下(在文件arm_math.h文件): typedef struct { arm_cfft_instance_f32 Sint; /**< Internal CFFT structure. */ uint16_t fftLenRFFT; /**< length of the real sequence */ float32_t * pTwiddleRFFT; /**< Twiddle factors real stage */ } arm_rfft_fast_instance_f32 ; $ P8 l$ Y) ^) ?# X4 Z1 F5 D
下面通过在开发板上运行函数arm_rfft_fast_f32和arm_cfft_f32计算幅频响应,然后将相应的频率响应结果在Matlab上面绘制出来。 - /*
" f) Y5 [. z( j$ g$ v% w( k: x& y - ********************************************************************************************************* v Q+ D6 x7 {" \$ ~
- * 函 数 名: arm_rfft_fast_f32_app4 d, P1 F& M0 [% J4 r1 W
- * 功能说明: 调用函数arm_rfft_fast_f32计算1024点实数序列的幅频响应并跟使用函数arm_cfft_f32计算结果做对比1 {9 T* e/ i$ n) T' D& |
- * 形 参:无
' V# X! ^* \1 p& u& T - * 返 回 值: 无3 P8 B, o5 A& t6 r( t4 s- f0 m
- *********************************************************************************************************
/ t* n4 S; b# {, c6 y5 N - */
3 }; ?# v- i7 p* [ f. b - static void arm_rfft_fast_f32_app(void)
0 T a# H" @3 e7 Y2 U - { {( e# z9 Y `# n6 v& ]
- uint16_t i;3 l- M3 [9 l2 I+ j' @6 i/ m7 F
- arm_rfft_fast_instance_f32 S;
3 l# Q; M0 e* K f* R: f - /* 实数序列FFT长度 */
; T! I& J, _% \6 `2 ~, g" { - fftSize = 1024;
. e& O( F/ w. B% r) k0 M$ u - /* 正变换 */6 V3 t$ F+ L% v, X( Q0 @) [4 j6 F. H
- ifftFlag = 0; + l e0 \$ J" O B \9 `
- /* 初始化结构体S中的参数 */
( q4 w7 ~- R' y) E: o - arm_rfft_fast_init_f32(&S, fftSize);) k. `! E2 j0 A2 x* k6 d
- /* 按照实部,虚部,实部,虚部..... 的顺序存储数据 */
7 v) o; |3 p" r8 Z - for(i=0; i<1024; i++)
9 i" ?( O D! [6 Z, k. n( Q - {5 L. m6 A( U1 L) I' n/ E% e
- /* 50Hz正弦波,采样率1KHz */
* G0 U) X- ~- z% u - testInput_f32_10khz[i] = 1.2f*arm_sin_f32(2*3.1415926f*50*i/1000)+1;+ w, i/ _! W4 _8 Z& q
- }6 A i, Q7 `8 l9 M- k
- /* 1024点实序列快速FFT */ 4 j; E/ z+ g3 f8 L5 U# V
- arm_rfft_fast_f32(&S, testInput_f32_10khz, testOutput_f32_10khz, ifftFlag);) \! U. y7 R: w$ Q- u Y
- /* 为了方便跟函数arm_cfft_f32计算的结果做对比,这里求解了1024组模值,实际函数arm_rfft_fast_f328 |, Y: v( ^ I" k$ B0 D9 b! ?- K
- 只求解出了512组
" o" F7 L6 L$ P2 N - */
) b6 f4 V6 q% ] \1 E$ [) M - arm_cmplx_mag_f32(testOutput_f32_10khz, testOutput, fftSize);
& U$ C5 M3 z5 f2 K& x- Y - . O$ X& w5 C* T
- /* 串口打印求解的模值 */
1 J4 Y% U) b: l$ f6 Q - for(i=0; i<fftSize; i++)
4 d1 B( x- e# p - {# T3 |1 z% E4 m: i! B$ b K& S3 Y @6 T2 t
- printf("%f\r\n", testOutput[i]);
* }7 `& P& F5 U$ |8 X0 h - }2 Q {3 l" \# |1 O4 T
-
: i" l% V+ T: {4 @ - printf("****************************分割线***************************************\r\n");1 O q$ O' r6 M) R( w- q2 a3 j/ u
-
. Q; \( Y+ s S- S( q" K* a' r - for(i=0; i<1024; i++)
5 \6 d7 Y1 e$ b f" q - {; H4 m' B0 J: I' R
- /* 虚部全部置零 */
7 s6 `1 \" p- R8 N: m - testInput_f32_10khz[i*2+1] = 0;- Q, q2 n4 I- l9 B9 i& E1 |
- /* 50Hz正弦波,采样率1KHz ,作为实部 */( A5 y" E* l5 }8 O U
- testInput_f32_10khz[i*2] = 1.2f*arm_sin_f32(2*3.1415926f*50*i/1000)+1;
5 z0 s0 M/ B; v4 ]/ N# j q' J - }% M. m1 m A4 ~: X
- arm_cfft_f32(&arm_cfft_sR_f32_len1024, testInput_f32_10khz, ifftFlag, doBitReverse);
9 g8 ~. k$ k$ A6 {" i - /* 求解模值 */
; i0 l0 o: e1 q - arm_cmplx_mag_f32(testInput_f32_10khz, testOutput, fftSize);
* T* f& Z. b5 s# }' B H8 H -
5 S1 g" F$ Q7 X8 A& o3 A2 L. k - /* 串口打印求解的模值 */
/ C% a' s6 G' B' o5 ?5 n: e - for(i=0; i<fftSize; i++)1 a( s2 y7 h" d5 ?8 L7 p' P
- {
3 V6 ?4 \& t% e! K+ H" A - printf("%f\r\n", testOutput[i]);
) A, R6 q4 }3 j { - }
) R7 q f# ^2 K: e - }
复制代码运行如上函数可以通过串口打印出函数arm_rfft_fast_f32和arm_cfft_f32计算的幅频模值,下面通过Matlab绘制波形来对比这两种模值。 对比前需要先将串口打印出的两组数据加载到Matlab中,arm_rfft_fast_f32的计算结果起名signal,arm_cfft_f32的计算结果起名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
' s. T6 e' N1 m) x- v6 G) q3 n2 Q4 L+ G1 A# a
n = 0:N-1; % 采样序列 f = n * Fs / N; %真实的频率
! Z% o; q( g& a+ L
: P. c" x+ V! z3 M1 b( Msubplot(3,1,1); plot(f, signal); %绘制RFFT结果 title('实数FFT'); xlabel('时间'); ylabel('幅值'); 0 Q2 l) w* P: [$ ]
' r& u; g* G- R k
subplot(3,1,2); plot(f, sampledata); %CFFT结果 title('复数FFT'); xlabel('时间'); ylabel('幅值');
* j/ n% h# m6 w! q6 `
1 k$ p3 V4 a. f5 ]' G: ~, ^" `1 mMatlab运行结果如下: 从上面的前512点对比中,我们可以看出两者的计算结果是相符的。这里有一点要特别注意,官方文档中对于函数arm_rfft_fast_f32输出结果的实部,虚部排列顺序说明是错误的。函数arm_rfft_fast_f32的输出结果仍然是实部,虚部,实部,虚部….. 依次排列下去。 函数arm_rfft_fast_f32在计算直流分量(也就是频率为0的值)的虚部上是有错误的。关于这点大家可以将实际的实部和虚部输出结果打印出来做对比,但差别很小,基本可以忽略。 + N H& f% N2 G) A# |
32.2.2 arm_rfft_q15函数定义如下: void arm_rfft_q15( const arm_rfft_instance_q15 * S, q15_t * pSrc, q15_t * pDst) 参数定义: [in] *S points to an instance of the Q15 RFFT/RIFFT structure. [in] *pSrc points to the input buffer. [out] *pDst points to the output buffer. return none. 注意事项: 结构arm_rfft_instance_q15的定义如下(在文件arm_math.h文件): typedef struct { uint32_t fftLenReal; uint8_t ifftFlagR; uint8_t bitReverseFlagR; uint32_t twidCoefRModifier; q15_t *pTwiddleAReal; q15_t *pTwiddleBReal; const arm_cfft_instance_q15 *pCfft; } arm_rfft_instance_q15; " Q6 I! ]! {) v- F- O
下面通过在开发板上运行函数arm_rfft_q15和arm_cfft_f32计算幅频响应,然后将相应的频率响应结果在Matlab上面绘制出来。 - /*
e: V' [: o( d! z - *********************************************************************************************************; N% [* h8 b, L( F8 G
- * 函 数 名: arm_rfft_q15_app U% Q2 s* ]0 W( ?9 {- s
- * 功能说明: 调用函数arm_rfft_q15计算1024点实数序列的幅频响应并跟使用函数arm_cfft_f32计算的结果做对比。
- l/ i! _6 v- z; n1 X - * 形 参:无
, C" l. D5 x" ]9 e( |1 @ - * 返 回 值: 无. n' j4 x4 i: k0 R
- *********************************************************************************************************
7 w) ]- l/ {2 l) J \. G/ u" f" \ - */
; j' _+ Q0 t/ @8 Q( m! k5 ] - static void arm_rfft_q15_app(void)
8 y P' {% {2 _, |: ^9 D - {
2 |6 `% k0 @+ K - uint16_t i,j;4 G% y/ Q: {# P' V
- arm_rfft_instance_q15 S;
8 @$ j1 e+ [; X3 ], W% s+ N - /* 实数序列FFT长度 */
8 X1 f5 i* n, Z/ r# J4 j" H0 ] - fftSize = 1024;
- Q6 q+ A+ v3 W3 U - /* 正变换 */4 B* t! \, w" M6 h
- ifftFlag = 0;
/ l$ K5 n+ r1 F# A+ n% X3 @# o6 q6 ]) c - /* 码位倒序 */
) t; \( N. W" f) |5 l2 k9 P4 Q - doBitReverse = 1;
. S8 g. K& M4 X - /* 初始化结构体S */
1 [# o# J! u% a* V" A6 d - arm_rfft_init_q15(&S, fftSize, ifftFlag, doBitReverse);/ s+ I, m9 [! I3 \; l6 ^8 m
- /* 按照实部,虚部,实部,虚部..... 的顺序存储数据 */# q3 I% z/ G3 l3 _. B# }
- for(i=0; i<1024; i++)$ m, }9 {$ F2 w' v7 `+ ?& F
- {
, ~' S7 @) x" O - /* 51.2Hz正弦波,采样率1024Hz。
" x, n" r$ u8 T: L' R5 u% Q - arm_sin_q15输入参数的范围[0, 32768), 这里每20次为一个完整的正弦波,) D- `2 S" I# D" n/ U7 z
- 32768 / 20 = 1638.4# I$ M7 G5 [+ t- F2 J
- */
& W6 s& v F Q" K9 Z% ` - j = i % 20;8 _8 r- a- n& p& H# l
- testInput_q15_50hz[i] = arm_sin_q15(1638*j);$ \2 F( B" Q1 ]: V/ o
- }6 N& K7 N% a2 s5 ^% {/ W T
- /* 1024点实序列快速FFT */
. c- W# c0 X( j7 Z- l - arm_rfft_q15(&S, testInput_q15_50hz, testOutput_q15_50hz);; w' p! |: w: ^/ E# ^0 m
- /* 由于输出结果的格式是Q5,所以这里将定点数转换为浮点数 */+ ]* E; {( F; {$ {1 |( b( e
- for(i = 0; i < fftSize; i++) ~& z* v2 Y0 O* i& s3 x' ]
- {/ p, y# ~6 ~! j) S8 G
- testOutput_f32_10khz[i] = (float32_t)testOutput_q15_50hz[i]/32;) x; z; D5 y$ Q3 [. C+ j) P" N
- }' s4 B: q f( V& m+ M' e' Q& R& q
- /* 为了方便对比,这里求解了1024组复数,实际上面的变化只有512组 " ~# ^0 S5 R" [/ C3 f( Y9 Q
- 实际函数arm_rfft_q15只求解出了512组 */
3 W L5 I8 d& W& [; S/ S& N! K' O - arm_cmplx_mag_f32(testOutput_f32_10khz, testOutput, fftSize);
5 U& `' @9 r0 X6 s9 @ - " W y4 U) c4 e8 V- S9 G: z0 V8 H
- /* 串口打印求解的模值 */
2 c3 y" y7 |/ ^ - for(i=0; i<fftSize; i++)
* c5 `) ^4 R& c6 |' I/ ^$ W - {! r' m% v) ? I' Y
- printf("%f\r\n", testOutput[i]);
4 c8 a0 m- R( e7 o6 _( c" L6 z - }
. H( N+ o9 z2 F - printf("****************************分割线***************************************\r\n");
: R% n: E z8 f* X$ T5 V - for(i=0; i<1024; i++). ~5 T( v1 m0 J
- {
8 o" y( V5 E6 y" |- M3 w - /* 51.2Hz正弦波,采样率1024Hz。
, l5 u4 g$ a$ p1 I - arm_sin_q15输入参数的范围[0, 32768), 这里每20次为一个完整的正弦波,
) o' w1 d# M/ ?. r3 m* e - 32768 / 20 = 1638.4$ b4 Q) ]% P3 I' ?- U$ h
- */9 @ n5 i1 ^ R
- j = i % 20;
% y1 }" e- q/ _5 l e) a8 F - testInput_f32_10khz[i*2] = (float32_t) arm_sin_q15(1638*j)/32768;/ p, b0 `3 X' O" q( u% t
- /* 虚部全部置零 */
+ b+ C* W' a: v2 @7 j - testInput_f32_10khz[i*2+1] = 0;
) b Z+ A8 P* V' K - }
' g7 q) S8 r# ?9 c5 } - arm_cfft_f32(&arm_cfft_sR_f32_len1024, testInput_f32_10khz, ifftFlag, doBitReverse);) w: a0 ?. [! n w, i% z1 d- G
- /* 求解模值 */
+ ?5 O5 a5 k+ `( j: {8 y& V* V - arm_cmplx_mag_f32(testInput_f32_10khz, testOutput, fftSize);
- F9 ~8 n* l- ~% Q2 z& q - /* 串口打印求解的模值 */
: N) M4 b' W" x- m! ] - for(i=0; i<fftSize; i++)
% Q, l/ n g1 a! a O8 T5 {5 O3 z+ C - {
$ C8 H2 l5 |8 @+ R7 w - printf("%f\r\n", testOutput[i]);
% s& w9 Y: ?9 i0 y5 V& F - }
4 N4 k9 e% h% v - }
复制代码运行如上函数可以通过串口打印出函数arm_rfft_q15和arm_cfft_f32计算的幅频模值,下面通过Matlab绘制波形来对比这两种模值。 对比前需要先将串口打印出的两组数据加载到Matlab中,arm_rfft_q15的计算结果起名signal,arm_cfft_f32的计算结果起名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 + Y! R! \) I, [' Y7 r* q
4 ]' P" C3 ?& p& ?! Cn = 0:N-1; % 采样序列 f = n * Fs / N; %真实的频率
& Z$ j2 [% s6 e. f% l* h/ ]2 s
& z5 I/ S' E6 |! T: @subplot(3,1,1); plot(f, signal); %绘制RFFT结果 title('实数FFT'); xlabel('时间'); ylabel('幅值');
* F( h! z4 B2 M6 g- u: D3 w3 U. y
subplot(3,1,2); plot(f, sampledata); %CFFT结果 title('复数FFT'); xlabel('时间'); ylabel('幅值');
$ ?) H! ]8 f8 O. K7 U9 E) m; n: u+ U. Z/ Y# D, R# l& C
Matlab运行结果如下: 从上面的前512点对比中,我们可以看出两者的计算结果是相符的。这里有一点要特别注意,官方文档中对于函数arm_rfft_q31输出结果的实部,虚部排列顺序说明是错误的。函数arm_rfft_q31的输出结果仍然是实部,虚部,实部,虚部….. 依次排列下去。 " D3 j1 O$ |, U' u
32.2.3 arm_rfft_q31函数定义如下: void arm_rfft_q31( const arm_rfft_instance_q31 * S, q31_t * pSrc, q31_t * pDst) 参数定义: [in] *S points to an instance of the Q31 RFFT/RIFFT structure. [in] *pSrc points to the input buffer. [out] *pDst points to the output buffer. return none. 注意事项: 结构arm_rfft_instance_q31的定义如下(在文件arm_math.h文件): typedef struct { uint32_t fftLenReal; uint8_t ifftFlagR; uint8_t bitReverseFlagR; uint32_t twidCoefRModifier; q31_t *pTwiddleAReal; q31_t *pTwiddleBReal; const arm_cfft_instance_q31 *pCfft; } arm_rfft_instance_q31; 4 G% @ c0 K8 D7 @' R3 Y
下面通过在开发板上运行函数arm_rfft_q31和arm_cfft_f32计算幅频响应,然后将相应的频率响应结果在Matlab上面绘制出来。 - /*
; \" U8 T- \' }' O! P - *********************************************************************************************************% O: i! r2 b7 Q2 w' t
- * 函 数 名: arm_rfft_q31_app
. C1 J! d+ \; E- S2 q - * 功能说明: 调用函数arm_rfft_q31计算1024点实数序列的幅频响应并跟使用函数arm_cfft_f32计算的结果做对比。
( r! s1 U9 r8 c3 E - * 形 参:无4 p& Z! S7 Z6 i$ ~0 N% x
- * 返 回 值: 无2 \6 t$ M: {& _, Y+ N
- *********************************************************************************************************
! q/ {" L2 H4 l8 h( W - */
5 S# U# {. b( P: L/ ^2 X- ?+ q - static void arm_rfft_q31_app(void)
: D) U: P) d6 \ - {
! R, w2 X) s/ r; s! X0 h - uint16_t i,j;
5 D& N0 n! w) @4 Q( u - arm_rfft_instance_q31 S;! j: S6 r. V& Q* D3 L0 M9 {
- /* 实数序列FFT长度 */( j j3 _+ t- M, L ?: P
- fftSize = 1024; 2 Q+ g& `. F% T
- /* 正变换 */% J0 K8 P1 R8 l/ I% [( b
- ifftFlag = 0; - u1 W' q) Z' B' W
- /* 码位倒序 *// q" M8 k' w* H
- doBitReverse = 1; / g% s0 P% [+ w% N4 |% D2 ?6 F
- /* 初始化结构体S */& `1 ]* C2 j! b* |: \: q0 v
- arm_rfft_init_q31(&S, fftSize, ifftFlag, doBitReverse);' t, _7 {- n4 v0 A, @
- /* 按照实部,虚部,实部,虚部..... 的顺序存储数据 */
8 Y4 I: S; l# P- o& L! d( p$ [' w4 Q - for(i=0; i<1024; i++)
3 R% b; H4 e8 K! S* `( n2 G( c - {5 }& R" J) Q4 U- Q) |
- /* 51.2Hz正弦波,采样率1024Hz。
( z+ c, K3 r9 _2 w - arm_sin_q31输入参数的范围0-2^31, 这里每20次为一个完整的正弦波,
/ S' \+ ^- I6 k4 ~ - 2^31 / 20 = 107374182.4
1 u% u% @0 O+ i6 |: z# d! p$ K. t - */- j% {- V; z; {& I. U
- j = i % 20;
) F! o1 M3 ?. N( t6 d - testInput_q31_50hz[i] = arm_sin_q31(107374182*j);2 c8 x4 A2 M$ H- F7 E
- }$ Q$ }3 t; S) B
- /* 1024点实序列快速FFT */ + E" U2 _ @4 e( ]$ M4 i
- arm_rfft_q31(&S, testInput_q31_50hz, testOutput_q31_50hz);. _3 x0 V$ {7 e6 G! Y; y4 H) n2 h
- /* 由于输出结果的格式是Q21,所以这里将定点数转换为浮点数 */
0 s, d7 t3 I% n9 t# R. G1 S: x/ z- j - for(i = 0; i < fftSize; i++)! ?% h! B& n/ l' j( T
- {
5 n; F2 x& W9 }7 j - /* 输出的数据是11.21格式,2^21 = 4194304*/
" o4 g X/ h- j0 U - testOutput_f32_10khz[i] = (float32_t)testOutput_q31_50hz[i]/2097152;9 h7 E% e! t2 x: {! \! b* r% P: t
- }
. i' L- o* H# M: }( q! Z - /* 为了方便对比,这里求解了1024组复数,实际上面的变化只有512组 4 g. r! q/ b0 A# J" S& F
- 实际函数arm_rfft_q31只求解出了512组 */3 F# }; ~' d; ^+ F. g2 ^
- arm_cmplx_mag_f32(testOutput_f32_10khz, testOutput, fftSize);$ X! L( ^$ V$ V3 s/ @% {( V
- /* 串口打印求解的模值 */: w# u$ r. N7 G- }5 k
- for(i=0; i<fftSize; i++)
" q+ S9 C# \6 n" W - {
9 L( s+ q6 R: t - printf("%f\r\n", testOutput[i]);6 {; H; l" M* W" d# V f
- }
+ N e( [2 w+ n) x$ u% v! m - printf("****************************分割线***************************************\r\n");
9 a/ B+ J+ a$ l& {3 M, _. y7 R - for(i=0; i<1024; i++)! F- `2 Z: m& D' F% `
- {
( V7 @. a' j7 ^, d - /* 51.2Hz正弦波,采样率1024Hz。
& Y( p. R! z" I; w - arm_sin_q31输入参数的范围0-2^31, 这里每20次为一个完整的正弦波,
+ s- z" Q3 m& S7 e - 2^31 / 20 = 107374182.4
: p+ {( o/ q6 f2 I0 ~ - */6 s* S& W p, C8 q( _1 N4 F6 q
- j = i % 20;
3 M( J% N. Z1 W/ Q( [ - testInput_f32_10khz[i*2] = (float32_t)arm_sin_q31(107374182*j)/2147483648;0 Y/ D) x3 l+ K% |
- /* 虚部全部置零 */
( p& V8 d4 |0 i+ Y5 X" `3 [ - testInput_f32_10khz[i*2+1] = 0;
, Y/ R# Q% O9 p4 c - }1 \0 H9 @/ K4 P; e" t
- arm_cfft_f32(&arm_cfft_sR_f32_len1024, testInput_f32_10khz, ifftFlag, doBitReverse);6 v$ q" e3 X3 `4 a0 ?9 q9 c/ }+ P
- /* 求解模值 */
5 \& J2 [6 I2 I; q0 s, {! Z1 ^4 x - arm_cmplx_mag_f32(testInput_f32_10khz, testOutput, fftSize);. _/ K, l9 w( e# z( I
- /* 串口打印求解的模值 */6 m( u$ b0 s: t' q7 i0 S3 }" c; p
- for(i=0; i<fftSize; i++)% x t4 i* X2 H* o$ y; f$ J
- {2 p& z. w. l8 W( ?$ p3 e7 c
- printf("%f\r\n", testOutput[i]);
8 c- r- O0 f. B5 x' }/ h8 ]) R( ^ - }
- p: m; @ n; t- T- V - }
复制代码运行如上函数可以通过串口打印出函数arm_rfft_q15和arm_cfft_f32计算的幅频模值,下面通过Matlab绘制波形来对比这两种模值。 对比前需要先将串口打印出的两组数据加载到Matlab中,arm_rfft_q15的计算结果起名signal,arm_cfft_f32的计算结果起名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
" h3 ?' d8 R; t* y; u* @
7 ]9 R- K. ^$ C- |: g# Xn = 0:N-1; % 采样序列 f = n * Fs / N; %真实的频率 , O- _: B2 A5 x% {" B% x$ p
s6 [+ x; ~, F& i8 U- a& ]
subplot(3,1,1); plot(f, signal); %绘制RFFT结果 title('实数FFT'); xlabel('时间'); ylabel('幅值');
" g4 ~, x- c! ? N
' q4 r! L5 O6 zsubplot(3,1,2); plot(f, sampledata); %CFFT结果 title('复数FFT'); xlabel('时间'); ylabel('幅值'); S: @1 u. b6 `, Q' R
3 y; \- {& d k, \8 U6 J. VMatlab运行结果如下: 从上面的前512点对比中,我们可以看出两者的计算结果是相符的。这里有一点要特别注意,官方文档中对于函数arm_rfft_q31输出结果的实部,虚部排列顺序说明是错误的。函数arm_rfft_q31的输出结果仍然是实部,虚部,实部,虚部….. 依次排列下去。
7 j) ?0 i3 Q$ e, Z& `32.3 总结 使用实数FFT计算的时候要特别的注意本章节提到的几个错误点。
9 R! Y7 W+ V9 a; k6 t( ~; C+ h+ t |
谢谢!希望继续支持啊~~
程序是这样子:
用ADC采集值填入fft输入buff+ ?5 V1 j g# u
void ADC_proc(void)( p! M: Y7 { F& C7 i0 ?2 o
{ / ^- i: @; ^1 A
uint16_t ai,cnt;
5 l5 X7 m d! |# j: m
if(adc_conv_done)8 F" T6 @) r+ e
{# J8 E( ~, L$ f/ L0 }
adc_conv_done = 0;
7 x$ d- G- j: T: s
. r# _5 E0 g( _! m, K8 ?; Y& l
for(ai=0;ai<NPT;ai++)' W! [* L T# O4 u: [* f$ c! `( p
{7 V7 l: F5 {( R! m
lbufin[ai*2] = (float)(adc_buf[ai*2]-2048);
lbufin[ai*2+1] = (float)0;+ a% D5 r" B% M: ~
}
FFT_proc();
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc,(uint32_t*)adc_buf,sizeof(adc_buf)/2);
}, T& ~! W) Q/ Y" [3 B- e
}
6 m( g# y9 m# g5 A
i/ [5 G$ B) R
FFT处理
9 c. k6 i. Z4 C- l9 t
float lbufin[NPT*2]; /* Complex input vector */
float lbufout[NPT]; /* Complex output vector */, A* C8 p: R1 l% ?
float lbufmag; /* Magnitude vector */: h' Y% D# X! `3 {
uint16_t fftSize = 64;
/ w* F" U) q/ s: `/ S8 n
uint8_t ifftFlag = 0;
uint8_t doBitReverse = 1;6 Y; g9 v* ]7 H
uint16_t audio_mag;) k" k) w( x( S5 ?2 }: `
extern uint8_t audio_intf_flag;
//uint32_t refIndex = 213,$ c1 \1 G% R0 c- F
uint32_t testIndex = 0;3 z7 K/ @8 n) b0 M- j, z8 n
__IO uint8_t new_mag_flag;) @. q% C* G' Q* G! b+ b. v
0 u1 n4 Q" a4 v5 [' K) W
void FFT_proc()' e0 X& N# o% i; Z' J
{ 1 o- `; u/ v9 |1 P
arm_cfft_f32(&arm_cfft_sR_f32_len64, lbufin, ifftFlag, doBitReverse);9 C$ [3 y7 Q& Y* x
arm_cmplx_mag_f32(lbufin,lbufout,fftSize);2 u( b$ U1 i1 t3 i( T6 t
arm_max_f32(lbufout, NPT, &lbufmag, &testIndex);
} 9 V6 a m2 Z" F% U# o
" n8 H. v, [* ]