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第五十七章 DSP FFT实验

本章将使用DSP进行快速傅里叶变换（FFT）的运算测试。通过本章的学习，读者将学习到DSP库中FFT运算的简单应用。
本章分为如下几个章节：
57.1 硬件设计
57.2 程序设计
57.3 下载验证

57.1 硬件设计
57.1.1 例程功能

1. 按下KEY0按键进行FFT计算测试，LCD显示计算耗时，USART输出计算耗时和计算结果
2. LED0闪烁，指示程序正在运行
   57.1.2 硬件资源
3. LED
   LED0 - PF9
4. 按键
   KEY0 - PE4
5. USART1（PA9、PA10连接至板载USB转串口芯片上）
6. 正点原子 2.8/3.5/4.3/7/10寸TFTLCD模块（仅限MCU屏，16位8080并口驱动）
7. FPU（可选，使用后相关的计算耗时更少）
8. 基本定时器6
   57.1.3 原理图
   本章使用的DSP库为软件库，因此没有对应的连接原理图。
   57.2 程序设计
   57.2.1 实验应用代码
   本章实验的应用代码，如下所示：

int main(void)
{/* 必要初始化，代码省略 */while (1){key = key_scan(0);switch (key){case KEY0_PRES:{/* 初始化FFT测试 */fft_test_init(fft_inputbuf, FFT_LENGTH);TMR_ConfigCounter(BTMR_TMRX_INT, 0);g_timeout = 0;/* FFT计算测试 */fft_test(fft_inputbuf);time = TMR_ReadCounter(BTMR_TMRX_INT) + g_timeout * 0x10000;sprintf(buf, "%0.1fms\r\n", (float)time / 10);lcd_show_string(30 + 12 * 8, 160, 100, 16, 16, buf, BLUE);/* 对FFT运算结果取模求得幅值 */fft_test_get_output(fft_inputbuf, fft_outputbuf, FFT_LENGTH);printf("\r\n%d point FFT runtime:%0.1fms\r\n",FFT_LENGTH, (float)time / 10);printf("FFT Result:\r\n");for (i=0; i<FFT_LENGTH; i++){printf("fft_outputbuf[%d]:%f\r\n", i, fft_outputbuf[i]);}break;}default:{break;}}/* 省略其他代码 */}
}

从上面的代码中可以看出，在检测到KEY0按键被按下后，便会调用函数fft_test_init()以及相关函数对FFT运算测试进行初始化准备，随后调用函数fft_test()进行FFT运算测试，同时使用定时器统计运算耗时，最后调用函数fft_test_get_output()对FFT的运算结果取模，然后在串口调试助手上显示最终的结果。
以上提到的函数fft_test_init()、函数fft_test()和函数fft_test_get_output()，如下所示：

static arm_cfft_radix4_instance_f32 scfft;/*** @brief	初始化FFT测试* @param	fft_inputbuf: FFT输入数组* @retval	fft_length: FFT长度*/
void fft_test_init(float *fft_inputbuf, uint16_t fft_length)
{uint16_t i;arm_cfft_radix4_init_f32(&scfft, fft_length, 0, 1);/* 生成信号序列 */for (i=0; i<fft_length; i++){fft_inputbuf[2 * i] = 	100 +									/* 实部 */10 * arm_sin_f32(2 * PI * i / fft_length) +30 * arm_sin_f32(2 * PI * i * 4 / fft_length) +50 * arm_cos_f32(2 * PI * i * 8 / fft_length);fft_inputbuf[2 * i + 1] = 0;									/* 虚部 */}
}/*** @brief	FFT计算测试* @param	fft_inputbuf: FFT输入数组* @retval	无*/
void fft_test(float *fft_inputbuf)
{arm_cfft_radix4_f32(&scfft, fft_inputbuf);
}/*** @brie	f对FFT计算测试结果取模求得幅值* @param	fft_inputbuf: FFT输入数组* @param	fft_outputbuf: FFT输出数组* @retval	fft_length: FFT长度* @retval	无*/
void fft_test_get_output(	float *fft_inputbuf,float *fft_outputbuf,uint16_t fft_length)
{arm_cmplx_mag_f32(fft_inputbuf, fft_outputbuf, fft_length);
}

可以看到，这三个函数实际上是对DSP库中函数的简单封装，本质还是调用了DSP库中的函数。但是可以看到，在使用了DSP库后，进行FFT运算变得十分简便，这非常有利于缩短应用开发周期。
57.3 下载验证
在完成编译和烧录操作后，可以看到LCD上显示了本实验的相关信息，此时若按下KEY0按键进行FFT运算测试，测可以看到，在FFT运算结束后，LCD上显示了本次FFT运算的耗时时长，同时串口调试助手上也显示了本次FFT运算结果取模后的结果值。