STM32H743 双ADC同步采样与FFT相位差计算

Dual ADC synchronous sampling and phase difference calculation using FFT on STM32H7

简介

本工程演示了如何使用STM32H7系列单片机的双ADC同步采样模式，结合HAL库和CubeMX进行配置，并实现基于CMSIS-DSP库的FFT函数的信号相位差计算。测试结果：

最大采样率可以拉到1.5MHz左右。

功能

• 基于HAL库和CubeMX配置STM32H743双ADC同步采样
• 实现两个通道的同步采样和数据采集
• 利用FFT对采样数据进行频域分析（默认1024点，可以根据需要自行修改源代码）
• 计算两个信号的相位差

硬件信息

• MCU型号：STM32H743VIT6
• 项目中配置的引脚如下：
  • E1：按键输入，按下开启采样
  • E3：连接到板上LED，用于指示案件是否功能正常
  • PC0：ADC1通道，单端模式，16-bit
  • PB1：ADC2通道，单端模式，16-bit
  • PC6：USART6_TX 用于在串口上显示计算结果
  • PC7：USART6_RX 用于在串口上显示计算结果
  • PA13和PA14用于DEBUG

双ADC模式的实现原理以及 CubeMX 的具体配置详见这篇博客。

软件信息

以下为本人使用的软件版本，更高的版本应该也能正常使用。

• STM32CubeMX Version 6.9.2
• MDK-ARM Plus Version: 5.24.1

快速开始

1.克隆仓库

可以直接Download ZIP，也可以使用Git：在 Git Bash 输入以下命令

git clone git@github.com:banyee19/STM32H743-dual-ADC-FFT-phase-diff.git

2.生成代码

打开项目目录下的H743_dual_ADC_synchronous_sample.ioc，Toolchain/IDE 选择MDK-ARM，然后点击GENERATE CODE生成代码，然后烧录即可。如果出现乱码，请检查你的编码是否被正确地设置为UTF-8。

3.运行程序

本工程默认使用USART6发送数据，上电后按下按键PE1开始采集数据，采集完毕后执行相位差计算，并把计算的结果发给串口。

代码结构

本项目的核心文件有两个：Phase.c和Phase.h，位于H743_dual_ADC_synchronous_sample\Custom目录下的src和inc文件夹中。整个计算需要用到的大多数变量、宏定义等都已经定义在了这两个文件中，因此在main.c中只需要引入一个头文件即可（不包括串口重定向）：

#include "Phase.h"

最核心的函数有以下三个：

// ADC 初始化函数
void PhaseCalculate_ADC_Init(ADC_HandleTypeDef *hadc1, ADC_HandleTypeDef *hadc2);
// 处理ADC原始数据的函数，如果需要获取采样电压波形信息可以调用此函数
void Process_ADC_RawData(void);
// 获取相位差，qi内部调用了 Process_ADC_RawData.
float32_t Get_PhaseDifference(void);

• PhaseCalculate_ADC_Init：完成ADC的初始化，包括执行ADC校准、启动双ADC模式、初始化DMA采样。
• Process_ADC_RawData：用于处理 ADC 采样原始数据的函数，只在 ADC 采样完毕后可以被调用。
• Get_PhaseDifference：获取 ADC1 和 ADC2 的相位差（单位：度）

具体的实现思路详见Phase.c。