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STM32F4使用FPU+DSP库进行FFT运算的测试过程

时间:2018-03-10 18:12:31      阅读:212      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:变换   tar   矩阵转置   instance   相互   浮点   stat   psr   打印   

测试环境:单片机:STM32F407ZGT6   IDE:Keil5.20.0.0  固件库版本:STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.4.0

第一部分:使用源码文件的方式,使用void arm_cfft_radix4_f32(const arm_cfft_radix4_instance_f32 * S,float32_t * pSrc)函数进行FFT运算。

准备空工程,配置Keil环境.使能STM32F4的FPU单元。

开启硬件浮点运算,等效于在C/C++->define中定义__FPU_USED,__FPU_PRESENT两个宏

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添加全局宏定义,使能DSP库所有的功能

图中STM32F4XX,USE_STDPERIPH_DRIVER是新建工程都会用到的配置宏,新建工程参考:http://blog.csdn.net/qianrushi_jinxifeng/article/details/19673755

其他宏ARM_MATH_CM4,__CC_ARM,ARM_MATH_MATRIX_CHECK,ARM_MATH_ROUNDING 请参考:http://blog.csdn.net/desert187/article/details/20527921

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向工程中添加使用到的DSP库源码

在stm32f4_dsp_stdperiph_lib\STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.4.0\Libraries\CMSIS\DSP_Lib\Source目录下会有如下目录,都是DSP函数库

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BasicMathFunctions
基本数学函数:提供浮点数的各种基本运算函数,如向量加减乘除等运算。 
CommonTables
arm_common_tables.c文件提供位翻转或相关参数表。
ComplexMathFunctions
复杂数学功能,如向量处理,求模运算的。
ControllerFunctions
控制功能函数。包括正弦余弦,PID电机控制,矢量Clarke变换,矢量Clarke逆变换等。
FastMathFunctions
快速数学功能函数。提供了一种快速的近似正弦,余弦和平方根等相比CMSIS计算库要快的数学函数。
FilteringFunctions
滤波函数功能,主要为FIR和LMS(最小均方根)等滤波函数。 
MatrixFunctions
矩阵处理函数。包括矩阵加法、矩阵初始化、矩阵反、矩阵乘法、矩阵规模、矩阵减法、矩阵转置等函数。
StatisticsFunctions
统计功能函数。如求平均值、最大值、最小值、计算均方根RMS、计算方差/标准差等。
SupportFunctions
支持功能函数,如数据拷贝,Q格式和浮点格式相互转换,Q任意格式相互转换。
TransformFunctions
变换功能。包括复数FFT(CFFT)/复数FFT逆运算(CIFFT)、实数FFT(RFFT)/实数FFT逆运算(RIFFT)、和DCT(离散余弦变换)和配套的初始化函数。

我们需要CommonTables和TransformFunctions的下的部分文件
添加到工程如图

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另外我们需要包含相应的头文件路径,所需的头文件在STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.4.0\Libraries\CMSIS\Include路径下可以找到

编写main()函数,
 1 #include "stm32f4xx_conf.h"
 2 //位带操作
 3 #include "sys.h"
 4 #include "delay.h"
 5 #include "usart.h"
 6 //LCD显示屏功能
 7 #include "Nick_lcd.h"
 8 #include "Nick_keys.h"
 9 
10 #include "arm_math.h"
11 #define FFT_LENGTH        1024         //FFT长度,默认是1024点FFT
12 
13 float fft_inputbuf[FFT_LENGTH*2];    //FFT输入输出数组,此数组为arm_cfft_radix4_f32的输入输出数组,前一个元素为实部,后一个为虚部,每两个元素代表一个点.
14 float fft_outputbuf[FFT_LENGTH];     //arm_cmplx_mag_f32() 幅度输出数组
15 arm_cfft_radix4_instance_f32 scfft;
16 
17 int main(void)
18 { 
19     delay_init(168);
20     lcd_init(0);    //初始化LCD
21     key_init();
22     uart_init(115200);        //初始化串口波特率为115200
23     
24     arm_cfft_radix4_init_f32(&scfft,FFT_LENGTH,0,1);//初始化scfft结构体,设定FFT相关参数
25     
26     while(1)
27     {
28         u32 keyval = (u32)keys_scan(0);
29         if(keyval==1)
30         {
31             for(int i=0;i<FFT_LENGTH;i++)//生成信号序列
32             {
33                  fft_inputbuf[2*i]=15 + 10*arm_sin_f32(2*PI*i*100/FFT_LENGTH) + 34                                    5.5*arm_sin_f32(2*PI*i*150/FFT_LENGTH); //生成实部
35                 
36                  fft_inputbuf[2*i+1]=0;//虚部全部为0
37             }
38             arm_cfft_radix4_f32(&scfft,fft_inputbuf);    //FFT计算(基4)
39             arm_cmplx_mag_f32(fft_inputbuf,fft_outputbuf,FFT_LENGTH);    //把运算结果复数求模得幅值 
40             
41             printf("FFT Result:\r\n");
42             for(int i=0;i<FFT_LENGTH;i++)
43             {
44                 printf("%f\r\n",fft_outputbuf[i]);
45             }
46         }
47         delay_ms(60);
48     }
49 }

代码分析:如代码所示,利用arm_sin_f32函数产生了,一个基波幅度为15,频率100Hz是幅度为10,频率150Hz是幅度为5.5的信号。

经过FFT运算后,用arm_cmplx_mag_f32()函数求出赋值,并通过串口打印出来。

编译运行

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结果分析:

对串口收到的数据用matlab绘图,如下

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如图,基波幅度为:15360/1024 = 15

100Hz成分幅度为: 5120*2/1024 = 10

150Hz成分幅度为: 2816*2/1024 = 5.5

因此所得的结果是正确的。博主目前为测试相位,故在此不做说明。

 

后记,这是使用源码的方式进行操作的,所有源码可跳转,可编辑。但添加麻烦。

下一篇将使用ST提供的.lib库直接进行运算。链接:http://www.cnblogs.com/NickQ/p/8541156.html

 

 



 

STM32F4使用FPU+DSP库进行FFT运算的测试过程

标签:变换   tar   矩阵转置   instance   相互   浮点   stat   psr   打印   

原文地址:https://www.cnblogs.com/NickQ/p/8540487.html

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