STM32F407运行FFT的一点问题

蒼蒼 · 发表于 2023-12-18 16:25:12

我是用TIMER+ADC+DMA做的采样，采样频率250kHz，做了4096个点的fft，先用一个3.3v的直流量（开发板上的3.3v输出）做测试但发现完全不对：

按道理说应该在0处有最大幅值3.3x4096=13516.8

蒼蒼 · 发表于 2023-12-18 16:26:28

程序是这样的：
#include "adc.h"

//uint16_t ADC1_Data[ADC1_CHN];                   //AD采集滤波后的值
uint16_t ADC1_ConvertedValue[ADC1_Count];//DMA缓存

//初始化ADC
void  Adc1_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef    GPIO_InitStructure;
ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure;
ADC_InitTypeDef    ADC_InitStructure;
DMA_InitTypeDef    DMA_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef    NVIC_InitStructure;

//始化ADC1通道IO口
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;                               //模拟输入
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL ;                         //不带上下拉

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

//ADC设置
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);                      //使能ADCx时钟
RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);                         //ADCx复位
RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,DISABLE);                         //复位结束

ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;                   //独立模式
ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;//两个采样阶段之间的延迟5个时钟
ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled;    //DMA失能(对于多通道ADC模式)
ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div4;                //预分频4分频。ADCCLK=PCLK2/4=84/4=21Mhz,ADC时钟最好不要超过36Mhz
ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);

ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;                   //12位模式
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;                               //扫描模式(多通道ADC采集要使能扫描模式)
#if TIM1_CH1_MODE==0
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;                         //连续转换
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None; //禁止触发检测，使用软件触发
#else
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;                      //模数转换工作在单次转换模式
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T1_CC1;    //外部触发转换开启
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge =ADC_ExternalTrigConvEdge_Rising;//上升沿触发
#endif
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;                   //右对齐
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion =ADC1_CHN;                            //x个转换规则序列
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_8, 1, ADC_SampleTime_15Cycles );
// ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_9, 2, ADC_SampleTime_15Cycles );

ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);                                                 //使能ADC_DMA

ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);                                                    //开启AD转换器

//DMA设置
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA2, ENABLE);

DMA_InitStructure.DMA_Channel = DMA_Channel_0;                            //选择通道号
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&(ADC1->DR);          //外围设备地址,ADC_DR_DATA规则数据寄存器
DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr = (u32)&ADC1_ConvertedValue;          //DMA存储器地址,自己设置的缓存地址
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralToMemory;                   //传输方向,外设->存储器
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = ADC1_CHN * ADC1_Count;                      //DMA缓存大小
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;          //外设是否为增量模式
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;                   //存储器是否为增量模式
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; //外设数据长度半个字(16位)
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;       //存储器数据长度半字(16位)
DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;                            //DMA模式,普通模式、循环模式,还有双缓冲模式,需要特殊设置
DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;                      //DMA优先级,高优先级
DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable;                   //不使用FIFO
DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_HalfFull;          //FIFO阈值
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;                //存储器突发,单次传输
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;       //外设突发,单次传输
DMA_Init(DMA2_Stream0, &DMA_InitStructure);                               //初始化DMA2_Streamx

ADC_DMARequestAfterLastTransferCmd(ADC1, ENABLE);                         //连续使能DMA
DMA_ClearITPendingBit(DMA2_Stream0, DMA_IT_TC);                            //清除中断标志
DMA_ITConfig(DMA2_Stream0, DMA_IT_TC, ENABLE);                            //传输完成中断
DMA_Cmd(DMA2_Stream0, ENABLE);                                           //使能DMA

//设置DMA中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA2_Stream0_IRQn;                   //DMA2_Streamx中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;                   //抢占优先级1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =0;                         //子优先级0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;                            //IRQ通道使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

#if TIM1_CH1_MODE==0
ADC_SoftwareStartConv(ADC1);                                              //软件启动ADCx
#else
TIM1_Pwm_Adc_Init(TIM1_Pwm_Init_Data);                                     //定时器初始化
#endif
}
void TIM1_Pwm_Adc_Init(u16 arr,u16 psc)//TIM1_Pwm_Init(7200,0)

WM周期=(arr+1)*(psc+1)/Tclk=7200*1/72000000s=0.1ms
{
GPIO_InitTypeDef       GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef       TIM_OCInitStructure;

TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);             //设置缺省值,这一步最好加上防止放到串口初始化后出问题
TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);                      //设置缺省值,这一步最好加上防止放到串口初始化后出问题
//TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);                   //设置缺省值,这一步最好加上防止放到串口初始化后出问题

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);          //TIMx时钟使能

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc;                //定时器分频
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode  =TIM_CounterMode_Up; //向上计数模式
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period    =arr;                //自动重装载值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInit(TIM1,&TIM_TimeBaseStructure);             //初始化定时器

//初始化TIMx PWM模式
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode    = TIM_OCMode_PWM1;       //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式2
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity  = TIM_OCPolarity_Low;    //输出极性:TIM输出比较极性低

  //初始化TIMx Channelx
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = (arr+1)/2;                   //不为0和最大值，pwm占空比不为0和100 都可以
TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);                   //根据T指定的参数初始化外设TIMx OCx
TIM_OC1PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);          //使能TIMx在CCR1上的预装载寄存器

TIM_ARRPreloadConfig(TIM1,ENABLE);                         //ARPE使能
TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);                                     //使能TIMx

TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);                            //使能TIMx的PWM输出,高级定时器需要
}

void DMA2_Stream0_IRQHandler(void)
{
if(DMA_GetITStatus(DMA2_Stream0, DMA_IT_TCIF0))  //判断DMA传输完成中断
{
      DMA_ClearITPendingBit(DMA2_Stream0, DMA_IT_TCIF0);
}
}

蒼蒼 · 发表于 2023-12-18 16:26:55

#ifndef _ADC_H_
#define _ADC_H_
#include "./sys/sys.h"

#define ADC1_CHN       1                //要使用的ADC通道数
#define ADC1_Count    4096          //AD滤波采样次数
#define TIM1_CH1_MODE 1                //1:定时器触发
#if TIM1_CH1_MODE==1
#define  TIM1_Pwm_Init_Data  335,1
#endif

//extern vu16 ADC1_Data[ADC1_CHN];                   //AD采集滤波后的值
extern uint16_t ADC1_ConvertedValue[ADC1_Count];//DMA缓存

void Adc1_Init(void); //ADC通道初始化
#if TIM1_CH1_MODE==1
void TIM1_Pwm_Adc_Init(u16 arr,u16 psc);
#endif

蒼蒼 · 发表于 2023-12-18 16:27:20

#include "stm32f4xx.h"
#include "./adc/adc.h"
#include <stdio.h>
#include "./usart/usart.h"
#include "stm32f4xx.h"
#include "arm_const_structs.h"
#include "stm32f4xx_conf.h"
#include "arm_math.h"
#include "./FFT/FFT.h"
#include "./SRAM/SRAM.h"

#define FFT_length 4096
#define SRAM_BASE_ADDR ((u32)(0x68000000))
extern uint16_t ADC1_ConvertedValue[ADC1_Count];
float AD1[4096];
float fft_outputbuf[4096],fft_inputbuf[4096*2]__attribute__((at(SRAM_BASE_ADDR)));//存放输入输出幅值

/*延时函数*/

static u8  fac_us=0; //us延时倍乘数
//延时nus
//nus为要延时的us数.
void delay_init(void)
{
SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8); //选择外部时钟  HCLK/8
fac_us=SystemCoreClock/8000000; //为系统时钟的1/8

}

void delay_us(u32 nus)
{
u32 temp;
SysTick->LOAD=nus*fac_us; //时间加载
SysTick->VAL=0x00;         //清空计数器
SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ; //开始倒数
do
{
temp=SysTick->CTRL;
}while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16))); //等待时间到达
SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //关闭计数器
SysTick->VAL =0X00;          //清空计数器
}
/****************************************/

int main(void)
{
/* 在这里添加你的程序 */

delay_init();

  Debug_USART_Config();
FSMC_Config();
  Adc1_Init();
arm_cfft_radix4_instance_f32 scfft;
arm_cfft_radix4_init_f32(&scfft,4096,0,1);

  delay_us(100);

while(1)
{
for(int idex=0;idex<4096;idex++)
{
fft_inputbuf[2*idex]=(u16)(ADC1_ConvertedValue[idex])*(3.3/4096); //生成输入信号实部
fft_inputbuf[2*idex+1]=0;//虚部全部为0
}
// for(int i=0;i<4096;i++)//生成信号序列
// {
//    fft_inputbuf[2*i]=100+
//                      10*arm_sin_f32(2*PI*i/4096)+
//    30*arm_sin_f32(2*PI*i*4/4096)+
//                      50*arm_cos_f32(2*PI*i*200/4096); //生成输入信号实部
//    fft_inputbuf[2*i+1]=0;//虚部全部为0
// }
arm_cfft_radix4_f32(&scfft,fft_inputbuf);  //fft运算
arm_cmplx_mag_f32(fft_inputbuf,fft_outputbuf,4096);

float32_t Sum_f=0;
for(int i1=0; i1<4096; i1++)
{
printf("fft_outputbuf[%d]: %f\r\n",i1,fft_outputbuf[i1]);
}
   for( int I=11;I<201;I++)
   {
      Sum_f=0+fft_outputbuf[I];
   }
   printf("Current: %.4f\r\n",Sum_f);
}

}

蒼蒼 · 发表于 2023-12-18 16:29:52

输出是这样的，不太对

蒼蒼 · 发表于 2023-12-19 10:10:20

自顶一下

蒼蒼 · 发表于 2023-12-22 14:32:56

来个大佬看看吧

edmund1234 · 发表于 2023-12-22 14:53:05

我认为问题应该在这一句
fft_inputbuf[2*idex]=(u16)(ADC1_ConvertedValue[idex])*(3.3/4096);
改成这样试试
fft_inputbuf[2*idex]=(float)ADC1_ConvertedValue[idex]*3.3/4096; //生成输入信号实部

蒼蒼 · 发表于 2023-12-22 16:20:58

edmund1234 发表于 2023-12-22 14:53
我认为问题应该在这一句
fft_inputbuf[2*idex]=(u16)(ADC1_ConvertedValue)*(3.3/4096);
改成这样试试
...

谢谢大佬的解答，改掉了这边的问题再测试了一下，发现现在直流量没有问题了，但是我测试一个直流偏置为1.5v幅值为1v频率为20kHz的正弦波的时候发现还是不太对。按照采样规则，4096个点每一个格的频率分辨率大概在61Hz,那么20kHz对应的应该是第328个点，但是极大值出现在了1966，幅值对不上我倒是可以理解为出现频谱泄露（，大佬能不能再帮忙看看啥问题，采样频率我拿示波器测试了定时器PWM波的频率是250kHz没错