STM32-三重ADC同步采样-FFT测信号相位差_stm32三重采样

STM32---adc-fft-信号相位差

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STM32---adc-fft-信号相位差

前言：

基础知识：

正文：

时钟配置：

基础配置：

串口配置：

TIM定时器：

ADC配置：

 DMA配置：

代码示例：

结语：

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前言：

        在信号处理领域，测量两个信号之间的相位差在许多应用中至关重要，如电力系统的同步、振动分析、以及通信系统中的相位调制。STM32系列微控制器，特别是STM32F407，具有强大的ADC模块，可以实现多路同步采样。通过使用三重ADC同步采样，并结合快速傅里叶变换（FFT），我们可以精确地测量信号之间的相位差。本次将分享如何使用STM32，利用三重ADC同步采样模式，配合FFT测信号相位差。本教程使用stm32f4，基于cubemx、keil5开发。（相位差这一概念，存在于频率相同，相位不同的信号中）

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基础知识：

有关FFT的使用方法，大家可以先看看这篇博客

——《stm32-HAL库-fft-测频率幅度》

        STM32系列微控制器（如STM32F407）提供了多个ADC模块，允许用户配置它们以同步方式采样多个通道。STM32的多ADC模块可以通过一个公共触发源（例如一个定时器）来实现同步启动，从而保证多ADC通道的采样在同一时间点进行。

正文：

关于时钟，串口，定时器这些比较常规的配置，我就不多做解释了，在下面这篇文章中我有过详细的介绍，如果需要的话，大家可以先看看这篇文章了解一下。下面ADC的配置比较重要！！！

——《stm32-HAL 电赛信号教程》

时钟配置：

基础配置：

串口配置：

TIM定时器：

这里我开的是2M采样率。128M/64=2M

ADC配置：

 DMA配置：

到此，配置完成。

代码示例：

这里就以ADC1和ADC2两个ADC采集为例，获得信号的相位差。但实际这个程序也采集了ADC3的数据，处理方法跟这两一样的哈。

（1）宏定义

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
#define  FFT_LENGTH		   1024
#define  ADC1_DMA_Size	   3072
#define  ADC2_DMA_Size	   1024

（2）定义数组变量

int   freq1=0;   		//获得ADC1采集信号的频率
int   freq2=0;   		//获得ADC2采集信号的频率
float phase_1=0; 		//获得ADC1采集信号的相位
float phase_2=0; 		//获得ADC2采集信号的相位
float phase_differ=0;	//相位差
 int SAM_FRE=2000000;                  //采样率-与cubemx配置的数据一致
 float    fft_inputbuf1 [FFT_LENGTH*2];	
 float    fft_inputbuf2 [FFT_LENGTH*2];	
 float    fft_outputbuf1[FFT_LENGTH];
 float    fft_outputbuf2[FFT_LENGTH];
 uint32_t ADC1_ConvertedValue[1024][3];//存放各ADC采集到的数据

（3）数据处理

打开ADC-DMA开启数据采集和传输。

  HAL_ADC_Start(&hadc1);
  HAL_ADC_Start(&hadc2);
  HAL_ADC_Start(&hadc3);
  
  HAL_ADCEx_MultiModeStart_DMA(&hadc1,(uint32_t*)ADC1_ConvertedValue,3072);
  HAL_TIM_Base_Start(&htim8);                        
  /* USER CODE END 2 */
 
  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {	

 主函数main中

  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {	 
	  if(DMA_FLAG==1)
	  {
	     DMA_FLAG=0;
		  
		 HAL_TIM_Base_Stop(&htim8); //关闭ADC-tim，防止数据处理时数据变化
		 HAL_ADCEx_MultiModeStop_DMA(&hadc1);
		 HAL_ADC_Stop(&hadc1);
		 HAL_ADC_Stop(&hadc2);
		 HAL_ADC_Stop(&hadc3);
		  
		  for(int i=0;i<1024;i++)
		  {
			  //printf("%d,%d,%d\r\n",ADC1_ConvertedValue[i][0],ADC1_ConvertedValue[i][1],ADC1_ConvertedValue[i][2]);
			  fft_inputbuf1[i*2]= (ADC1_ConvertedValue[i][0])*3.3/4095;//将ADC1采集的数据放到FFT待处理数组中
			  fft_inputbuf1[2*i+1]=0;
			  fft_inputbuf2[i*2]= (ADC1_ConvertedValue[i][1])*3.3/4095;//将ADC2采集的数据放到FFT待处理数组中
			  fft_inputbuf2[2*i+1]=0;			  
		  }
	  
		  	  arm_cfft_f32(&arm_cfft_sR_f32_len1024,fft_inputbuf1,0,1); //ADC1采集的数据FFT运算
			  arm_cmplx_mag_f32(fft_inputbuf1, fft_outputbuf1, FFT_LENGTH); 
			  
			  arm_cfft_f32(&arm_cfft_sR_f32_len1024,fft_inputbuf2,0,1); //ADC2采集的数据FFT运算
			  arm_cmplx_mag_f32(fft_inputbuf2, fft_outputbuf2, FFT_LENGTH);
		  
		  freq1= findmax((float*)fft_outputbuf1,1024,2);   //获得ADC1采集信号的频率
		  freq2= findmax((float*)fft_outputbuf2,1024,2);   //获得ADC2采集信号的频率
		  		  
		  phase_1=Phase_atan(fft_inputbuf1,freq1);         //获得ADC1采集信号的相位
		  phase_2=Phase_atan(fft_inputbuf2,freq2);         //获得ADC2采集信号的相位
		  phase_differ=phase_1-phase_2;					   //计算相位差
		  
		  if(phase_differ>180)                             //相位调整
		  {
			  phase_differ=phase_differ-360;
		  }	
          if(phase_differ<-180)
		  {
			  phase_differ=phase_differ+360;
		  }			  
		  printf("phase_differ = %f\r\n",phase_differ);
		  
		  HAL_Delay(1000);
 
		    HAL_ADC_Start(&hadc1);
			HAL_ADC_Start(&hadc2);
		    HAL_ADC_Start(&hadc3);
		   
			HAL_ADCEx_MultiModeStart_DMA(&hadc1,(uint32_t*)ADC1_ConvertedValue,3072);
		    HAL_TIM_Base_Start(&htim8);
			
	  }		  	  			  	  	  	  
 
    /* USER CODE END WHILE */
 
    /* USER CODE BEGIN 3 */	  
  }

信号频率计算函数

int findmax(float*arry,uint16_t len,uint16_t s) //s表示从第几个数开始找
 {
   int i;
   int j=s;
   for(i=s;i<len/2;i++)
   {
	  if(arry[i]>arry[j])
	  {
	    j=i;
	  }		  
   }
   return j;
 }

相位计算函数：FFT计算后的fft_inputbuf数组中，虚部除实部就是相位。

//相位计算函数
float Phase_atan(float32_t *inputSignal,uint32_t index)
{
        return   atan(inputSignal[2*index+1] / inputSignal[2*index]) / PI * 180;
}

OKOK，代码编写完成，大家可以打ADC1与ADC2采集的数据使用vofa+打印出来，用函数信号发生器产生两个频率相同，相位差为0的信号，可以发现两图案是重叠的，证明确实是同步采样。

结语：

        测量相位的内容较多且较为复杂，可以有点难理解，希望我的分享对大家能有帮助。如果需要完整代码，可以私信我或者留言，有疑问或建议欢迎留言！（这些代码都是在实验室验证过的哟）