STM32 采集正弦波

### 实现STM32正弦波信号采集及处理的方法 #### 1. 硬件配置 为了实现正弦波信号的采集，需选用支持高性能ADC模块的STM32芯片。例如，在引用中提到的STM32F103 Mini板[^1]和STM32F4系列微控制器[^4]均具备强大的ADC性能。硬件连接方面，将待测正弦波信号接入STM32的指定ADC输入引脚。 对于高精度需求的应用场景，可以考虑使用外部运放电路对输入信号进行调理（如放大或衰减），以匹配ADC的最大输入电压范围[^5]。 --- #### 2. 软件设计 软件部分主要分为以下几个核心环节： ##### (1) 配置ADC参数 通过CubeMX工具初始化ADC外设，设置合适的分辨率、采样时间和触发模式。通常情况下，采用连续转换模式配合DMA传输可显著提升效率[^2]。具体代码如下所示： ```c // 初始化ADC结构体 static void MX_ADC_Init(void) { ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0}; hadc.Instance = ADC1; hadc.Init.ScanConvMode = DISABLE; // 单通道模式 hadc.Init.ContinuousConvMode = ENABLE; // 连续转换模式 hadc.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE; // 不使用外部触发 HAL_ADC_Init(&hadc); sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0; // 使用通道0 sConfig.Rank = 1; sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_7CYCLES_5; // 设置采样时间为7.5个时钟周期 HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc, &sConfig); } ``` ##### (2) 数据采集与存储 启用DMA功能后，每次ADC转换的结果会自动存入预先分配好的缓冲区中。此过程无需CPU干预，从而降低资源占用率。以下是启动DMA的相关代码片段： ```c uint16_t adcBuffer[1024]; // 定义用于存储ADC值的数组 HAL_ADC_Start_DMA(&hadc, (uint32_t*)adcBuffer, sizeof(adcBuffer)/sizeof(uint16_t)); ``` ##### (3) FFT变换与谐波分析 采集完成后，调用CMSIS-DSP库中的`arm_rfft_f32()`函数执行快速傅里叶变换操作，得到频域表示形式下的数据分布情况[^1][^3]。随后可根据幅度谱峰值位置判断基波频率及其对应的幅值大小；同时统计各次谐波成分占比来评估总谐波失真程度THD（Total Harmonic Distortion）。示例代码见下文： ```c #include "arm_math.h" #define N_SAMPLES 1024 float32_t fftInput[N_SAMPLES]; float32_t fftOutput[N_SAMPLES]; void ProcessFFT() { arm_rfft_instance_f32 rfftInstance; // 将原始ADC数值映射至浮点数区间[-1,+1] for(int i=0;i<N_SAMPLES;i++) { fftInput[i] = ((float32_t)(adcBuffer[i]) / 4096.f)*2 - 1; } // 创建RFFT实例并初始化 arm_rfft_init_f32(&rfftInstance, N_SAMPLES, 0, 1); // 执行实序列离散傅立叶变换 arm_rfft_f32(&rfftInstance, fftInput, fftOutput); // 计算模平方求取功率谱密度PSD float32_t psdValue; for(int k=0;k<=N_SAMPLES/2;k++) { psdValue = sqrtf((fftOutput[k*2]*fftOutput[k*2]+fftOutput[k*2+1]*fftOutput[k*2+1])); printf("Frequency Bin %d: Magnitude=%.2f\n",k,psdValue); } } ``` ##### (4) 结果可视化 如果希望直观展示所获取的波形曲线，则可通过TFT液晶屏或者USB转UART接口向PC端发送实时更新后的坐标点集合。借助MATLAB或其他绘图工具进一步绘制出完整的时域图像以及相应的频谱特性图表。 --- ### 性能优化建议 - **提高采样速率**：调整预分频系数使ADC工作于更高频率之下，进而缩短单次测量耗时。 - **减少噪声干扰**：合理布局印制版线路走向避免电磁耦合效应引入额外误差源。 - **校准零偏移量**：针对不同批次生产出来的传感器可能存在个体差异现象采取相应补偿措施确保最终输出一致性良好。 ---