【STM32 通用】在串口上绘制正弦波

1. 引言

不使用PWM、DAC等产生正弦波，仅仅是绘制生成一个正弦波数组，并解释其中含义。

2. 伪代码

#include <math.h>
#include "stm32f1xx_hal.h"  // 根据实际型号调整头文件

#define SINE_ARRAY_SIZE 256
#define PI 3.14159265358979323846f

float sineWave[SINE_ARRAY_SIZE];

int main(void) {
    // 系统初始化代码...
    
    // 生成正弦波数据
    float f= 1.0f;  // 可修改为任意目标频率
    float sample_interval = 1.0f / (f* SINE_ARRAY_SIZE);  // 采样间隔
    
    for (uint16_t i = 0; i < SINE_ARRAY_SIZE; i++) {
        float theta = 2.0f * PI * f* i * sample_interval;
        sineWave[i] = sinf(theta);
    }

    // 其他程序代码...
    
    while (1) {
        // 主循环代码
    }
}

3. 解释

3.1 生成正弦波方式

直接使用的是math库中的sin函数，其实可以在Excel中生成正弦波数组然后复制进来也行，主要是为了通用性。这里说一下DSP库中的arm_sin_f32函数，同样也是生成正弦波的函数，但是相对于math库中的sin函数来说，牺牲了精度，获得了速度，选择哪一个函数取决于你的应用需求，是否偏重于精度还是性能。

3.2 sample_interval （采样间隔）

3.3 为什么需要采样间隔

设频率为1Hz，则周期为1s。在for循环中，i从0递增到255，则可计算相位θ：

θ＝ 2π * f * i * sample_interval
---> θ = 2π * i * 1 / 256

当i=0时，θ＝0；
当i=255时，θ = 2π * 255 / 256 ≈ 2π，则正好是一个周期

若若省略采样间隔，直接写θ = 2π * i / 256，则生成的是固定1Hz的波形，无法调整频率！

3.4 采样频率

假如同上所说，直接写θ = 2π * i / 256，N=256，生成的是固定1Hz的波形。由于在实际采样信号的时候，采样点数N＝采样频率 / 信号频率，目前已知采样点数和信号频率，则可算出采样频率为256Hz，那么可见在分母下的这个数字256就是采样频率，则有结论，当想要绘制一个100Hz的波形的时候使用256Hz采样频率是不可行的，在一个周期只能绘制出2个点左右，最好乘以10；绘制其他频率的正弦波则可以根据需求改变采样率。

3.5 总结

采样间隔是信号采样理论中的关键参数，其作用是：

• 将连续的模拟信号离散化时，保证采样点均匀分布
• 通过数学关系 sample_interval=1/(f×N)，确保生成的数组能准确反映目标频率
• 在代码中隐含了 "每个数组元素对应的时间位置"，为后续输出控制提供理论依据。

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