基于HAL库的STM32的DSP库详解(附FFT应用)

DSP库简介

DSP库是STM32 HAL库的一个扩展，它提供了一组用于数字信号处理的函数。这些函数可以用于实现各种数字信号处理算法，例如滤波、FFT、卷积等。DSP库支持多种数据类型，包括整数、浮点数和Q格式数据。在本文中，我们将重点介绍DSP库中的FFT函数，并提供两个示例说明。

FFT函数

FFT（快速傅里叶变换）是一种用于将时域信号转换为频域信号的算法。在STM32中，我们可以使用DSP库中的FFT函数来实现FFT算法。FFT函数支持多种数据类型，包括整数、浮点数和Q格式数据。以下是FFT函数的原型：

void arm_r_fast_f32(
  const arm_rfft_fast_instance_f32 * S,
  float32_t * p,
  float32_t * pOut,
  uint8_t ifftFlag
);

其中，S是FFT实例结构体，p是输入数据指针，pOut是输出数据指针，ifftFlag`是IFFT标志，如果为1，则执行IFFT，否则执行FFT。

示例1：使用FFT函数实现频谱分析

以下是一个示例代码：

#include "arm_math.h"

#define FFT_SIZE 1024

float32_t input[FFT_SIZE];
float32_t output[FFT_SIZE/2];

arm_rfft_fast_instance_f32 fft_inst;

int main(void)
{
    // 初始化FFT实例
    arm_rfft_fast_init_f32(&fft_inst, FFT_SIZE);

    // 填充输入数据
    for (int i = 0; i < FFT_SIZE; i++) {
        input[i] = sinf(2 * PI * i / FFT_SIZE);
    }

    // 执行FFT
    arm_rfft_fast_f32(&fft_inst input, output, 0);

    // 输出结果
    for (int i = 0; i < FFT_SIZE/2; i++) {
        printf("%f\n", output[i]);
    }

    while (1);
}

在这个示例中，我们使用FFT函数实现了频谱分析。我们首先初始化FFT实例，然后填充输入数据。接下来，我们执行FFT，并将结果存储在输出数组中。最后，我们输出结果。

示例2：使用FFT函数实现音频频谱可视化

以下是一个示例代码：

#include "arm_math.h"
#include "stm32f4xx_hal"
#include "stm32f4xx_hal_gpio.h"
#include "stm32f4xx_hal_tim.h"

#define FFT_SIZE 1024

float32_t input[FFT_SIZE];
float32_t output[FFT_SIZE/2];

_rfft_fast_instance_f32 fft_inst;

TIM_HandleTypeDef htim2;

void TIM2_IRQHandler(void)
{
    HAL_TIM_IRQHandler(&htim2);
}

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if (htim->Instance == TIM2) {
        // 执行FFT
        arm_rfft_fast_f32(&fft_inst, input, output,0);

        // 更新LED灯
        for (int i = 0; i < FFT_SIZE/2; i++) {
            if (output[i] > 0.5) {
                HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_SET);
            } else {
                HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_RESET);
            }
        }
    }
}

int main(void)
{
    // 初始化FFT实例
    arm_rfft_fast_init_f32(&fft_inst, FFT_SIZE);

    // 初始化LED灯
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_12;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);

    // 初始化定时器
    __HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();
    htim2.Instance = TIM2;
    h2.Init.Prescaler = 0;
    htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim2.Init.Period = 1000;
    htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV;
    HAL_TIM_Base_Init(&htim2);
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);

    // 填充输入数据
    for (int i = 0; i < FFT_SIZE; i++) {
        input[i] = sinf(2 * PI * i / FFT_SIZE);
    }

    while (1);
}

在这个示例中，我们使用FFT函数实现了音频频谱可视化。我们首先初始化FFT实例，并初始化LED灯和定时器。然后，填充输入数据，并在定时器中执行FFT。最后，我们根据FFT结果更新LED灯。

结论

通过本文的学习，您可以更好地了解基于HAL库的STM32的DSP库，包括FFT函数的使用。同时，我们还提供了两个示例说明，演示如何使用FFT函数实现频谱分析和音频频谱可化。DSP库是STM32库的一个扩展，它提供了一组用于数字信号处理的函数，可以用于实现各种数字信处理算法。如果您需要在STM32中实现数字信号处理算法，可以考虑使用DSP库。