stm32F103RCT6使用FFT运算分析波形详解（非常新手）
最近学校电赛院队招新，出的招新题就是低频示波器的。之前一直没有弄懂FFT，借着这次机会实现了一下。
- FFT原理详解
FFT，就是快速傅里叶变换，这个操作能够将时域信号转化成频域信号，然后对信号进行分析
这样说可能有点抽象。讲细点就是指能够直观的看出来目标信号的频率是多少。x轴坐标本来是表示时间，FFT之后变成了表示频率，就是这个意思
对于信号处理，FFT之后的结果，波峰一般会出现在我们希望测得信号的频率附近（十分相近）
- 官方文件解释
stm32官方给了几个用于处理FFT的文件，如图所示：
其中有两个汇编文件两个头文件：汇编文件是定义了FFT的计算函数，我们直接调用即可
cr4_fft_1024_stm32.s是包含了计算1024个点的FFT的函数的汇编文件，另一个汇编文件同理
stm32_dsp.h里面有关于FFT处理函数的声明，我们包含了这个头文件之后直接调用函数即可
补充：stm32_dsp.h当中有一个include的头文件，需要根据情况进行修改，比如说用其他型号板子或者其他库开发的记得要修改，不然编译时会报错
- 算法解释
1 //进行FFT运算等操作 2 void FFT_Wave(void) 3 { 4 u16 i; 5 float mid_value; 6 while(!ADC_flag) 7 { 8 LED1 = !LED1; 9 delay_ms(100); 10 } 11 ADC_flag = 0; 12 13 //获取最大值最小值 14 adc_value_max = adc_value_min = ADC_buff[1]; 15 for(i = 0;i < NPT;i++) 16 { 17 //寻找最大值最小值 18 if(ADC_buff[i] >= adc_value_max) 19 { 20 adc_value_max = ADC_buff[i]; 21 } 22 if(ADC_buff[i] <= adc_value_min) 23 { 24 adc_value_min = ADC_buff[i]; 25 } 26 //先清空数组 27 fftin[i] = 0; 28 //移位，让后面16位为虚部 29 fftin[i] = ((s16)ADC_buff[i] << 16); 30 } 31 cr4_fft_1024_stm32(fftout,fftin,1024);//FFT 32 GetPowerMag(); 33 //计算电压值 34 Vpp_true = (adc_value_max - adc_value_min) * 3.3 / 4096.0;//获得Vpp值 35 mid_value = (adc_value_max + adc_value_min) / 2; 36 for(int i = 0;i < NPT;i++) 37 { 38 if(ADC_buff[i] > mid_value) 39 { 40 rect_duty++; 41 } 42 } 43 rect_duty = rect_duty / 1024 * 100; 44 }
这是FFT的主体函数
第一步我们先要等待ADC采集完成，将数据存入数组当中准备进行处理
第二步是在采样值当中寻找最大值和最小值（遍历数组即可）
第三步是对数组进行移位处理（前面的是实部，后面的是虚部，由于我们采集到的电压都是实数，所以虚部都置0）
第四步是使用ST官方提供的函数进行FFT运算，得到运算之后的数组
第五步是根据频谱查找我们信号所对应的频率，也就是对频谱图当中所有的频率进行幅值的比较，找出幅值最大时所对应的频率，即为我们所需要测量的频率，其他的都可以看作噪声
在我们找到该频率之后，不能立刻输出，要与ADC的采样率相乘再除以1024，之后才能得到我们想要的信号频率
GetPowerMag函数定义如下：
1 void GetPowerMag(void) 2 { 3 s16 lX,lY; 4 u32 i; 5 float maxmag; 6 for(i = 0;i < NPT / 2;i++) 7 { 8 lX = (fftout[i] << 16) >> 16; 9 lY = (fftout[i] >> 16); 10 float X = 1024 * ((float)lX) / 32768; 11 float Y = 1024 * ((float)lY) / 32768; 12 float mag = sqrt(X * X + Y * Y) / 1024; 13 FFT_Mag[i] = (u32)(mag * 65536); 14 } 15 FFT_Mag[0] >>= 1;//频谱图第一个是直流分量，无需乘2 16 for(int i = 0;i < NPT / 2;i++) 17 { 18 if((maxmag < FFT_Mag[i]) && (i != 0)) 19 { 20 maxmag = FFT_Mag[i]; 21 temp = i; 22 } 23 } 24 F_hz = temp * sampling_rate / 1024.0; 25 }
至此，我们就得到了我们所需信号的频率
鉴于本小白能力有限，如果有纰漏或改进之处，欢迎指正
特别提醒：ADC采样率应遵循奈奎斯特采样定理！采样率不是越高越好！
