你的浏览器版本过低，可能导致网站不能正常访问！
为了你能正常使用网站功能，请使用这些浏览器。

st-img
chrome st-img
firefox st-img
safari st-img
ie8及以上

【经验分享】如何使用STM32提供的DSP库进行FFT

[复制链接]
STMCU小助手 发布时间：2022-1-15 23:08
前些日子，因为需要在STM32F103系列处理器上，对采集的音频信号进行FFT，所以花了一些时间来研究如何高效并精确的在STM32F103系列处理器上实现FFT。在网上找了很多这方面的资料做实验并进行比较，最终选择了使用STM32提供的DSP库这种方法。
　　本文将以一个实例来介绍如何使用STM32提供的DSP库函数进行FFT。

1.FFT运算效率
　　使用STM32官方提供的DSP库进行FFT，虽然在使用上有些不灵活（因为它是基4的FFT，所以FFT的点数必须是4^n），但其执行效率确实非常高效，看图1所示的FFT运算效率测试数据便可见一斑。该数据来自STM32 DSP库使用文档。
092014394315467.png
图1 FFT运算效率测试数据
　　由图1可见，在STM32F10x系列处理器上，如果使用72M的系统主频，进行64点的FFT运算，仅仅需要0.078ms而已。如果是进行1024点的FFT运算，也才需要2.138ms。

2.如何使用STM32提供的DSP库函数
2.1下载STM32的DSP库
2.2添加DSP库到自己的工程项目中
　　下载得到STM32的DSP库之后，就可以将其添加到自己的工程项目中了。
　　其中，inc文件夹下的stm32_dsp.h和table_fft.h两个文件是必须添加的。stm32_dsp.h是STM32的DSP库的头文件。
　　src文件夹下的文件可以有选择的添加（用到那个添加那个即可）。因为我只用到了256点的FFT，所以这里我只添加了cr4_fft_256_stm32.s文件。添加完成后的项目框架如图2所示。
092016446347416.png
图2 项目框架
2.3模拟采样数据
　　根据采样定理，采样频率必须是被采样信号最高频率的2倍。这里，我要采集的是音频信号，音频信号的频率范围是20Hz到20KHz，所以我使用的采用频率是44800Hz。那么在进行256点FFT时，将得到44800Hz / 256 = 175Hz的频率分辨率。
　　为了验证FFT运算结果的正确性，这里我模拟了一组采样数据，并将该采样数据存放到了long类型的lBufInArray数组中，且该数组中每个元素的高16位存储采样数据的实部，低16位存储采样数据的虚部(总是为0)。
　　为什么要这样做呢？是因为后面要调用STM32的DSP库函数，需要传入的参数规定了必须是这样的数据格式。
　　下面是具体的实现代码：
  1. /******************************************************************
  2. 函数名称:InitBufInArray()
  3. 函数功能:模拟采样数据，采样数据中包含3种频率正弦波(350Hz，8400Hz，18725Hz)
  4. 参数说明:
  5. 备    注:在lBufInArray数组中，每个数据的高16位存储采样数据的实部，
  6.           低16位存储采样数据的虚部(总是为0)
  7. 作　　者:博客园 依旧淡然（http://www.cnblogs.com/menlsh/）
  8. *******************************************************************/
  9. void InitBufInArray()
  10. {
  11.     unsigned short i;
  12.     float fx;
  13.     for(i=0; i<NPT; i++)
  14.     {
  15.         fx = 1500 * sin(PI2 * i * 350.0 / Fs) +
  16.              2700 * sin(PI2 * i * 8400.0 / Fs) +
  17.              4000 * sin(PI2 * i * 18725.0 / Fs);
  18.         lBufInArray[i] = ((signed short)fx) << 16;
  19.     }
  20. }
复制代码

　　其中，NPT是采样点数256，PI2是2π（即6.28318530717959），Fs是采样频率44800。可以看到采样数据中包含了3种频率的正弦波，分别为350Hz，8400Hz和18725Hz。

2.4调用DSP库函数进行FFT
　　进行256点的FFT，只需要调用STM32 DSP库函数中的cr4_fft_256_stm32()函数即可。该函数的原型为：
　　void cr4_fft_256_stm32(void *pssOUT, void *pssIN, uint16_t Nbin);
　　其中，参数pssOUT表示FFT输出数组指针，参数pssIN表示要进行FFT运算的输入数组指针，参数Nbin表示了点数。至于该函数的具体实现，因为是用汇编语言编写的，我也不懂，这里就不妄谈了。
　　下面是具体的调用实例：
　　cr4_fft_256_stm32(lBufOutArray, lBufInArray, NPT);
　　其中，参数lBufOutArray同样是一个long类型的数组，参数lBufInArray就是存放模拟采样数据的采样数组，NPT为采样点数256。
　　调用该函数之后，在lBufOutArray数组中就存放了进行FFT运算之后的结果数据。该数组中每个元素的数据格式为；高16位存储虚部，低16位存储实部。

2.5计算各次谐波幅值
　　得到FFT运算之后的结果数据之后，就可以计算各次谐波的幅值了。
　　下面是具体的实现代码：
  1. /******************************************************************
  2. 函数名称:GetPowerMag()
  3. 函数功能:计算各次谐波幅值
  4. 参数说明:
  5. 备　　注:先将lBufOutArray分解成实部(X)和虚部(Y)，然后计算幅值(sqrt(X*X+Y*Y)
  6. 作　　者:博客园 依旧淡然（http://www.cnblogs.com/menlsh/）
  7. *******************************************************************/
  8. void GetPowerMag()
  9. {
  10.     signed short lX,lY;
  11.     float X,Y,Mag;
  12.     unsigned short i;
  13.     for(i=0; i<NPT/2; i++)
  14.     {
  15.         lX  = (lBufOutArray[i] << 16) >> 16;
  16.         lY  = (lBufOutArray[i] >> 16);
  17.         X = NPT * ((float)lX) / 32768;
  18.         Y = NPT * ((float)lY) / 32768;
  19.         Mag = sqrt(X * X + Y * Y) / NPT;
  20.         if(i == 0)
  21.             lBufMagArray[i] = (unsigned long)(Mag * 32768);
  22.         else
  23.             lBufMagArray[i] = (unsigned long)(Mag * 65536);
  24.     }
  25. }
复制代码

　　其中，数组lBufMagArray存储了各次谐波的幅值。
2.6实验结果
　　通过串口，我们可以将lBufMagArray数组中各次谐波的幅值（即各个频率分量的幅值）输出打印出来，具体实验数据如下所示：
  1. i,         P,       Mag,         X,         Y
  2.    0,         0,         4,         0,        -4
  3.    1,       175,        14,        -6,        -4
  4.    2,       350,      1492,       746,        -3
  5.    3,       525,        11,        -5,        -3
  6.    4,       700,         8,        -3,        -3
  7.    5,       875,         8,        -4,        -2
  8.    6,      1050,         6,        -3,         0
  9.    7,      1225,         6,        -3,         0
  10.    8,      1400,         8,        -4,        -2
  11.    9,      1575,         8,        -4,         0
  12.   10,      1750,         4,        -2,         0
  13.   11,      1925,         8,        -4,        -1
  14.   12,      2100,         6,        -3,         0
  15.   13,      2275,         5,        -2,        -2
  16.   14,      2450,         6,        -3,        -1
  17.   15,      2625,         8,        -3,        -3
  18.   16,      2800,         4,        -2,         0
  19.   17,      2975,         6,        -3,        -1
  20.   18,      3150,         6,        -3,         0
  21.   19,      3325,         6,        -3,         0
  22.   20,      3500,         2,        -1,         0
  23.   21,      3675,         4,        -2,         0
  24.   22,      3850,         4,        -2,         0
  25.   23,      4025,         4,        -2,         0
  26.   24,      4200,         6,        -3,         0
  27.   25,      4375,         6,        -3,         0
  28.   26,      4550,         4,        -2,         0
  29.   27,      4725,         6,        -3,         0
  30.   28,      4900,         2,        -1,         0
  31.   29,      5075,         4,        -2,        -1
  32.   30,      5250,         4,        -2,         0
  33.   31,      5425,         2,        -1,         0
  34.   32,      5600,         4,        -2,        -1
  35.   33,      5775,         6,        -3,        -1
  36.   34,      5950,         2,        -1,        -1
  37.   35,      6125,         6,        -3,        -1
  38.   36,      6300,         2,        -1,         0
  39.   37,      6475,         6,        -3,         0
  40.   38,      6650,         4,        -2,         0
  41.   39,      6825,         4,        -2,        -1
  42.   40,      7000,         2,        -1,         0
  43.   41,      7175,         6,        -3,         0
  44.   42,      7350,         2,        -1,         0
  45.   43,      7525,         2,        -1,         0
  46.   44,      7700,         2,        -1,         0
  47.   45,      7875,         2,        -1,         0
  48.   46,      8050,         4,        -2,         0
  49.   47,      8225,         2,        -1,         0
  50.   48,      8400,      2696,      1348,         0
  51.   49,      8575,         2,        -1,        -1
  52.   50,      8750,         0,         0,         0
  53.   51,      8925,         4,        -2,        -1
  54.   52,      9100,         2,         0,        -1
  55.   53,      9275,         0,         0,         0
  56.   54,      9450,         2,        -1,        -1
  57.   55,      9625,         2,        -1,         0
  58.   56,      9800,         2,        -1,         0
  59.   57,      9975,         2,        -1,        -1
  60.   58,     10150,         2,        -1,        -1
  61.   59,     10325,         2,        -1,         0
  62.   60,     10500,         0,         0,         0
  63.   61,     10675,         2,        -1,         0
  64.   62,     10850,         4,        -2,        -1
  65.   63,     11025,         2,        -1,        -1
  66.   64,     11200,         0,         0,         0
  67.   65,     11375,         2,        -1,         0
  68.   66,     11550,         0,         0,         0
  69.   67,     11725,         2,        -1,        -1
  70.   68,     11900,         2,        -1,        -1
  71.   69,     12075,         2,        -1,         1
  72.   70,     12250,         2,        -1,         1
  73.   71,     12425,         4,        -2,         1
  74.   72,     12600,         4,        -2,        -1
  75.   73,     12775,         2,        -1,         1
  76.   74,     12950,         0,         0,         0
  77.   75,     13125,         4,        -2,         0
  78.   76,     13300,         4,        -2,         0
  79.   77,     13475,         2,        -1,         0
  80.   78,     13650,         2,        -1,         0
  81.   79,     13825,         4,        -2,        -1
  82.   80,     14000,         2,        -1,         0
  83.   81,     14175,         4,        -2,         0
  84.   82,     14350,         2,        -1,         1
  85.   83,     14525,         4,        -2,         1
  86.   84,     14700,         4,        -2,         1
  87.   85,     14875,         2,        -1,         1
  88.   86,     15050,         4,        -2,         0
  89.   87,     15225,         2,        -1,         0
  90.   88,     15400,         4,        -2,         1
  91.   89,     15575,         4,        -2,         1
  92.   90,     15750,         2,        -1,         0
  93.   91,     15925,         2,        -1,         1
  94.   92,     16100,         2,        -1,         1
  95.   93,     16275,         2,        -1,         1
  96.   94,     16450,         4,        -2,         1
  97.   95,     16625,         2,        -1,         1
  98.   96,     16800,         2,        -1,        -1
  99.   97,     16975,         4,        -2,         0
  100.   98,     17150,         2,        -1,         0
  101.   99,     17325,         4,        -2,         0
  102. 100,     17500,         4,        -2,         1
  103. 101,     17675,         4,        -2,         0
  104. 102,     17850,         4,        -2,         1
  105. 103,     18025,         4,        -2,        -1
  106. 104,     18200,         2,        -1,         1
  107. 105,     18375,         4,        -2,         0
  108. 106,     18550,         2,        -1,         1
  109. 107,     18725,      3996,      1998,         1
  110. 108,     18900,         2,        -1,         0
  111. 109,     19075,         2,        -1,         1
  112. 110,     19250,         4,        -2,         1
  113. 111,     19425,         4,        -2,         1
  114. 112,     19600,         2,         0,         1
  115. 113,     19775,         2,        -1,         0
  116. 114,     19950,         0,         0,         0
  117. 115,     20125,         4,        -2,         1
  118. 116,     20300,         2,         0,         1
  119. 117,     20475,         2,         0,         1
  120. 118,     20650,         2,        -1,         1
  121. 119,     20825,         2,        -1,         1
  122. 120,     21000,         2,        -1,         1
  123. 121,     21175,         2,        -1,         0
  124. 122,     21350,         2,         0,         1
  125. 123,     21525,         2,        -1,         0
  126. 124,     21700,         0,         0,         0
  127. 125,     21875,         2,        -1,         1
  128. 126,     22050,         2,        -1,         1
  129. 127,     22225,         2,         0,         1
复制代码

　　在以上的实验数据中，我们分别打印出来了点数、频率、幅值、实部、虚部信息。
　　由以上的实验数据，我们可以看出，在频率为350Hz，8400Hz和18725Hz时，幅值出现峰值，分别为1492、2696和3996，这与我们所预期的结果正好相符，从而验证了实验结果的正确性。

赞 收藏 评论0 发布时间：2022-1-15 23:08

举报

0个回答

所属标签

相似分享

官网相关资源

关于
意法半导体
我们是谁
投资者关系
意法半导体可持续发展举措
创新与技术
意法半导体官网
联系我们
联系ST分支机构
寻找销售人员和分销渠道
社区
媒体中心
活动与培训
隐私策略
隐私策略
Cookies管理
行使您的权利
官方最新发布
STM32N6 AI生态系统
STM32MCU,MPU高性能GUI
ST ACEPACK电源模块
意法半导体生物传感器
STM32Cube扩展软件包
关注我们
st-img 微信公众号
st-img 手机版