【STM32F407的DSP教程】第29章STM32F407移植汇编定点FFT
库（64点，。。。
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第29章 STM32F407移植汇编定点FFT库（64点，256点和1024点）
本章主要讲解ST官⽅汇编FFT库的应⽤，包括1024点，256点和64点FFT的实现。
29.1 汇编FFT库说明
29.2 函数cr4_fft_1024_stm32的使⽤(含幅频和相频响应)
29.3 函数cr4_fft_256_stm32的使⽤
29.4 函数cr4_fft_64_stm32的使⽤
29.5 实验例程说明(MDK)
29.6 实验例程说明(IAR)
29.7 总结。
29.1 汇编FFT库说明
29.1.1 描述
这个汇编的FFT库是来⾃STM32F10x DSP library，由于是汇编实现的，⽽且是基4算法，所以实现FFT在速度上⽐较快。
如果x[N]是采样信号的话，使⽤FFT时必须满⾜如下两条：
N得满⾜4n（n =1，2, 3…..），也就是以4为基数。
采样信号必须是32位数据，⾼16位存实部，低16位存虚部（这个是针对⼤端模式），⼩端模式是⾼位存虚部，低位存虚部。⼀般常⽤的是⼩端模式。
汇编FFT的实现主要包括以下三个函数：
1. cr4_fft_64_stm32 ：实现64点FFT。
2. cr4_fft_256_stm32 ：实现256点FFT。
3. cr4_fft_1024_stm32 ：实现1024点FFT。
29.1.2 汇编库的移植
注：这⾥以MDK为例进⾏说明，IAR是⼀样的。
这个汇编库的移植⽐较简单，从本章配套例⼦User⽂件夹复制fft⽂件夹到⾃⼰的⼯程：
注意路径\User\fft\src\asm下有三个⽂件夹，分布是arm，gcc和iar，其中arm可⽤于MDK，gcc可⽤于Embedded Studio，iar可⽤于IAR FOR ARM。
三个⽂件夹⾥⾯都是如下⼏个⽂件，只是⽤于不⽤的编译器：
然后把FFT源⽂件的三个FFT汇编⽂件和两个头⽂件添加上即可，添加后效果如下(注意不同编译器添相应汇编⽂件)：
相应⽂件添加后还有最重要⼀条，要把stm32_dsp.h⽂件中的STM32F4的头⽂件：
最后别忘了添加路径：
经过上⾯的操作，汇编FFT库的移植就完成了。
29.2 函数cr4_fft_1024_stm32的使⽤(含幅频和相频响应)
cr4_fft_1024_stm32⽤于实现1024点数据的FFT计算。下⾯通过在开发板上运⾏这个函数并计算幅频相应，然后再与Matlab计算的结果做对⽐。
uint32_t input[1024], output[1024], Mag[1024];/* 输⼊，输出和幅值 */
float32_t Phase[1024]; /* 相位*/
/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: PowerMag
* 功能说明: 求模值
* 形参：_usFFTPoints FFT点数
* 返回值: ⽆
*********************************************************************************************************
*/
void PowerMag(uint16_t _usFFTPoints)
{
int16_t lX,lY;
uint16_t i;
float32_t mag;
/* 计算幅值 */
for (i=0; i < _usFFTPoints; i++)
{
lX= (output[i]<<16)>>16; /* 实部*/
lY= (output[i]>> 16); /* 虚部 */
arm_sqrt_f32((float32_t)(lX*lX+ lY*lY), &mag); /* 求模 */
Mag[i]= mag*2; /* 求模后乘以2才是实际模值，直流分量不需要乘2 */
}
/
* 由于上⾯多乘了2，所以这⾥直流分量要除以2 */
Mag[0] = Mag[0]>>1;
}
/*
********************************************************************************************************* * 函数名: Power_Phase_Radians
* 功能说明: 求相位
* 形参：_usFFTPoints FFT点数， uiCmpValue 阀值
* 返回值: ⽆
********************************************************************************************************* */
void Power_Phase_Radians(uint16_t _usFFTPoints, uint32_t _uiCmpValue)
{
int16_t lX, lY;
uint16_t i;
float32_t phase;
float32_t mag;
for (i=0; i <_usFFTPoints; i++)
{
lX= (output[i]<<16)>>16; /* 实部 */
lY= (output[i] >> 16); /* 虚部 */
phase = atan2(lY, lX); /* atan2求解的结果范围是(-pi, pi], 弧度制 */
arm_sqrt_f32((float32_t)(lX*lX+ lY*lY), &mag); /* 求模 */
if(_uiCmpValue > mag)
{
Phase[i] = 0;
}
else
{
Phase[i] = phase* 180.0f/3.1415926f; /* 将求解的结果由弧度转换为⾓度 */
}
}
}
/*
********************************************************************************************************* * 函数名: DSP_FFTPhase
* 功能说明: 1024点FFT的相位求解
* 形参：⽆
* 返回值: ⽆
********************************************************************************************************* */
void DSP_FFTPhase(void)
{
uint16_t i;
/* 获得1024个采样点 */
for (i = 0; i < 1024; i++)
{
/* 波形是由直流分量，50Hz正弦波组成，波形采样率1024 */
input[i] = 1024 + 1024*cos(2*3.1415926f*50*i/1024 + 3.1415926f/3);
}
/* 计算1024点FFT
output：输出结果，⾼16位是虚部，低16位是实部。
input ：输⼊数据，⾼16位是虚部，低16位是实部。
第三个参数必须是1024。
*/
cr4_fft_1024_stm32(output, input, 1024);
/* 求幅值 */
PowerMag(1024);
/* 打印输出结果 */
for (i = 0; i < 1024; i++)
{
printf("%d\r\n", Mag[i]);
}
printf("=========================================\r\n");
/* 求相频 */
Power_Phase_Radians(1024, 100);
/* 打印输出结果 */
for (i = 0; i < 1024; i++)
{
printf("%f\r\n", Phase[i]);
}
}
运⾏函数DSP_FFTPhase可以通过串⼝打印出计算的模值和相⾓，下⾯我们就通过Matlab计算的模值和相⾓跟cr4_fft_1024_stm32计算的做对⽐。
对⽐前需要先将串⼝打印出的数据加载到Matlab中，并给这个数组起名sampledata，加载⽅法在前⾯的教程的第13章13.6⼩结已经讲解，这⾥不做赘述了。Matlab中运⾏的代码如下：
Fs = 1024; % 采样率
N = 1024; % 采样点数
n = 0:N-1; % 采样序列
t = 0:1/Fs:1-1/Fs; % 时间序列
f = n * Fs / N; %真实的频率
%波形是由直流分量，50Hz正弦波正弦波组成
x = 1024 + 1024*cos(2*pi*50*t + pi/3) ;
y = fft(x, N); %对原始信号做FFT变换
Mag = abs(y);
subplot(2,2,1);
MagAct = Mag *2 / N;
MagAct(1) = MagAct(1)/2;
plot(f, MagAct);
title('Matlab计算幅频响应');
xlabel('频率');
ylabel('赋值');
subplot(2,2,2);
realvalue = real(y);
imagvalue = imag(y);
plot(f, atan2(imagvalue, realvalue)*180/pi.*(Mag>=1024*20));
title('Matlab计算相频响应');
xlabel('频率');
ylabel('相⾓');
subplot(2,2,3);
plot(f, sampledata1); %绘制STM32计算的幅频相应
title('STM32计算幅频响应');
xlabel('频率');
ylabel('赋值');
subplot(2,2,4);
plot(f, sampledata2); %绘制STM32计算的相频相应
title('STM32计算相频响应');
xlabel('频率');
ylabel('相⾓');
运⾏Matlab后的输出结果如下：
从上⾯的对⽐结果中可以看出，Matlab和函数cr4_fft_1024_stm32计算的结果基本是⼀直的。幅频响应求出的幅值和相频响应中的求出的初始相⾓都是没问题的。
29.3 函数cr4_fft_256_stm32的使⽤
cr4_fft_256_stm32和cr4_fft_1024_stm32的⽤法是⼀样的，下⾯通过⼀个实例进⾏说明：
/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: DSP_FFT256
* 功能说明: 256点FFT实现
* 形参：⽆
* 返回值: ⽆
*********************************************************************************************************
*/
void DSP_FFT256(void)
{
uint16_t i;
/* 获得256个采样点 */
for (i = 0; i < 256; i++)
{
/* 波形是由直流分量，50Hz正弦波和20Hz正弦波组成，波形采样率200Hz */
input[i] = 1024 + 1024*sin(2*3.1415926f*50*i/200) + 512*sin(2*3.1415926f*20*i/200) ;
}
/* 计算256点FFT
output：输出结果，⾼16位是虚部，低16位是实部。
input ：输⼊数据，⾼16位是虚部，低16位是实部。
第三个参数必须是1024。
*/
cr4_fft_256_stm32(output, input, 256);
/* 求幅值 */
PowerMag(256);
stm32怎么使用printf/* 打印输出结果 */
for (i = 0; i < 256; i++)
{
printf("%d\r\n", Mag[i]);
}
}
运⾏函数DSP_FFT256可以通过串⼝打印出计算的模值，下⾯我们就通过Matlab计算的模值跟cr4_fft_256_stm32计算的模值做对⽐。
对⽐前需要先将串⼝打印出的数据加载到Matlab中，并给这个数组起名sampledata， Matlab中运⾏的代码如下：
Fs = 200; % 采样率
N = 256; % 采样点数
n = 0:N-1; % 采样序列
t = 0:1/Fs:1-1/Fs; % 时间序列
f = n * Fs / N; %真实的频率
%波形是由直流分量，50Hz正弦波和20Hz正弦波组成
x = 1024 + 1024*sin(2*pi*50*t) + 512*sin(2*pi*20*t) ;
y = fft(x, N); %对原始信号做FFT变换
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