基于STM32的数据采集及FFT处理
摘要
在生产实践中,我们常常需要对外部物理量进行实时监控、测量，如压强、流量、温度等。这些信号在转换为电信号时,常常以模拟信号的方式出现。而单片机只能处理数字信号，因此，在对外部模拟信号进行分析处理的过程中，必须使用ADC模块将外部拟信号转换成单片机能够处理的数字信号[1]。本文主要研究基于STM32单片机内置的ADC数据采集过程和FFT处理信号过程。
关键词：STM32单片机 ,ADC模块，FFT处理，采样率，采样精度
- 绪论
真实世界的模拟信号，例如温度、压力、声音或者图像等，需要转换成数字形式才更容易储存、处理，而将模拟信号转换成数字信号的电路，就称为模数转换器（简称a/d转换器或adc,analog to digital converter）。A/D转换的作用是将时间连续、幅值也连续的模拟量转换为时间离散、幅值也离散的数字信号[4]。本文主要讨论如何在STM32开发板上利用ZET6芯片内置的ADC模块完成输入信号的数据采集并在液晶屏上显示回放，并能对采集到的信号进行FFT处理并显示其处理结果。
- 主要器件简介
模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。模数转换器的种类很多，按工作原理的不同，可分成间接ADC和直接ADC，间接ADC是先将输入模拟电压转换成时间或频率，然后再把这些中间量转换成数字量，常用的有中间量是时间的双积分型ADC。直接ADC则直接转换成数字量，常用的有并联比较型ADC和逐次逼近型ADC。模数转换一般要经过采样、保持和量化、编码这几个步骤。采样定理：当采样频率大于模拟信号中最高频率成分的两倍时，采样值才能不失真的反映原来模拟信号[5]。
A/D转换器的主要技术指标有转换范围、分辨率、绝对精度和转换时间。 AD转换器必须有足够的转换精度，同时，为了适应快速过程的控制和检测的需要，AD转换器还必须有足够快的转换速度。因此，转换精度和转换速度乃是衡量 AD转换器性能优劣的主要标志。A/D转换器的分辨率以输出二进制（或十进制）数的位数来表示。它说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。从理论上讲，n位输出的A/D转换器能区分2个不同等级的输入模拟电压，能区分输入电压的最小值为满量程输入的1/2n。在最大输入电压一定时，输出位数愈多，分辨率愈高。而转换精度通常是以输出误差的最大值形式给出。它表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别[6]。常用最低有效位的倍数表示。转换时间是指A/D转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。
A/D转换器的转换时间与转换电路的类型有关。不同类型的转换器转换速度相差甚远。其中并行比较A/D转换器的转换速度最高，8位二进制输出的单片集成A/D转换器转换时间可达到50ns以内，逐次比较型A/D转换器次之，它们多数转换时间在10～50s以内，间接A/D转换器的速度最慢，如双积分A/D转换器的转换时间大都在几十毫秒至几百毫秒之间[6]。在实际应用中，应从系统数据总的位数、精度要求、输入模拟信号的范围以及输入信号极性等方面综合考虑A/D转换器的选用。
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