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2025/12/18 12:34:17
本文只讨论 FFT 在嵌入式与工程中的实际含义，不涉及数学推导。
一、采样分辨率是什么？
1. 先定义所有变量（很重要）
| 符号 | 含义 |
|---|---|
fs | 采样率（Hz），每秒采样多少次 |
N | FFT 点数（一次参与 FFT 的采样点数量） |
T | 采样时间长度（秒） |
Δf | 频率分辨率（Hz） |
2. 它们之间的关系
采样时间长度
T = N / fsN个点- 每秒采
fs次 - 一共覆盖
T秒的数据
频率分辨率
Δf = 1 / T = fs / N含义：
FFT 能区分的最小频率间隔
3. 工程本质结论
fs决定你能看到多高的频率N决定你看了多久Δf决定你能分多细
频率分辨率的本质是：采样时间长度，而不是采样率本身
二、FFT 频点对应的是什么？
1. 再定义变量
| 符号 | 含义 |
|---|---|
k | FFT 频点序号（整数，从 0 开始） |
Δf | 频率分辨率（Hz） |
f(k) | 第k个频点所代表的实际频率（Hz） |
2. 频点与频率的对应关系
f(k) = k × Δf含义：
- FFT 并不是“算出一个频率”
- FFT 是把频率范围按 Δf 分成很多桶
- 第
k个桶的中心频率是k × Δf
3. 具体工程例子
已知条件
fs = 2048 Hz N = 1024计算
T = N / fs = 0.5 s Δf = fs / N = 2 Hz对应关系
k = 0 → 0 Hz k = 1 → 2 Hz k = 2 → 4 Hz k = 25 → 50 Hz✅可以理解为：1 个频点代表 2 Hz 宽度的频率区间
4. FFT 能不能“算准”的唯一判断条件
定义变量
| 符号 | 含义 |
|---|---|
f_sig | 实际信号频率（Hz） |
判断条件
f_sig / Δf = 整数- ✔ 是整数 → 能量集中在一个频点
- ✘ 不是整数 → 能量分散到多个频点（频谱泄漏）
三、FFT 中的相位是怎么计算的？
1. FFT 输出数据的含义
FFT 在每个频点k上输出一个复数：
X[k] = Re[k] + j · Im[k]| 符号 | 含义 |
|---|---|
X[k] | 第k个频点的 FFT 结果 |
Re[k] | 实部 |
Im[k] | 虚部 |
j | 虚数单位 |
2. 相位的计算方式
φ[k] = atan2( Im[k], Re[k] )| 符号 | 含义 |
|---|---|
φ[k] | 第k个频点的相位（弧度） |
atan2() | 四象限反正切函数 |
3. FFT 相位的真实物理意义
FFT 计算得到的相位表示的是：
该频率分量，相对于“采样起点”的相位
其中：
| 项目 | 说明 |
|---|---|
| 采样起点 | DMA 开始采样的第一个点 |
| 相位零点 | 并不是信号的物理零相位 |
4. 为什么单通道 FFT 相位通常没意义？
因为相位包含：
- 采样起点偏移
- 滤波器群延时
- ADC / 数字链路延时
所以：
单通道 FFT 相位 → 只用于稳定性判断5. 工程中“有意义的相位”
① 通道间相位差
| 符号 | 含义 |
|---|---|
φ1 | 通道 1 的相位 |
φ2 | 通道 2 的相位 |
Δφ = φ2 − φ1② 谐波相对基波相位
| 符号 | 含义 |
|---|---|
φ1 | 基波相位 |
φn | 第 n 次谐波相位 |
Δφn = φn − n · φ1四、工程最终结论（纯结论版）
采样时间 T = N / fs 频率分辨率 Δf = 1 / T = fs / N 频点频率 f(k) = k × Δf FFT 能否算准：f_sig / Δf 是否为整数 FFT 相位只能使用“相对相位”五、一句话总结
FFT 的本质是：用 N/fs 秒的数据，把频率按 fs/N 分桶；
是否准确，只取决于你看得够不够久，以及频率是否对齐桶中心。