[i=s] 本帖最后由 current-hu 于 2026-6-26 00:35 编辑 [/i]
【NUCLEO-U3C5ZI 测评】超低功耗手持 FFT 分贝仪与特定频率噪声 AI 识别报警器
一、开箱与硬件介绍
收到 NUCLEO-U3C5ZI（MB2222）开发板，包装与板卡外观正常，USB-C 上电后 ST-LINK 识别正常，用户 LED 例程可运行。
图1 原型整机：NUCLEO-U3C5ZI + TFT 屏 + 外接模拟麦克风
本轮验证采用 Nucleo-144 板卡加外扩原型电路：SPI 接口 TFT 彩屏（显示 0–20 kHz 频谱）、外接模拟麦克风模块（经板载 12-bit ADC 采样）、杜邦线连接。当前以「板卡 + 屏 + 模拟麦」方案完成测试。
STM32U3C5 主要参数
| 项目 |
规格 |
| 内核 |
Arm Cortex-M33，最高 96 MHz |
| 存储 |
2 MB 双 Bank Flash，640 KB SRAM |
| 信号处理 |
HSP 硬件信号处理器 |
| 低功耗 |
支持 Stop 2 等模式 |
| 其他 |
Dual FDCAN、TrustZone |
本项目已使用：ADC 采集、CMSIS-DSP/HSP FFT、SPI 显示、Stop 2 休眠。Edge AI 模型已通过 X-CUBE-AI 编入工程；TrustZone、Dual FDCAN 本轮未实测。
二、开发环境搭建与基础验证
软件工具
| 工具 |
用途 |
| STM32CubeIDE |
编译、调试、烧录 |
| STM32CubeMX |
时钟、ADC、SPI、DMA、PWR、HSP 配置 |
| CMSIS-DSP |
RMS、FFT |
| X-CUBE-AI |
1D CNN 模型部署 |
CubeMX 选择 STM32U3C5ZITx，生成工程后可正常编译、下载。上电后依次验证 GPIO/UART 日志、ADC 连续采样与 SPI 屏驱动。屏显标题为 Audio FFT 0-20kHz，底部输出 Peak: xxx Hz / xx dB，采集—FFT—显示链路工作正常。
与此前 STM32F411 纯软件 FFT 原型相比，相同 512 点 FFT 规模下，U3C5 屏上刷新更流畅（本轮未保存串口计时截图）。
三、测试结果
3.1 音频采集与分贝显示
测试方法： ADC 连续采样，512 点加 Hanning 窗后计算幅值与 RMS，按固件映射 dB = 0–3300 mV → 20–100 显示（宽频近似值，非 A 计权声级计）。
与参考声级计对比（Wensn WS1361，FAST，dBA）
| 序号 |
环境 |
参考声级计 |
原型屏示 |
偏差 |
| 1 |
办公室本底 |
49.1 dBA |
48 dB / 52 a |
−1.1 ~ +2.9 dB |
| 2 |
办公室本底 |
51.5 dBA |
54 dB |
+2.5 dB |
图2 分贝对照测试（参考计 49.1 dBA）
图3 分贝对照测试（参考计 51.5 dBA）
办公室环境下，屏示与参考计偏差在 ±3 dB 以内，可作为原型级 dB 指示。94 dB 声校准器标定点本轮未实测。
静音时屏示约 46–54 dB，Peak 频率随环境在 66–333 Hz 附近变化，与低频底噪一致。
3.2 512 点 FFT 与频谱显示
屏上横轴 0–20 kHz，纵轴为幅值柱状图，底部显示主峰频率与电平。
单频响应： 播放 1 kHz 纯音时，频谱出现明显主峰，屏示 Peak: 1000 Hz 100 dB（验证频率识别；绝对 dB 值未与标器比对）。
图4 1 kHz 单频 FFT 响应
动态频谱： 手持麦克风靠近声源时，Peak 频率随声音变化（如 1171 Hz、1562 Hz），频谱柱实时更新。动态过程见帖子附件测试视频。
判定：512 点 FFT 与 SPI 屏显功能正常。500 Hz + 2 kHz 双频定量测试、HOLD 冻结等交互本轮未单独留图。
3.3 低功耗 DSP
DSP / FFT： 本节对应评测重点之一。HSP 已在 CubeMX 启用，FFT 由 CMSIS-DSP/HSP 完成，0–20 kHz 实时频谱可由图 2–4 及附件视频复现。
功耗测试（UNI-T UT61E，Nucleo IDD 跳线，测 MCU 域电流）
| 状态 |
示值 |
对应图 |
| Stop 2，屏灭 |
1.00 µA |
图 5 |
| 连续测量，屏亮 |
94.72 mA |
图 6 |
图5 Stop 2 休眠电流 1.00 µA
图6 工作态电流 94.72 mA（Peak 66 Hz / 46 dB）
休眠电流为微安级，Stop 2 可用。工作态约 95 mA 为 USB 供电、TFT 常亮、ADC 连续采集条件下的示值。「测 1 s 即休眠」的完整时序未在同一段录像中展示。
四、对比测试
| 项目 |
STM32F411 原型（同规模 FFT） |
NUCLEO-U3C5ZI 本轮 |
| 512 点 FFT + 屏显 |
可完成，刷新偏慢 |
可完成，动态响应更好 |
| 办公室 dB 对照 |
约 ±5 dB |
约 ±3 dB |
| Stop 休眠电流 |
数 µA 量级 |
1.00 µA（IDD 跳线） |
| Edge AI 现场演示 |
曾有分类 log |
本轮未留存影像 |
| FDCAN |
未使用 |
未测 |
五、测试结论
NUCLEO-U3C5ZI 在本项目中完成了以下验证，均有照片或视频支撑：
- 音频 ADC 采集与 512 点 FFT
- 0–20 kHz 实时频谱显示
- 办公室 dB 与 WS1361 对照（偏差约 ±3 dB）
- Stop 2 休眠电流约 1 µA
本项目为送测板上的功能验证原型，非手持成品。U3C5 在低功耗休眠与实时 FFT 显示方面表现符合预期。
测试部分视频：https://www.bilibili.com/video/BV1K17e6HE7e/
https://www.bilibili.com/video/BV1K17e6HEtJ/
