STM32F4 Timer+ADC+DMA+FFT的理解与应用

被采信号频率：f

被采信号周期：T = 1/f

采样频率：fs

采样周期：Ts = 1/fs



采样总点数：NPT

采样总时间：t = NPT * Ts



频谱图频率分辨率：f0 = fs/NPT



采到的被采信号周期数：NT = t/T 

一个被采信号周期的采样点数：fs/f

被采信号频率：f = 1000Hz

被采信号周期：T = 1/f  = 0.001s

采样频率：fs = 32 000Hz

采样周期：Ts = 1/fs =0.000 031 25s



采样总点数：NPT = 256

采样总时间：t = NPT * Ts = 0.008s



频谱图频率分辨率：f0 = fs/NPT = 32 000Hz/256 = 125Hz



采到的被采信号周期数：NT = t/T = 0.008s/0.001s = 8

一个被采信号周期的被采到的点数：fs/f = 32 000Hz/1000Hz = 32

#include "ADCDMA.h"



//PF3 ADC3:IN9



uint16_t AD3_Value[AD3_Value_Length];



void AD3_Init(){

        //结构体

        GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;                                 //GPIO结构体        

        DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;                                        //DMA结构体        

        ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure;                 //ADCcommon结构体

        ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;                                        //ADC结构体

        

        //时钟开启

        RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);        //使能GPIOF时钟

        RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA2,ENABLE);                //使能DMA2时钟

        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC3, ENABLE);        //使能ADC3时钟

        

        //GPIO配置

        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;                

        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;                        //模拟模式

//        GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;                        //推挽输出

        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;                //100MHz

        GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;                //浮空

        GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);                                        //GPIO初始化

        

        //ADCcommon配置

        ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;                                        //独立模式

        ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled;                //非多重模式，多重模式下才开启此配置的DMA

        ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div4;                                        //采样频率4分频                84MHz/4 = 21MHz

        ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;

        ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);                                                                        //ADCcommon结构体初始化

        

        //ADC配置

        ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;                                                        //是否连续转换

        ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;                                                //数据对齐：右对齐

        ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T2_TRGO;//

        ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_RisingFalling   ;        //

        ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = AD3_Value_Length;                                        //转换数量：一波采集采集的AD值个数,多通道时一般为通道数量

        ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;                                                //12bit

        ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;                                                                  //是否扫描：多通道需扫描

        ADC_Init(ADC3, &ADC_InitStructure);                                                                                        //ADC3初始化





        //ADC序列 转换顺序

        ADC_RegularChannelConfig(ADC3,ADC_Channel_9, 1,ADC_SampleTime_84Cycles);





        //DMA配置

        DMA_InitStructure.DMA_Channel = DMA_Channel_2;                                                        //DMA_CH2        

        DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;                                                         //非循环

        DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralToMemory;                                        //外设到内存

        DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = AD3_Value_Length;                                        //传输次数，数组长度

        DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;                                        //优先级

                //DMA_FIFO

        DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable;

        DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_HalfFull;

        

        DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr =        (uint32_t)AD3_Value;                                 //内存地址：收集AD值得数组                

        DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;

        DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;                        //16 bit

        DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;                                                //内存自增



        DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&(ADC3->DR);                        //外设地址，ADC3地址，多通道但仅有一个寄存器

        DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;

        DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;        //16 bit

        DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;                         //外设不自增，始终为ADC3地址

        DMA_Init(DMA2_Stream0,&DMA_InitStructure);                                                                        //DMA2_Stream0 初始化



        DMA_Cmd(DMA2_Stream0,ENABLE);                                                //DMA2_Stream0 使能        

        ADC_DMARequestAfterLastTransferCmd(ADC3, ENABLE);        //源数据变化时开启DMA传输

        ADC_DMACmd(ADC3, ENABLE);                                                        //ADC3_DMA使能

        ADC_Cmd(ADC3, ENABLE);                                                                //ADC3 使能

        

//        ADC_SoftwareStartConv(ADC3);                                                //软件触发ADC转换

}



//******清空ADC与DMA的中断标志位，起到再次触发ADC与DMA的作用，否则ADC只会采集一波数据然后DMA搬运，若需多次采集必须使用次函数，可在数据处理完成后再次使用***//

void ADC_DMA_Trigger(){



        DMA_Cmd(DMA2_Stream0,DISABLE);//若用循环模式就可不用disable再enable，关掉再重启主要起重装NDTR和保护数据的作用

//        DMA_SetCurrDataCounter(DMA2_Stream0,AD3_Value_Length);

//        DMA_ClearITPendingBit( DMA2_Stream0 ,DMA_IT_TCIF0|DMA_IT_DMEIF0|DMA_IT_TEIF0|DMA_IT_HTIF0|DMA_IT_TCIF0 );

        DMA_ClearITPendingBit( DMA2_Stream0 ,DMA_IT_TCIF0);        

        ADC_ClearITPendingBit(ADC3,ADC_IT_OVR);//ADC3->SR = 0;

        DMA_Cmd(DMA2_Stream0,ENABLE);

}

#ifndef __ADCDMA_H__

#define __ADCDMA_H__



#include "stm32f4xx.h"  



#define AD3_Value_Length 256 //因为采样点数是256，故需要长度为256的数组



extern uint16_t AD3_Value[AD3_Value_Length];



void AD3_Init();

void ADC_DMA_Trigger();



#endif

#include "Timer.h"



//主频84M



//TIM2 32bit

void TIM2_Init(uint16_t arr, uint16_t psc){

        

        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);                       //TIM2 时钟使能

        

        TIM_InternalClockConfig(TIM2);        

        TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;                                //时基结构体

        TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = arr;                                         //设置自动重装载值

        TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler =psc;                                         //设置预分频值

        TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;         //设置时钟分割

        TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上计数模式

        

        TIM_SelectOutputTrigger(TIM2,TIM_TRGOSource_Update);                        //更新溢出向外触发

        TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);                         //时基初始化

        TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);                                                                                        //定时器使能

}

#ifndef __TIMER_H__

#define __TIMER_H__



#include "stm32f4xx.h"                  // Device header



void TIM2_Init(uint16_t arr, uint16_t psc);



#endif

#include "stm32f4xx.h"                  // Device header

#include "delay.h"

#include "usart.h"

#include "fft_calculate.h"

#include "math.h"

#include "Timer.h"

#include "ADCDMA.h"



/********************************************工程介绍***********************************************************

此FFT工程，利用Timer定时触发ADC3_IN9触发AD采集并利用DMA2_Stream0搬运至AD3_Value[256] 即采样256个点



/***********************************FFT相关理论计算介绍********************************************************

设：

被采目标信号频率：f

被采目标信号周期：T = 1/f

采样频率：fs

采样周期：Ts = 1/fs



采样点数:NPT

采样总时间：t = NPT*Ts



频谱图频率分辨率：f0 = fs/NPT



采到的被采信号周期数：NT = t/T

一个被采信号周期的采样点数：fs/f



*************************************************************************************************************/

u16 i;



int main(){

        delay_init(168);

        uart_init(9600);

        

        printf("Start !\r\n");

        

        TIM2_Init(5-1, 525-1);//fs=32KHz        fs=84MHz/(arr*psc)

        AD3_Init();        

        delay_ms(10);





        while(1){

                

                ADC_DMA_Trigger();                                                                                        //每次都要重新触发，否则只采样一波数据(NPT个AD值)便停止了

                

                for(i=0; i<NPT; i++){

                        

                        InBufArray[i] = ((signed short)(AD3_Value[i])) << 16;        //将AD值移至实部

                        printf("%d\r\n",AD3_Value[i]);                                                        //打印AD值（片内12位AD：0~4095）

                        

                }

                

                cr4_fft_256_stm32(OutBufArray, InBufArray, NPT);                        //FFT运算

                GetPowerMag();                                                                              //获取信号各次谐波分量的幅值        

                

                for(i=0; i<NPT/2; i++){                                                                        

                        printf("%d:%d\r\n",i,MagBufArray[i]);                                        //打印幅值

                }

                delay_ms(5000);

                

}



}