基于STM32的LCD信号波形和FFT频谱显示

news2025/7/18 19:51:41

一、项目准备

主要利用LCD驱动中的画点和画连线函数，驱动是正点原子给我写好了的画点和画线的函数等些相关函数

void LCD_Draw_Circle(u16 x0,u16 y0,u8 r);						 			//画圆
void LCD_DrawLine(u16 x1, u16 y1, u16 x2, u16 y2);							//画线

二、画波形图函数实现

a. matlab测试数据生成

i. 这里我们使用matlab生成的是一个正弦波+三角波的叠波，右边是对应的波形和频谱

ii. 这是叠波的数据（就是下面的测试数据）

float waveform[1000] = {
    -1.000000, -0.817209, -0.634667, -0.452619, -0.271310, -0.090983, 0.088125, 0.265779, 0.441754, 0.615827, 0.787785, 0.957424, 1.124547, 1.288969, 1.450513, 1.609017, 1.764328, 1.836307, 1.744827, 1.649776, 1.551057, 1.448583, 1.342287, 1.232115, 1.118027, 1.000000, 0.878027, 0.752115, 0.622287, 0.488583, 0.351057, 0.209776, 0.064827, -0.083693, -0.075672, 0.009017, 0.090513, 0.168969, 0.244547, 0.317424, 0.387785, 0.455827, 0.521754, 0.585779, 0.648125, 0.709017, 0.768690, 0.827381, 0.885333, 0.942791, 1.000000, -0.817209, -0.634667, ...
};

b. 波形绘制

i. 使用stm32生成一个正弦波进行点画波形测试，参数介绍如下：

x_start: 绘制正弦波形的起始横坐标（屏幕上的左边界）。即正弦波起始位置。

y_center: 正弦波形的垂直中心位置。波形会围绕该值上下波动。

width: 绘制正弦波形的总横向宽度（像素数）。

amplitude: 正弦波的振幅，即波形的最大垂直偏移量。

cycles: 正弦波的周期数，决定波形的波动次数。

//使用点方式画波形（stm32生成正弦波）
void LCD_Draw_SineWave(u16 x_start, u16 y_center, u16 width, u16 amplitude, float cycles)
{
	u16 i;
	float angle;
	float y;
	u16 y_draw ;
    float angle_step = 2 * 3.1415926f * cycles / width;
    for ( i = 0; i < width; i++)
    {
         angle = i * angle_step;
         y = sinf(angle);  // 正弦值范围 -1 到 1
         y_draw = y_center - (s16)(y * amplitude);  // 映射到屏幕坐标（注意方向）
        LCD_DrawPoint(x_start + i, y_draw);
    }
}

演示调用代码

效果展示：

ii. 点画波形代码实现（使用matlab数据）参数介绍如下：

x_start: 波形绘制的起始横坐标（即图像左边界）。

y_center: 波形在 LCD 上的垂直中心线位置。

width: 整个波形在 LCD 上的横向宽度（像素数）。

amplitude: 显示波形的垂直振幅（即最大显示高度）。

data: 指向波形数据的数组，数据范围为 [-1, 1]。

len: 波形数据的总长度。

void LCD_Draw_SineFromData(u16 x_start, u16 y_center, u16 width, u16 amplitude, const float *data, u16 len)
{
	u16 i,y_draw,x_draw;
    for ( i = 0; i < len; i++)
    {
        float y = data[i];  // [-1, 1] 范围
         y_draw = y_center - (int16_t)(y * amplitude/5.0f);  //5.0f用来控制波形的缩放（可以自行调节）
         x_draw = x_start + (i * width) / len;
			POINT_COLOR=YELLOW;	
        LCD_DrawPoint(x_draw, y_draw);
			printf("x=%d y=%d",x_draw,y_draw);
    }
}

效果展示：

iii. 线画波形代码实现（使用matlab数据）参数介绍如下：

x_start: 波形绘制的起始横坐标。

y_center: 波形在 LCD 上的垂直中心线位置。

width: 整个波形在 LCD 上的横向宽度（像素数）。

amplitude: 显示波形的垂直振幅（即最大显示高度）。

data: 指向波形数据的数组，数据范围为。

len: 波形数据的总长度（即数组中的元素个数）。


void LCD_Draw_SineFromData_WithLine(u16 x_start, u16 y_center, u16 width, u16 amplitude, const float *data, u16 len)
{
	int16_t y1,y2;
	u16 i,x1,x2;
    for ( i = 0; i < len - 1; i++)
    {
         y1 = y_center - (int16_t)(data[i] * amplitude * 2.0f);
         y2 = y_center - (int16_t)(data[i + 1] * amplitude *2.0f);
         x1 = x_start + (i * width) / len;
         x2 = x_start + ((i + 1) * width) / len;
        LCD_DrawLine(x1, y1, x2, y2);
    }
}

演示调用代码

效果展示：

c. 频谱绘制

i. 这里也是使用了matlab的数据，通过stm32 傅里叶变换后拿到对应的频谱数据

data：指向频谱数据数组的指针，数组中的每个元素代表一个频率点对应的幅值。

len：频谱数据的长度，即 data 数组中的元素个数。

x_start：绘图的起始横坐标，决定频谱图在屏幕上从哪里开始画。

y_base：绘图的基准纵坐标，通常为零幅值对应的参考线（基线）位置，纵坐标从此处开始向上绘制。

width：整个频谱图在水平方向上占据的像素宽度。

max_height：在幅值最大时，频谱图可以绘制的最大像素高度，用于控制纵向缩放。

max_value：频谱数据中的最大预期幅值，用于归一化数据，将实际幅值映射到 max_height 范围内。

void LCD_Draw_FreqSpectrum(float *data, u16 len, u16 x_start, u16 y_base, u16 width, u16 max_height, float max_value)
{
	u16 x1,i,x2;
	int16_t y1,y2;
    for ( i = 0; i < len - 1; i++)
    {
         x1 = x_start + (i * width) / len;
         x2 = x_start + ((i + 1) * width) / len;

         y1 = y_base - (int16_t)((data[i] / max_value) * max_height*2.0f);
         y2 = y_base - (int16_t)((data[i + 1] / max_value) * max_height*2.0f);

        LCD_DrawLine(x1, y1, x2, y2);
    }
}

效果展示：