STM32 dsp库函数

### STM32 DSP库函数详解 #### 一、STM32 DSP库简介 STM32 DSP（Digital Signal Processing，数字信号处理）库是一系列专为STM32微控制器设计的数字信号处理函数集，旨在帮助开发者高效实现常见的信号处理算法。该库包括了多种常用的数字信号处理功能，如PID控制器、快速傅里叶变换（FFT）、有限冲激响应滤波器（FIR）和无限冲激响应滤波器（IIR）等。 #### 二、PID控制器 ##### 2.1 描述 PID控制器是一种广泛应用在工业控制系统中的控制策略，能够通过比例(P)、积分(I)和微分(D)三个参数来调整系统的输出，以达到稳定控制的目的。STM32 DSP库提供了几种不同的PID控制器函数，以满足不同应用场景的需求。 ##### 2.2 DSP库函数 ###### 2.2.1 `DoPID` 函数 - **函数描述**：此函数实现了基本的PID控制算法，适用于简单的控制场景。 - **输入参数**： - _error_：误差值 - _Kp_, _Ki_, _Kd_：PID系数 - **输出参数**： - 输出控制量 ###### 2.2.2 `DoFullPID` 函数 - **函数描述**：这是一种更全面的PID控制算法实现，它包含了对误差的限制、积分分离等功能，适合于需要更精确控制的应用场合。 - **输入参数**： - _error_：误差值 - _Kp_, _Ki_, _Kd_：PID系数 - _maxOutput_, _minOutput_：输出最大最小值限制 - _antiWindup_：是否启用积分防饱和功能 - **输出参数**： - 输出控制量 ###### 2.2.3 `PID_stm32` 函数 - **函数描述**：这是STM32专用的PID控制器函数，优化了在STM32上的运行效率。 - **输入参数**： - _error_：误差值 - _Kp_, _Ki_, _Kd_：PID系数 - _maxOutput_, _minOutput_：输出最大最小值限制 - _antiWindup_：是否启用积分防饱和功能 - **输出参数**： - 输出控制量 #### 三、复杂16位基数-4 FFT ##### 3.1 描述 快速傅里叶变换（FFT）是信号处理中非常重要的工具之一，用于将时域信号转换到频域。基数-4 FFT是一种特殊的FFT算法，可以有效地减少计算量。 ##### 3.2 DSP库函数 ###### 3.2.1 `cr4_fft_64_stm32` 函数 - **函数描述**：实现了64点的基数-4 FFT变换。 - **输入参数**： - _input_：输入信号 - _output_：变换结果 - _coefficients_：变换系数 - **输出参数**： - 变换后的频域数据 ###### 3.2.2 `cr4_fft_256_stm32` 函数 - **函数描述**：实现了256点的基数-4 FFT变换。 - **输入参数**： - _input_：输入信号 - _output_：变换结果 - _coefficients_：变换系数 - **输出参数**： - 变换后的频域数据 ###### 3.2.3 `cr4_fft_1024_stm32` 函数 - **函数描述**：实现了1024点的基数-4 FFT变换。 - **输入参数**： - _input_：输入信号 - _output_：变换结果 - _coefficients_：变换系数 - **输出参数**： - 变换后的频域数据 ##### 3.3 FFT性能提升 为了提高FFT的执行效率，STM32 DSP库采用了各种优化技术，包括但不限于循环展开、利用硬件浮点单元（如果可用）等方法来加速计算过程。 #### 四、16位FIR滤波器 ##### 4.1 描述 有限冲激响应滤波器（FIR）是一种线性相位滤波器，通常用于信号处理中去除噪声或进行频谱分析。16位FIR滤波器适用于需要较高精度的应用场景。 ##### 4.2 DSP库函数 ###### 4.2.1 `fir_16by16_stm32` 函数 - **函数描述**：实现了一个16位乘法的FIR滤波器。 - **输入参数**： - _input_：输入信号 - _output_：滤波后的输出信号 - _coefficients_：滤波器系数 - _order_：滤波器阶数 - **输出参数**： - 滤波后的信号 #### 五、16位IIR滤波器 ##### 5.1 描述 无限冲激响应滤波器（IIR）是一种非线性相位滤波器，相比FIR滤波器，它可以在较低的阶数下实现较高的滤波效果。 ##### 5.2 DSP库函数 ###### 5.2.1 `iiarma_stm32` 函数 - **函数描述**：实现了一种通用的IIR滤波器算法。 - **输入参数**： - _input_：输入信号 - _output_：滤波后的输出信号 - _aCoefficients_, _bCoefficients_：滤波器系数 - _order_：滤波器阶数 - **输出参数**： - 滤波后的信号 ###### 5.2.2 `iir_biquad_stm32` 函数 - **函数描述**：实现了一种双二次（Biquad）结构的IIR滤波器，这种结构特别适用于高阶IIR滤波器的设计。 - **输入参数**： - _input_：输入信号 - _output_：滤波后的输出信号 - _coefficients_：滤波器系数 - _numStages_：级联的双二次段数 - **输出参数**： - 滤波后的信号 #### 六、STM32F10x DSP库基准测试 STM32 DSP库不仅提供了一系列高效的信号处理函数，还进行了详细的性能测试，以确保在STM32微控制器上能获得最佳的执行效率。 ##### 6.1 函数代码大小 对于不同的DSP函数，STM32 DSP库提供了其代码大小的数据，这对于内存受限的应用尤其重要。 ##### 6.2 函数执行时间 ###### 6.2.1 PID控制器 PID控制器的执行时间根据不同的配置而变化，例如是否启用了积分防饱和功能等。 ###### 6.2.2 快速傅里叶变换(FFT) FFT的执行时间主要取决于输入数据的长度以及所使用的算法类型（例如基数-4 FFT）。 ###### 6.2.3 FIR滤波器 FIR滤波器的执行时间与滤波器的阶数有关，阶数越高，计算量越大，执行时间越长。 #### 七、STM32F10x DSP库演示描述 为了帮助用户更好地理解STM32 DSP库的功能和用法，文档中还提供了多个示例程序，这些示例程序展示了如何在实际项目中应用这些DSP函数。 #### 八、结论 STM32 DSP库为开发人员提供了丰富的数字信号处理功能，大大简化了复杂信号处理任务的实现过程。通过对该库的深入学习和实践，可以显著提高基于STM32微控制器的产品性能。 #### 九、修订历史 文档的最后部分提供了关于STM32 DSP库文档版本更新的信息，有助于用户了解最新版本中所做的改进和新增功能。