stm32之DDS及FFT

DDS说明

• DDS整个过程大概如图所示，简单来说就是写做好一个正弦表存入ROM中，然后根据定时器依次输出。需要注意的是频率和累加器。
• 正弦表我用python写了一个（4096点，3.3V电压，16位自制DA，如用STM32的12位DA只需要改一下系数）

import math
for i in range(0,4096):
        print int(19680*(1.7+1.5*(math.sin(2*math.pi*i/4095)))),
raw_input('Enter a word')

• 对于其他如方波及锯齿波，我是先用STM32根据占空比等参数产生数据放入一个变量中，然后再依次输出。

FFT说明

• DSP2.0的库中就有FFT的库，有64、256和1024点的FFT。点越多精度越高。
• 根据香农采样定理，如果需要得出1KHz的波形，就至少要2KHzd的采样频率，最好过4倍。所以采样频率觉得了分辨的最大频率。
• 精度与最大频率之间的关系：FFT之后会得到一个数组，包括实部和虚部。其中模值就是幅值的大小。而数组下标就代表了频率。0是直流分量。1就是采样频率/点数的频率。比如1024Hz采样，1024点FFT，那么精度就是1Hz。1就代表1Hz的幅值。这样一来分辨最大的只有512Hz。所以要精度就得降低最大频率，除非增加FFT的点数，但需要自己写了。
• 还有一个问题：只有精度值的整数倍的频率经过FFT之后幅值才是正确的。也就是说如果4096Hz采样，1024点FFT，也就是频率是4的倍数才能正确计算出幅值来。
• DSP库的使用很简单，采样数据放入数组，FFT之后得到输出数组。
• DSP库的下载请点击。
• 2012山东省电子设计竞赛源程序下载请点击。DDS输出然后FFT得到结果。Ps.以前的程序结构写的有点乱

出现的问题

• 串口有很多的中断，不用的需要把它关掉，不然会总是进入中断出不来。
• 关于DDS累加器其实可以单独采用一个32位的变量，这样精度可以更高，然后只要移位到需要位数的累加器中就能控制频率了。而且这个32位的变量不会以为数据的点数而改变。

u32 a1,b1;
//const u32 fmin=429497; //精度设为1HZ	,此时定时器频率为10KHz，算出1Hz的fmin=2^32/10000，这个与数据的点数无关
const u32 fmin=42950;

void TIM2_IRQHandler(void)
{
	if(TIM_GetFlagStatus(TIM2,TIM_FLAG_Update)==SET)
	{
	TIM_ClearFlag(TIM2,TIM_FLAG_Update);				  /*清楚中断标志位*/
	a1 +=F1*fmin;
	b1 +=F2*fmin;
	rate1=a1>>20;
	rate2=b1>>20;
	DAC_SetDualChannelData(DAC_Align_12b_R,SINWAVE[rate1]*A1,SINWAVE[rate2]*A2);
	}						  

}

• 对于芯片的资料一定要先认真看一遍，要注意一下一些特别的地方。这样才不会浪费时间。LM358运放的最大输出电压为供电电压VCC-1.5v，还有单电源与双电源供电的情况也不一样。
• 滤波电路其实在高频下才是必须的，不过应该能使波形更平滑。
• TI公司ST公司的DSP库中FFT算法的结果不必像Matlab一样除以N或N/2，它的结果就代表了实际的值。但如果是AD采样进来的数据，还要注意一下转换成电压值。还有那个例程中那个算幅值的函数，正如网上所说一样，对于直流分量是多乘了一个2，还有就是对于AD采进来的数由于没有负数，那个函数也能简化一下直接求模就行。

void PowerMag(u16 nfill)
{
  s16 lX,lY;
  for (i=0; i < nfill; i++)
  {
    lX= (lBUFOUT[i]<<16)>>16; /* sine_cosine --> cos */
    lY= (lBUFOUT[i] >> 16);   /* sine_cosine --> sin */
//	lBUFMAG[i]=sqrt(lX*lX+lY*lY);    //全是正数的时候也可以简化
    {				   
      float X=  nfill*((float)lX)/32768;
      float Y = nfill*((float)lY)/32768;
      float Mag = sqrt(X*X+ Y*Y)/nfill;
	  if(i==0)
	  lBUFMAG[i] = (uint32_t)(Mag*32768);
	  else
      lBUFMAG[i] = (uint32_t)(Mag*65536);
    }    
  }
}

• 这个函数是求相位的，但是注意会有个“初始相位”，也就是0相位时的结果不是0，但如果计算同频是的相位差结果是正确的。

void PowerPhase(u16 nfill)
{
int32_t lX,lY;
for (i=0; i < nfill/2; i++)
{
        lX= (lBUFOUT[i]<<16)>>16; /* 取低16bit，sine_cosine --> cos */
        lY= (lBUFOUT[i] >> 16);   /* 取高16bit，sine_cosine --> sin */    
        {
            float X=  NPT*((float)lX)/32768;
            float Y = NPT*((float)lY)/32768;
            float phase = atan(Y/X);
             if (Y>=0)
             {
                if (X>=0)
                  ;
                else
                  phase+=PI;  
             }
             else
             {             
                if (X>=0)
                  phase+=PI2;                  
                else 
                  phase+=PI;                    
             }                   
            
            lBUFPHASE[i] = phase*180.0/PI;
        }    
    }
}

• 还有一个非常非常重要的一点，注意各种变量的位数以及是否有符号。
• AD与DA的输出是0～3.3V与0～4095（12位的情况下），要记得变换一下。还有DA的输出直接连到AD的输入，会把3.3V降到3.1V、0V升到0.2V。也就是上下各有0.2V左右的偏差，与Buffer是否使能有关，如果除去这个偏差，带负载能力会下降。

/* DAC channel1 Configuration */
DAC_InitStructure.DAC_Trigger = DAC_Trigger_None ;
DAC_InitStructure.DAC_WaveGeneration = DAC_WaveGeneration_None;
//DAC_InitStructure.DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude = DAC_TriangleAmplitude_4095;
/*如果是Disable上下会有0.2V的线性变化，可能这样带负载能力强	 */
DAC_InitStructure.DAC_OutputBuffer = DAC_OutputBuffer_Disable;
DAC_Init(DAC_Channel_1, &DAC_InitStructure);

• ADC采样频率问题：如果不是定时器采样，频率的计算与分频（RCC_ADCCLKConfig）和采样周期（ADC_RegularChannelConfig）有关。

ADC_InitTypeDef  ADC_InitStructure;
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div4);    //PCLK2 4分频=18MHz-----13.5个周期+12.5=26
					//	 如果不是定时器控制采样频率为18/26MHz
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1|RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
/* ADC1 Configuration ------------------------------------------------------*/
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;	  //工作在独立模式
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;	      //单通道和多通道模式disable==》单
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;	  //连续模式，但此模式 disable
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	 //由软件触发而不是外部触发
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	 //右对齐
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;					 //通道数目为1
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
/* ADC1 regular channel14 configuration */ 
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, adc_channle, 1, ADC_SampleTime_13Cycles5); //设置采样顺序和采样时间13.5个周期

• 函数体写不写在头文件里，主要看会不会多次引用！（这句话是以前写的，请最好不要这么做！！！）
• 关于多文件我想再说一些，以前对于多文件的编译都不是很理解。相关联的一些函数变量放在一个C文件，头文件里只声明而在C文件里定义。
• 特别需要注意：变量的声明与定义int i这个其实是定义，它已经分配了内存空间，如果你又在其他地方多次引用这个头文件就会造成重复定义的错误。所以在头文件里用extern int i声明。
• 对于那些不希望其他文件使用的函数与变量定义成static,同时只在C文件声明就好了。对于static局部变量在每次函数调用时也只初始化一次，且不随函数结束而销毁空间，其实就相当于全局变量。
• 还有一个关键词是volatile，这是是说明这个变量也可能在其他文件改变值，请编译器不要优化，这对于底层编程很有必要。
• 最后一点我也觉得是最重要一点就是，少用全局变量。