STM32F4 HAL库使用DMA进行ADC采样实时发送波形到串口显示（包含傅里叶变换）

news2024/11/15 10:41:46

1.总体逻辑

按下STM32F4的KEY0按键，通过外部中断的方式对按键进行检测，然后开启一次带DMA的固定点数的ADC采集，采集完成后在DMA的中断发送采集到的数据，然后清空数据区准备下一次的按键中断。电脑接受到串口数据后对数据进行简单处理和傅里叶变化，然后实时显示在电脑上。
开发板：正点原子探索者STM32F407ZG

2.STM32

源工程文件
可以拿着正点原子的官方例程进行修改，这里只展示部分重要代码

1.外部中断处理函数

在这里插入图片描述

DMA传输完成中断函数

在这里插入图片描述

DMA缓存区大小设置

在ADC.h中设置
在这里插入图片描述

主函数

在这里插入图片描述

采样率的计算

目前是21M的时钟，一个时钟周期是0.047us，采集3个周期，转化12.5个周期就是15.5个周期
采样时间：0.047x15.5=0.7285us
采样率为：1/0.714=1.37268M
理论最高采集0.6863M信号，即686.3K信号

3.Python实时显示

这里的傅里叶变化只会显示最后的 POINT 个点的傅里叶变化情况

import serial
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import time
LINE = 1 # 是否用线的方式连接
OFFSET = 1 # 是否减去偏置值
POINT = 140 # 这里设置的大小和STM32中DMA缓存区的大小要一致

count = 0
# 设置画布大小
fig, (ax1, ax2) = plt.subplots(1, 2)
line1, = ax1.plot([], [])
line2, = ax2.plot([], [])
ax1.set_xlim(0, 100)
ax2.set_xlim(0,POINT*10000)
ax1.set_ylim(0, 5)
ax2.set_ylim(0, 100)
ax1.set_title('Time Domain')
ax2.set_title('Frequency Domain')

# 初始化数据
x = []
y = []
yfft = []
xfft = np.linspace(0,POINT*10000,POINT)

# 创建曲线对象
if LINE:
    line1, = ax1.plot([], [])
    line2, = ax2.plot([], [])
else:
    line1, = ax1.plot([], [],'.')
    line2, = ax2.plot([], [],'.')   

# 开始绘图
start_time = time.time()
ser = serial.Serial('COM3', 115200) # 根据自己的情况进行更改

# 循环读取串口数据并绘图
while True:
    count+=1
    # 读取串口数据
    if(ser.inWaiting()):
        line = ser.readline()
        ser.flush()
        if len(line) : 
            real_vol = int(line) * (3.3 / 4096)
            print(real_vol)
    else:
        real_vol = 0

    # 实时更新x轴
    t = time.time() - start_time

    # 更新数据
    x.append(t)
    y.append(real_vol)
    if count>POINT:
        #FFT
        temp = []
        xfft = np.linspace(0,POINT*10000,POINT)
        if OFFSET:
            yfft = np.fft.fft(y[-POINT:]-np.mean(y[-POINT:]))
        else:
            yfft = np.fft.fft(y[-POINT:])
        line2.set_data(xfft, abs(yfft))
    
    # 更新曲线数据
    line1.set_data(x, y)
    ax1.set_xlim(max(0, t - 5), t)

    # 重新绘制图形
    fig.canvas.draw()
    fig.canvas.flush_events()
    plt.pause(0.01)  # 控制循环速率