一.硬件部分
信号发生器，正点原子精英板，3.5’TFTLCD，两根杜邦线（接PC1和GND）
' s/ |; ?% y/ }( j4 }
二.基本思路
1.使用ADC采集音频信号
2.使用官方提供的FFT函数（1024点）对采集到的信号进行处理
  t$ L" _6 {0 t+ \! Y2 D3.量化、频谱图显示
采样频率：Fs = 2400Hz（触摸版本可以根据实际情况调整）
3 x5 _: b1 z7 b9 X' v8 ]4 ^  G- K样本数量：NPT = 1024

9 ?' e1 i& h7 L9 v% {! Z三.程序编写
1.ADC采样
这次用到的是ADC的DMA传输，这可以减少对程序的占用。这里着重关注这几行代码：

1. ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //ADC1 工作在独立模式
   
2. ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode =DISABLE; //模数转换工作在非扫描模式
   * x/ j, {5 H$ B4 l" j9 j
3. ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode =DISABLE; //模数转换工作在不连续转换模式
   * x- U; C- k& a0 I
4. ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T1_CC1; //Timer1触发转换开启(定时器T1的CC1通道，控制采样频率)

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假设有ADC1有四个通道需要转换（本例中只有一个通道）：



' a, m& H" G+ g6 Z" w5 d我的代码就是按这个写的，不这样写应该也可以，不过我认为还是要多注意细节，不然根本不知道问题出在哪儿。
( i" G/ ^3 [. w3 K

1. DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32)&ADC1->DR; //DMA 外设 ADC 基地址
   
2. DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&ADC_Value; //DMA 内存基地址

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DMA传输注意这两句，存放地址。
) p3 w" q& `0 O% i" S+ F& q
- }: U" l+ Z4 H, U0 V2.FFT频谱分析
; F6 h2 x2 G% Q, E8 r& W  s6 l先下载一个FFT官方库，添加这几个文件

8 o" z6 w9 P! c- }. |2 K+ q; v1 |
+ X. z$ c* P9 G( S' T/ k3 U
主要就是这几个函数

1. for(i=0;i<NPT;i++)
   9 Y. K9 D& N; @3 v
2.   {
   , f4 ]6 @0 C  r4 H+ V9 h$ w& r
3.     lBufInArray[i]=ADC_Value[i]<<16;
   
4.   }
     Y8 F. H) c/ [1 {
5.   cr4_fft_1024_stm32(lBufOutArray, lBufInArray, NPT);   
   # l' c& ?$ B2 J
6.   GetPowerMag();
   
7. /******************************************************************
   $ g5 E2 p) S$ E, @2 [3 R$ c
8. 函数名称:GetPowerMag()
   # Y, g: k5 a0 Q# N5 _3 J; R
9. 函数功能:计算各次谐波幅值  [short 的范围，是-32767 到 32767 。也就是 -(2^15 - 1)到(2^15 - 1)。]
   2 }8 q5 A; _. `+ w6 T/ V7 K% }  b
10. 参数说明:
    
11. 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)
    
12. *******************************************************************/
    8 d% K" L2 X4 W* w5 Q% A" a! Q5 _' i
13. void GetPowerMag(void)
    2 v1 k# \9 o1 B2 E% N
14. {
    
15.     signed short lX,lY;                                                  //算频率的话Fn=i*Fs/NPT  //由于此处i是从0开始的，所以不需要再减1
    
16.     float X,Y,Mag;                                                      
    
17.     unsigned short i;
    4 q  g5 t( o8 \$ j  u4 L0 j
18.     for(i=0; i<NPT/2; i++)                                                  //经过FFT后，每个频率点处的真实幅值  A0=lBufOutArray[0]/NPT
    
19.     {                                                                       //                                 Ai=lBufOutArray[i]*2/NPT
    . O$ j( p& j. ]+ x- O, X* e
20.         lX  = (lBufOutArray[i] << 16) >> 16;  //lX  = lBufOutArray[i];
    
21.         lY  = (lBufOutArray[i] >> 16);
    
22.                                     
    
23.         X = NPT * ((float)lX) / 32768;//除以32768再乘65536是为了符合浮点数计算规律,不管他
    
24.         Y = NPT * ((float)lY) / 32768;
    
25.         Mag = sqrt(X * X + Y * Y) / NPT;
    8 p! Y( I8 y% Y9 y, L" Z# A
26.         if(i == 0)
    7 I* E7 @- L# Z
27.             lBufMagArray[i] = (unsigned long)(Mag * 32768);   //0Hz是直流分量，直流分量不需要乘以2
    $ L. g2 s  f& [1 m) t$ n- T
28.         else
    
29.             lBufMagArray[i] = (unsigned long)(Mag * 65536);
    % ~6 N9 z7 Q$ I( C6 `2 a# Z9 s
30.     }
    
31. }

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需要说明的是：按照FFT官方库的说明，lBufOutArray和lBufInArray都必须是32位的数据类型，其中高16位存储实部，低16位存储虚部。因为信号发生器输出的不可能是虚数，所以对于lBufInArray来说，低16位存储的虚部总是为0。上面的代码，主要就是计算各次谐波的幅值，就是把虚部和实部取出来平方开根号。

1. void lcd_show_fft(unsigned int *p)
   % p6 d- ]7 t; K5 {/ V  e5 k
2. {
   
3.    unsigned int *pp = p+1;             //p+1相当于我直接把0HZ部分滤掉了
   5 |7 r3 I- R5 G! d; b
4.    unsigned int i = 0;
   9 {# V! ^9 W# o0 H5 H+ D
5.    for(i = 0;i<480;i++)
   
6.    {
   
7.       LCD_Fill(0,        i, *pp*0.11, (i+1), WHITE);     //有效部分白色      
   ) @8 w/ d7 \7 L" v1 g8 |' \
8.       LCD_Fill(*pp*0.11, i, 270,       (i+1), BLACK);   //其他就黑色
   
9.       pp++;
   ) k! O' Q( P" G0 [% z6 O: T
10.    }
    
11. }

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显示的函数也没什么可讲的，注意不要用画直线的函数，刷屏很慢。
, ~8 p2 g: K# }5 o8 [! j5 p
* Q9 W1 H$ ~* ~
, [6 `/ {. C; Q& j( d% n3.波形识别
& w) g; d1 u5 w0 n$ f先说说我的思路，这个思路肯定不是最好的，我们先来看看各个波形的特点：


/ \6 F/ ?5 D6 Y' Z6 j


正弦波：只有基波分量，基本无谐波分量，没什么好说的。
; _. ?$ o  {% z! c方波：除了基波，还有3，5，7次谐波分量，且3次谐波分量为基波分量的1/3.
三角波：除了基波，还有3，5，7次谐波分量，但3次谐波分量为基波分量的1/9.
( q! O, _8 c$ j: |# X锯齿波：除了基波，还有2，3，4次谐波分量.
8 x$ Y; }; b4 O1 D- S! {
" Z( g& |/ L+ X$ n! b

1. /***********************************************
   " l: X- C, W7 _; n7 T8 N- Y6 s  o
2. 找最大值，次大值……对应的频率，分析波形
   
3. *************************************************/
   $ d7 o" G% H& r: ?8 ?
4. void select_max(float *f,float *a)
   
5. {
   6 U% C1 k7 Y: z: ?" E9 d
6.    int i,j;
   
7.    float k,k1,m;
   9 v( L, }0 u7 Z: b; V& e, Q
8.     float aMax =0.0,aSecondMax = 0.0,aThirdMax = 0.0,aFourthMax=0.0;
   ; [/ n$ ]* m, u* r1 {$ c$ X
9.     float fMax =0.0,fSecondMax = 0.0,fThirdMax = 0.0,fFourthMax=0.0;
   
10.    int nMax=0,nSecondMax=0,nThirdMax=0,nFourthMax=0;
    3 n6 A) o& P5 |( b
11.    for ( i = 1; i < NPT/2; i++)//i必须是1，是0的话，会把直流分量加进去！！！！
    ( }! {6 h) g9 H% @
12.     {
    ! V& _& b$ Z$ \6 H7 Y, w
13.         if (a[i]>aMax)
    3 w) O6 t( ~' |4 U7 X) o- m
14.         {
    $ n) N  z+ D+ M5 Y0 Q
15.             aMax = a[i];
    5 }- s  }8 k1 U5 w% [
16.        nMax=i;
    
17.        fMax=f[nMax];
    
18.         }
    % E0 s) q: s2 j4 U6 k2 ~8 m( P/ I
19.     }
    1 E8 z0 i0 n9 L% F
20.   for ( i=1; i < NPT/2; i++)
    2 u. u6 j) o9 P" N, e
21.     {
    
22.     if (nMax == i)
    0 z9 S' [# J* S5 S: }
23.     {
    + I! Q" u1 y2 @2 r  t. R% X( q- `
24.       continue;//跳过原来最大值的下标，直接开始i+1的循环
    
25.     }
    
26.         if (a[i]>aSecondMax&&a[i]>a[i+1]&&a[i]>a[i-1])
      U3 s0 N& c+ b3 A
27.         {
    
28.             aSecondMax = a[i];
    1 X# r5 H6 C) U6 |% n, n
29.        nSecondMax=i;
    7 J8 u+ B& e% ^& h+ `
30.        fSecondMax=f[nSecondMax];
    
31.         }
    
32.     }
    
33.   for ( i=1; i < NPT/2; i++)
    3 q- H& n0 b6 u5 K$ v; |9 h7 `8 Y9 h
34.     {
    
35.     if (nMax == i||nSecondMax==i)
    ) u7 k7 V! Y4 L# I  b8 _) f5 @
36.     {
    
37.       continue;//跳过原来最大值的下标，直接开始i+1的循环
    
38.     }
    ( [% @2 m) s! S& d
39.         if (a[i]>aThirdMax&&a[i]>a[i+1]&&a[i]>a[i-1])
    
40.         {
    9 H6 ]3 a5 r$ S5 x
41.             aThirdMax = a[i];
    ( f- ?! G0 H$ a/ ~; i1 z0 _
42.        nThirdMax=i;
    8 u6 N+ w: ^: E- l' i
43.        fThirdMax=f[nThirdMax];
    ) t6 \6 U! e6 A0 K- D6 h
44.         }
    
45.     }
    
46.   for ( i=1; i < NPT/2; i++)
    
47.     {
    
48.     if (nMax == i||nSecondMax==i||nThirdMax==i)
    " s) F3 F4 y2 b" U' A
49.     {
    
50.       continue;//跳过原来最大值的下标，直接开始i+1的循环
    # l& y+ ?) M  T% I- i/ @
51.     }
    1 j, W1 b, N( m1 n
52.         if (a[i]>aFourthMax&&a[i]>a[i+1]&&a[i]>a[i-1])
    + m' E- G2 C4 ^: X4 y9 V1 W
53.         {
    
54.             aFourthMax = a[i];
    
55.        nFourthMax=i;
    
56.        fFourthMax=f[nFourthMax];
    
57.         }
    
58.     }
    9 P- C- ]. R# M# Y3 M$ {
59.   k=fabs(2*fMax-fSecondMax);
    / c, B" T9 Q( g1 l
60.   k1=fabs(3*fMax-fSecondMax);
    6 p# x; I, {. h7 R# o. A, ]
61.   m=fabs((float)(aMax-3.0*aSecondMax));
    
62.   if(k<=5)
    
63.      LCD_ShowString(275,230,12*4,12,12,"JvChi  ");
    
64.   else if(k1<=5&&m<0.4)
    . o( r6 D$ Z  k4 W
65.      LCD_ShowString(275,230,12*4,12,12,"Fang   ");
    * i, A* n, V' ?0 ]- P" w
66.   else if(k1<=5&&m>=0.4)
    
67.      LCD_ShowString(275,230,12*4,12,12,"SanJiao");
    
68.   else LCD_ShowString(275,230,12*4,12,12,"Sin    ");
    
69. }
    7 E+ G0 a- o- c3 ^

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这里我们要做的，就是把各次谐波的频率和对应的的幅值提取出来，我采用了两种方法，并把它们结合起来使用。首先是求幅值的最大值、次大值和次次大值，网上也有人写过，我直接拿来用感觉并不好用，就自己写了一个。求出来之后还要和两侧的值比较，看他是否为极大值，是的话才保留。最后，按前面的思路进行比较，比较时的参数是我自己选的（适用于50Hz~200Hz，其他范围的可能也可以）。
. a* U2 S! e( H
& }: d5 h, o2 M. l0 D% m. }4.触屏调整采样频率
我最初定的采样频率是2400Hz，因为要求的最大可以分析1kHz的谐波，采样频率要大于2倍的信号频率。通过计算，频率分辨率只有2.34Hz，这样导致有些频率和幅值测得不准确。补零也不能提高频率分辨率，就考虑实时的改变采样频率。
! \: y$ ]( `. t# Z0 Q

1. if(tp_dev.sta&TP_PRES_DOWN)   //触摸屏被按下
   
2. {
   
3.   if(tp_dev.x[0]>270&&tp_dev.x[0]<320&&tp_dev.y[0]>360&&tp_dev.y[0]<400)
   ) Q; G9 \4 E8 m$ ^) z: m
4.   {
     w1 M* s8 e2 K) c0 _
5.     LCD_Fill(270,360,320,400,BLACK);
   4 W- J0 `+ @4 Y( c9 D- d
6.     delay_ms(200);
   
7.     LCD_Fill(270,360,320,400,YELLOW);
   
8.     ji_shu=ji_shu-200;
   + c; P! P1 v! }% T
9.     TIM1_Int_Init(ji_shu-1,fen_pin-1);//只有放这里才能保证只运行一次，不然可能会卡死
   
10.     POINT_COLOR=BLACK; //画笔颜色
    
11.        BACK_COLOR=YELLOW;  //背景色
    
12.        LCD_ShowString(284,365,16*2,16,24,"up");
    # l0 ]8 B' p6 L5 x. V) w  Z. D+ w
13.     //i++;
    
14.   }
    
15.   if(tp_dev.x[0]>270&&tp_dev.x[0]<320&&tp_dev.y[0]>440&&tp_dev.y[0]<480)
    / X7 e0 K) n- Z0 J4 f
16.   {
    1 @4 C1 T$ H7 B- c& [- v
17.     LCD_Fill(270,440,320,480,BLACK);
    
18.     delay_ms(200);
    
19.     LCD_Fill(270,440,320,480,YELLOW);
    
20.     ji_shu=ji_shu+200;
    ! [: _- J- x0 h
21.     TIM1_Int_Init(ji_shu-1,fen_pin-1);
    ( N' O- d) C$ ~
22.     POINT_COLOR=BLACK; //画笔颜色
    
23.        BACK_COLOR=YELLOW;  //背景色
    
24.        LCD_ShowString(272,442,16*4,16,24,"down");
    - U+ ^' n1 x) T5 ^. E" E; c  Y( t
25.     //i--;
    / O$ Q$ z; {) Z# @/ [8 O
26.   }
    
27.     //TIM1_Int_Init(ji_shu,fen_pin);//取消注释，触屏后会卡死
    & z' L1 j# V' r$ `/ Z
28.   Fs=2400000/ji_shu;

复制代码

/ R' C/ U* P7 }# \, u: x. I) g也没什么可讲的，这个大家自己也能写。把采样频率变小，频率分辨率也会减小，达到目的。
2 \! E+ j: Y) s& f2 _
! h1 ^+ X7 g2 Z: k
四、效果图
1.锯齿波Fs=2400Hz



( f5 }/ S/ e$ H7 _

2.方波Fs=2400Hz和Fs=1200Hz的对比

9 _: N9 x8 u1 [9 b/ S



2 b2 p1 v  O+ B) Q4 L/ ~- _

————————————————
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: M# S: y4 [1 C$ f# m' c  P9 i4 i
0 r: j4 T- I' y! }+ R! X& ?