嵌入式开发:傅里叶变换(5):STM32和Matlab联调验证FFT

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[1. MATLAB获取 STM32 的原始数据](#1. MATLAB获取 STM32 的原始数据)

[2. 将数据上传到电脑](#2. 将数据上传到电脑)

[3. MATLAB 接收数据并验证](#3. MATLAB 接收数据并验证)

STM32进行傅里叶代码

结果分析


STM32 和 MATLAB 联调是嵌入式开发中常见的工作流程,通常目的是将 STM32 采集的数据或控制信号传输到 MATLAB 中进行实时处理、分析和可视化,同时也可以将在开发板上运行算法,然后再与Matlab计算的结果做对比,对我们的算法进行验证。

以在项目中对磁通门传感器进行数据处理为例,进行在 STM32 和 MATLAB 联调,以下是三个关键步骤:

1. MATLAB获取 STM32 的原始数据

在 STM32 上,首先需要从传感器或其他外设获取原始数据。这个过程通常涉及:

  • 配置 ADC、传感器接口(如 I2C、SPI 等)来读取传感器数据。
  • 将采集到的数据存储到数组或缓冲区中,准备传输。

示例代码:

复制代码
// 这是采集到的原始数据:Flugate_frame.dataBuf的缓存数组,包含磁通门传感器X、Y、Z三个轴的数据
// 数据填充过程,读取磁通门传感器X轴数据到数组中,先对X轴的数据做FFT变换
								                                                                                                                         
int groupCount = Flugate_frame.dataLen / 12;  /* 每组12字节(x,y,z) */								                                                                                                                     
for (int i = 0; i < groupCount; i++)								                                                                                                                     
{ 										                                                                                                    
    if(Flugate_Date.Data_idx < 512)										                                                                                                                     
    {	
        //从原始数据缓存数组中提取X轴的数据到数组Flugate_Date.axis_X_Data_FFT_Input中,作为FFT的输入											                        
        memcpy(&Flugate_Date.axis_X_Data_FFT_Input[Flugate_Date.Data_idx], 
        &Flugate_frame.dataBuf[i*12 + 0], 4);										 												                                                                                
        Flugate_Date.Data_idx++;//数据组数										                                                                                 
    }								                                                                                                                         
}

2. 将数据上传到电脑

在 STM32 上,使用串口(USART)、USB、I2C、SPI 或网络通信(如 TCP/IP)将原始数据发送到计算机。

  • 通过串口发送数据 :使用 HAL_UART_Transmit() 或直接操作串口接口,发送数据到计算机。
  • 通过 USB:将 STM32 配置为 USB 虚拟串口或 USB 存储设备,将数据通过 USB 上传到计算机。
  • 通过网络(TCP/IP):如果 STM32 具有网络接口(如以太网或 Wi-Fi),则可以通过 TCP/IP 协议将数据传输到计算机。

示例代码(串口发送数据):

复制代码
comSendBuf(COM4, (uint8_t*)&Flugate_Date.axis_X_Data_FFT_Input[Flugate_Date.Data_idx], 4);

3. MATLAB 接收数据并验证

在 MATLAB 中,接收 STM32 上传的数据,进行验证、处理和可视化:

  • 打开串口:在 MATLAB 中使用 serialport 打开与 STM32 的连接,我这里是通过串口发送数据,所以用到 serialport 来接收数据。
  • 接收数据:使用 read 等函数接收数据。
  • 数据验证与处理:接收的数据可以进行校验、滤波、分析或可视化,确保其正确性。
  • STM2发送的数据是来自传感器,每个数据均为4个字节,共发送了512个数据,对这512个数据进行FFT变换。

示例代码(MATLAB 接收数据):

Matlab 复制代码
clear;

serialObj = serialport('COM11',  115200);  % 替换为正确的串口号

% 设置超时时间为 200 秒
serialObj.Timeout = 200;  % 设置超时为 20 秒

% 读取 512 * 4个 字节的数据
numFloats = 512;
% 按字节读取数据
data_UINT8 = read(serialObj, numFloats * 4, "uint8");  

% 将字节数据重新排列为 4 字节一组
% 重塑为 512 行,每行 4 字节
data_UINT8 = reshape(data_UINT8, 4, 512).' ;  

% 更改数据大小端
data_UINT8_change = fliplr(data_UINT8);

% 创建一个 512x1 的全零数组
float_value = zeros(512, 0);  

for index = 1:512
% 将四个字节合并成一个32位无符号整数
int_value = bitshift(data_UINT8_change(index,1), 24) + bitshift(data_UINT8_change(index,2), 16) + bitshift(data_UINT8_change(index,3), 8) + data_UINT8_change(index,4);
% 将该无符号整数转换为float
% int_value 需要先转为int32类型
float_value(index) = typecast(int32(int_value), 'single');  

end
% 关闭串口连接
clear serialObj;

%进行ftft
%采样频率
Fs = 512;
%采样点数
N = 512;
float_value_FFT = fft(float_value,N);

Mag = abs(float_value_FFT);

STM32进行傅里叶代码

具体代码附件可以进行私聊。同时STM32实现FFT可见博客:嵌入式开发:傅里叶变换(5):基于STM32-DSP库实现-CSDN博客

结果分析

STM32进行FFT的滤波效果:

Matlab滤波效果:

比较联调可得STM32 FFT变换后的结果和Matlab中基本一致,求出的幅值响应没有问题。

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