[STM32H7] 探索STM32H723:实现高效的数据采集与处理

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 楼主| 公羊子丹 发表于 2024-11-25 07:36 | 显示全部楼层 |阅读模式
STM32H723是一款高性能的微控制器,具有强大的算力和丰富的外设接口,非常适合用于数据采集与处理场景。本文将通过一个示例项目,展示如何使用STM32H723的ADC和DMA功能实现高效的数据采集,并利用其强大的FPU进行实时数据处理。
一、项目目标本项目使用STM32H723的ADC采集模拟信号,通过DMA将数据传输到内存,最后利用STM32H723的浮点单元(FPU)对数据进行FFT变换,实现频域分析。
二、硬件资源
  • 核心芯片:STM32H723
  • 模拟输入信号源(如信号发生器)
  • 开发板电源和调试接口
  • 外部晶振(如有必要)
三、开发环境
  • STM32CubeIDE
  • STM32CubeMX(生成初始化代码)
  • CMSIS DSP库(用于FFT计算)
四、代码实现以下是关键代码实现部分:
  1. #include "main.h"
  2. #include "arm_math.h"

  3. #define ADC_BUFFER_SIZE 1024
  4. #define FFT_SIZE 512

  5. ADC_HandleTypeDef hadc1;
  6. DMA_HandleTypeDef hdma_adc1;

  7. uint16_t adc_buffer[ADC_BUFFER_SIZE];
  8. float32_t input_signal[FFT_SIZE];
  9. float32_t fft_output[FFT_SIZE];
  10. arm_rfft_fast_instance_f32 S;

  11. /* 初始化ADC */
  12. void MX_ADC1_Init(void) {
  13.     hadc1.Instance = ADC1;
  14.     hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;
  15.     hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
  16.     hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
  17.     hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;
  18.     hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SEQ_CONV;
  19.     hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
  20.     hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
  21.     HAL_ADC_Init(&hadc1);

  22.     ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};
  23.     sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
  24.     sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;
  25.     sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_247CYCLES_5;
  26.     HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);
  27. }

  28. /* 初始化DMA */
  29. void MX_DMA_Init(void) {
  30.     __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();

  31.     hdma_adc1.Instance = DMA2_Stream0;
  32.     hdma_adc1.Init.Channel = DMA_CHANNEL_0;
  33.     hdma_adc1.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
  34.     hdma_adc1.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
  35.     hdma_adc1.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
  36.     hdma_adc1.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_HALFWORD;
  37.     hdma_adc1.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_HALFWORD;
  38.     hdma_adc1.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;
  39.     hdma_adc1.Init.Priority = DMA_PRIORITY_HIGH;
  40.     HAL_DMA_Init(&hdma_adc1);

  41.     __HAL_LINKDMA(&hadc1, DMA_Handle, hdma_adc1);
  42. }

  43. /* 主函数 */
  44. int main(void) {
  45.     HAL_Init();
  46.     SystemClock_Config();
  47.     MX_GPIO_Init();
  48.     MX_DMA_Init();
  49.     MX_ADC1_Init();

  50.     HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)adc_buffer, ADC_BUFFER_SIZE);

  51.     arm_rfft_fast_init_f32(&S, FFT_SIZE);

  52.     while (1) {
  53.         /* 将ADC采集数据转换为浮点格式 */
  54.         for (int i = 0; i < FFT_SIZE; i++) {
  55.             input_signal[i] = (float32_t)adc_buffer[i];
  56.         }

  57.         /* 计算FFT */
  58.         arm_rfft_fast_f32(&S, input_signal, fft_output, 0);

  59.         /* 数据处理... */
  60.         HAL_Delay(100);
  61.     }
  62. }
五、代码解读
  • ADC初始化
    配置STM32H723的ADC为12位分辨率,并使用DMA进行数据采集。
  • DMA设置
    使用DMA实现ADC数据自动传输到内存,从而减轻CPU负担。
  • FFT计算
    使用CMSIS DSP库中的快速傅里叶变换函数,进行频域数据处理。
  • 循环采集与处理
    主循环中不断采集数据并进行FFT运算,实现实时频域分析。

六、优化建议
  • 提高采样精度
    调整ADC采样时间或外部硬件滤波器,减少噪声干扰。
  • 优化性能
    使用DMA双缓冲模式,进一步提升数据采集的连续性。
  • 扩展功能
    添加LCD或UART接口,实现数据的可视化或远程传输。
七、总结STM32H723凭借其高性能的ADC、DMA以及强大的计算能力,为数据采集与处理提供了高效解决方案。通过本文的示例,开发者可以快速入门并扩展到更复杂的应用场景。

周半梅 发表于 2024-11-25 07:37 来自手机 | 显示全部楼层
哇,这篇文章很详细,适合刚入门的我,太感谢了!
帛灿灿 发表于 2024-11-25 07:37 来自手机 | 显示全部楼层
请问FFT输出的数据格式是复数还是实数?
童雨竹 发表于 2024-11-25 07:37 来自手机 | 显示全部楼层
如果采样速率要更高,需要做哪些调整呢?
万图 发表于 2024-11-25 07:37 来自手机 | 显示全部楼层
能不能加个外设例子,比如用SPI传输FFT结果?
Wordsworth 发表于 2024-11-25 07:38 来自手机 | 显示全部楼层
最近也在用STM32H7系列,这个库用起来确实方便!
Bblythe 发表于 2024-11-25 07:38 来自手机 | 显示全部楼层
写得挺棒的,尤其是DMA部分很清楚!
Pulitzer 发表于 2024-11-25 07:38 来自手机 | 显示全部楼层
有没有推荐的信号发生器,配合这个项目用?
Uriah 发表于 2024-11-25 07:38 来自手机 | 显示全部楼层
用了CMSIS库,性能提升真的很明显吗?
Clyde011 发表于 2024-11-25 07:39 来自手机 | 显示全部楼层
感觉DMA配置有点复杂,有没有图解教程推荐?
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