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）

6 f4 Z0 B" o# `; F6 v# V* `% h; v二.基本思路
1.使用ADC采集音频信号
- l/ ]# ?8 B+ y7 Q) P8 q6 d2.使用官方提供的FFT函数（1024点）对采集到的信号进行处理
3.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）
% S- ~- w7 k  s- @( e样本数量：NPT = 1024

* h/ r! z" B/ j# }: B0 O( a( w三.程序编写
: b- q% l) V0 D7 [$ C% q; E/ V1.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
   4 C& v* r/ Q5 `$ D/ Z+ O# Q/ S
3. ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode =DISABLE; //模数转换工作在不连续转换模式
   1 @4 ?$ e: l0 K
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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+ z) j3 g* k# K$ I假设有ADC1有四个通道需要转换（本例中只有一个通道）：
" R' H4 P8 Z$ s1 l: W  S# w% f


' g" u; g8 u( E; A% u/ t' w, y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。
& y3 k; b! P+ o- N6 j  n

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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: o9 ~: [# t# J) @3 @DMA传输注意这两句，存放地址。
+ c1 y3 l8 q. E( d6 u9 r
2.FFT频谱分析
先下载一个FFT官方库，添加这几个文件

( @$ }1 i7 O: p3 Y
3 V+ m% V0 k* H# f/ ]0 d
主要就是这几个函数
; Y5 g# {; j! q0 l

1. for(i=0;i<NPT;i++)
   : u1 v$ U! ~$ W# k
2.   {
   
3.     lBufInArray[i]=ADC_Value[i]<<16;
   
4.   }
   
5.   cr4_fft_1024_stm32(lBufOutArray, lBufInArray, NPT);   
   
6.   GetPowerMag();
   * c$ k8 j/ h" N$ R0 b
7. /******************************************************************
   + _, v( i) {: \! W7 x
8. 函数名称:GetPowerMag()
   # @8 \4 m2 y' u/ x1 r. q4 ~
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)。]
   
10. 参数说明:
    ; e( V& b+ P) R4 z. I% S/ N
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. *******************************************************************/
    
13. void GetPowerMag(void)
    ' h* m8 {1 E( A) ?! I) L  A
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;                                                      
    5 O. B6 f' F& L$ F' v& [- T+ V
17.     unsigned short i;
    : |5 f) Q/ B) F) X) s! H
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
    2 S8 z7 n  l: }3 L: Z$ A) V, G
19.     {                                                                       //                                 Ai=lBufOutArray[i]*2/NPT
    . G: T! U" y* N1 r" @& p
20.         lX  = (lBufOutArray[i] << 16) >> 16;  //lX  = lBufOutArray[i];
    % N8 l8 M. D7 @" d; Y; i8 W+ r5 u
21.         lY  = (lBufOutArray[i] >> 16);
    6 _& W4 k- n2 ^) m
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
    3 F+ U6 K0 v6 a
24.         Y = NPT * ((float)lY) / 32768;
    ; {( u% T5 ]% D! q# u
25.         Mag = sqrt(X * X + Y * Y) / NPT;
    
26.         if(i == 0)
    
27.             lBufMagArray[i] = (unsigned long)(Mag * 32768);   //0Hz是直流分量，直流分量不需要乘以2
    
28.         else
    / G% Y  k( j# g
29.             lBufMagArray[i] = (unsigned long)(Mag * 65536);
    , \$ {  D5 G" C; P
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。
8 \9 h9 i( B( _' x

1. void lcd_show_fft(unsigned int *p)
   
2. {
   7 K6 j  _- ?, L8 E
3.    unsigned int *pp = p+1;             //p+1相当于我直接把0HZ部分滤掉了
   
4.    unsigned int i = 0;
   
5.    for(i = 0;i<480;i++)
   
6.    {
   / b3 Y, Y. m) C' c  w9 n
7.       LCD_Fill(0,        i, *pp*0.11, (i+1), WHITE);     //有效部分白色      
   
8.       LCD_Fill(*pp*0.11, i, 270,       (i+1), BLACK);   //其他就黑色
   
9.       pp++;
   
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。
; E) F# y) X# C

3.波形识别
" E- I& Y4 @+ s, p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：
1 z9 n& o, b+ H; S' z
* Y8 M# V$ r3 v% B; y
8 w# m) B1 l+ |: e

8 g# g* _3 k8 z/ J. w
正弦波：只有基波分量，基本无谐波分量，没什么好说的。
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.
1 K" ~0 p6 k2 m7 Z锯齿波：除了基波，还有2，3，4次谐波分量.

1. /***********************************************
   5 i# @, {' h: \! W* n
2. 找最大值，次大值……对应的频率，分析波形
   
3. *************************************************/
   ' k( s' S6 C8 U  A
4. void select_max(float *f,float *a)
   
5. {
   - y, F8 B) j  j# |5 s3 F
6.    int i,j;
   
7.    float k,k1,m;
   ; o- }  m8 X& }) n% U4 i
8.     float aMax =0.0,aSecondMax = 0.0,aThirdMax = 0.0,aFourthMax=0.0;
   8 S/ f3 r- J$ x0 R  S/ Q
9.     float fMax =0.0,fSecondMax = 0.0,fThirdMax = 0.0,fFourthMax=0.0;
   9 B$ v7 A; C$ T  n
10.    int nMax=0,nSecondMax=0,nThirdMax=0,nFourthMax=0;
    
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！！！！
    
12.     {
    
13.         if (a[i]>aMax)
    
14.         {
    
15.             aMax = a[i];
      j5 M! E; u5 M
16.        nMax=i;
    
17.        fMax=f[nMax];
    
18.         }
    
19.     }
    
20.   for ( i=1; i < NPT/2; i++)
    1 `2 |9 |9 ?$ w6 e5 T+ u
21.     {
    + P4 m  v0 ~6 Z3 K* a
22.     if (nMax == i)
    " S' e+ `( w/ L- o% t! l. A1 W
23.     {
      V+ x$ |0 u% D9 s  K1 l
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])
    
27.         {
      t7 L; x* X) W6 V
28.             aSecondMax = a[i];
    ! x- @8 p& x2 W9 }
29.        nSecondMax=i;
    9 ?4 z' P  [; M. p* d  G; \' _; `
30.        fSecondMax=f[nSecondMax];
    0 i0 n3 Y1 _5 q" K2 j6 T; x) q% }& \
31.         }
    
32.     }
    
33.   for ( i=1; i < NPT/2; i++)
      h$ `. z6 U8 {- U/ F# `: t
34.     {
    
35.     if (nMax == i||nSecondMax==i)
    / s7 D: E* Q& W. W, \4 j0 G4 Y9 Y
36.     {
    
37.       continue;//跳过原来最大值的下标，直接开始i+1的循环
    3 N7 P8 `; m! n7 ]* n2 k2 u" q
38.     }
    % T1 x& B* N7 |) q1 D8 c$ U; Y
39.         if (a[i]>aThirdMax&&a[i]>a[i+1]&&a[i]>a[i-1])
    ) k+ _$ a# N4 T9 A
40.         {
    
41.             aThirdMax = a[i];
    
42.        nThirdMax=i;
    
43.        fThirdMax=f[nThirdMax];
    
44.         }
    6 g0 q  ^! x# j
45.     }
    
46.   for ( i=1; i < NPT/2; i++)
    # w0 `  [/ [5 R
47.     {
    , e, S* t+ M/ O
48.     if (nMax == i||nSecondMax==i||nThirdMax==i)
    
49.     {
    6 u: O7 `. d9 d* |7 b
50.       continue;//跳过原来最大值的下标，直接开始i+1的循环
    
51.     }
    
52.         if (a[i]>aFourthMax&&a[i]>a[i+1]&&a[i]>a[i-1])
    
53.         {
    . E9 i( D7 D, l% S8 Y0 n
54.             aFourthMax = a[i];
    : w# Z; M0 V. d6 ~0 u
55.        nFourthMax=i;
    : M* f, y" B' m9 A: b9 s; X5 E
56.        fFourthMax=f[nFourthMax];
    
57.         }
    
58.     }
    5 w$ P! G0 E% s# I+ {3 F9 {. e
59.   k=fabs(2*fMax-fSecondMax);
    9 e. B# k" y1 ]8 b; i
60.   k1=fabs(3*fMax-fSecondMax);
    & V9 L. s1 S7 E3 X9 `4 [8 ]& e, j* b
61.   m=fabs((float)(aMax-3.0*aSecondMax));
    
62.   if(k<=5)
    + b0 d, z, t% b! H5 P) t3 [. N2 H6 N
63.      LCD_ShowString(275,230,12*4,12,12,"JvChi  ");
    
64.   else if(k1<=5&&m<0.4)
    9 ~* R: t+ G8 B3 q! t
65.      LCD_ShowString(275,230,12*4,12,12,"Fang   ");
    & j, G: z5 d* ^
66.   else if(k1<=5&&m>=0.4)
    
67.      LCD_ShowString(275,230,12*4,12,12,"SanJiao");
    1 ^% @5 V% f) B6 N, t
68.   else LCD_ShowString(275,230,12*4,12,12,"Sin    ");
    
69. }
    

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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）。
1 u* k% P1 m" c. `! }# e  S
5 f+ G1 Z# F  ~$ ?7 _' x. M4.触屏调整采样频率
0 x+ h) V- f6 d# l9 \  P; N" W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。
' s+ e  n4 s8 y$ \; F) f9 {

1. if(tp_dev.sta&TP_PRES_DOWN)   //触摸屏被按下
   9 w7 [: X/ F( |6 F; o' ?) @
2. {
   0 Q3 A: W' [0 w
3.   if(tp_dev.x[0]>270&&tp_dev.x[0]<320&&tp_dev.y[0]>360&&tp_dev.y[0]<400)
     a* a  Q' `9 {: ?
4.   {
   $ _: k6 @* E2 }: K
5.     LCD_Fill(270,360,320,400,BLACK);
   
6.     delay_ms(200);
   9 Z! R9 q8 E- R8 d! h! O
7.     LCD_Fill(270,360,320,400,YELLOW);
   ! |5 x1 V* s  L, u" o# Y+ m& f) ^' [
8.     ji_shu=ji_shu-200;
   ; ]  e) ^2 Q+ {9 t3 X7 I( g
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
   " t/ \8 N; b; W. Y# I; y
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");
    . s6 f) m. m1 m6 \7 W6 H8 a
13.     //i++;
    
14.   }
    * }! E7 O) V) s9 e) u7 ?
15.   if(tp_dev.x[0]>270&&tp_dev.x[0]<320&&tp_dev.y[0]>440&&tp_dev.y[0]<480)
    
16.   {
    7 N3 A3 h9 s* t# A
17.     LCD_Fill(270,440,320,480,BLACK);
    
18.     delay_ms(200);
    3 w( S# ]8 u) N# y) X3 g( p
19.     LCD_Fill(270,440,320,480,YELLOW);
    
20.     ji_shu=ji_shu+200;
    
21.     TIM1_Int_Init(ji_shu-1,fen_pin-1);
    / t9 p: U( z$ W0 y% l, }, g
22.     POINT_COLOR=BLACK; //画笔颜色
    % R0 f9 o5 g- Z; a
23.        BACK_COLOR=YELLOW;  //背景色
    7 B# J+ J# J: j0 f8 b1 O
24.        LCD_ShowString(272,442,16*4,16,24,"down");
    
25.     //i--;
    ! e3 h3 @- G0 S& m4 W  a
26.   }
    
27.     //TIM1_Int_Init(ji_shu,fen_pin);//取消注释，触屏后会卡死
    3 K& e/ L$ d8 g' Z+ N! P7 j
28.   Fs=2400000/ji_shu;

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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。


四、效果图
; O" o0 N4 @  K1.锯齿波Fs=2400Hz
9 \  g- A& y; g6 y' K



) y* U% d% w) ?' x2 S6 p
* y6 c* T9 j/ Q9 o6 j1 k, q2.方波Fs=2400Hz和Fs=1200Hz的对比
1 F; R& j* _/ n

# h; j; N( [, M
$ G2 p( x+ l0 W9 d6 o# E
. G% \4 `4 m3 {  P' I, T


; c4 R$ @3 C/ h2 a————————————————
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