基于DSP的FFT算法实现
1、FFT的原理 快速傅氏变换(FFT)是离散傅氏变换的快速算法,它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性,对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。它对傅氏变换的理论并没有新的发现,但是对于在计算机系统或者说数字系统中应用离散傅立叶变换,可以说是进了一大步。
设x(n)为N项的复数序列,由DFT变换,任一X(m)的计算都需要N次复数乘法和N-1次复数加法,而一次复数乘法等于四次实数乘法和两次实数加法,一次复数加法等于两次实数加法,即使把一次复数乘法和一次复数加法定义成一次“运算”(四次实数乘法和四次实数加法),那么求出N项复数序列的X(m),即N点DFT变换大约就需要N2次运算。当N=1024点甚至更多的时候,需要N2=1048576次运算,在FFT中,利用WN的周期性和对称性,把一个N项序列(设N=2k,k为正整数),分为两个N/2项的子序列,每个N/2点DFT变换需要(N/2)2次运算,再用N次运算把两个N/2点的DFT变换组合成一个N点的DFT变换。这样变换以后,总的运算次数就变成N+2(N/2)2=N+N2/2。继续上面的例子,N=1024时,总的运算次数就变成了525312次,节省了大约50%的运算量。而如果我们将这种“一分为二”的思想不断进行下去,直到分成两两一组的DFT运算单元,那么N点的DFT变换就只需要Nlog2N次的运算,N在1024点时,运算量仅有10240次,是先前的直接算法的1%,点数越多,运算量的节约就越大,这就是FFT的优越性。
数字信号处理器(DSP)是一种可编程的高性能处理器,近年来发展很快.它不仅适用于数字信号处理,而且在图像处理、语音处理、通信等领域得到了广泛的应用.通用的微处理器在运算速度上很难适应信号实时处理的要求.联沪处理器中集成有高速的乘法器硬件,能快速地进行大量数据的乘法和加法运算。快速傅里叶变换(FFT)的出现使得DFr在实际应用中得到了广泛的应用。
2、基于DSP的FFT算法实现 用C语言实现FFT算法 /*****************fft programe*********************/ #include 'typedef.h' #include 'math.h' struct compx EE(struct compx b1,struct compx b2) { struct compx b3 ; b3.real=b1.real*b2.real-b1.imag*b2.imag ; b3.imag=b1.real*b2.imag+b1.imag*b2.real ; return(b3); } void FFT(struct compx*xin,int N) { int f,m,nv2,nm1,i,k,j=1,l ; /*int f,m,nv2,nm1,i,k,j=N/2,l;*/ struct compx v,w,t ; nv2=N/2 ; f=N ; for(m=1;(f=f/2)!=1;m++) { ; } nm1=N-1 ; /*变址运算*/ for(i=1;i<> { if(i<> { t=xin[j]; xin[j]=xin[i]; xin[i]=t ; } k=nv2 ; while(k<> { j=j-k ; k=k/2 ; } j=j+k ; } { int le,lei,ip ; float pi ; for(l=1;l<> { le=pow(2,l); // 这里用的是L而不是1 lei=le/2 ; pi=3.14159 ; v.real=1.0 ; v.imag=0.0 ; w.real=cos(pi/lei); w.imag=-sin(pi/lei); for(j=1;j<> { /*double p=pow(2,m-l)*j; double ps=2*pi/N*p; w.real=cos(ps); w.imag=-sin(ps);*/ for(i=j;i<> { /* w.real=cos(ps); w.imag=-sin(ps);*/ ip=i+lei ; t=EE(xin[ip],v); xin[ip].real=xin[i].real-t.real ; xin[ip].imag=xin[i].imag-t.imag ; xin[i].real=xin[i].real+t.real ; xin[i].imag=xin[i].imag+t.imag ; } v=EE(v,w); } } } return ; } /*****************main programe********************/ #include #include #include #include 'typedef.h' float result[257]; struct compx s[257]; int Num=256 ; const float pp=3.14159 ; main() { int i=1 ; for(;i<> { s[i].real=sin(pp*i/32); s[i].imag=0 ; } FFT(s,Num); for(i=1;i<> { result[i]=sqrt(pow(s[i].real,2)+pow(s[i].imag,2)); } }
3、ICETEK-F2812-A的实验板调试步骤
1.实验准备 (1)连接实验设备: (2)准备信号源进行AD 输入。 ①取出2 根实验箱附带的信号线(如右图,两端均为单声道语音插头)。
②用1 根信号线连接实验箱底板上信号源I模块(图10-1 中单实线框中部分)的“波形输出”插座(图10-1中的3 或4)和“A/D 输入”模块(图10-1中虚线框中部分)的“ADCIN0”插座(图10-1 中的A),注意插头要插牢、到底。这样,信号源I的输出波形即可送到ICETEK-F2812-A评估板的AD 输入通道0。
③用1 根信号线连接实验箱底板上信号源II模块(图10-1中双实线框中部分)的“波形输出”插座(图10-1 中的c或d)和“A/D 输入”模块的“ADCIN1”插座(图10-1中的B),注意插头要插牢、到底。这样,信号源II的输出波形即可送到ICETEK-F2812-A评估板的AD 输入通道1。 ④设置信号源 I:
调整拨动开关“频率选择”(图10-1 中的5)拨到“100Hz-1KHz”档(图10-1中10)。 将“频率微调”(图10-1 中的6)顺时针调到头(最大)。 调整拨动开关“波形选择”(图10-1 中的7)拨到“三角波”档(图10-1 中的11)。
将“幅值微调”(图10-1 中的8)顺时针调到头(最大)。
⑤设置信号源II:
调整拨动开关“频率选择”(图10-1 中的e)拨到“100Hz-1KHz”档(图10-1 中的j)。 将“频率微调”(图10-1 中的f)顺时针调到头(最大)。 调整拨动开关“波形选择”(图10-1 中的g)拨到“正弦波”档(图10-1 中的k)。 将“幅值微调”(图10-1 中的h)顺时针调到头(最大)。
⑥将两个信号源的电源开关(图10-1 中的2和b)拨到“开”的位置。
2.设置Code Composer Studio 2.21在硬件仿真(Emulator)方式下运行 请参看本书第一部分、四、2。
3.启动Code Composer Studio 2.21 请参看本书第一部分、五、2。 选择菜单Debug→Reset CPU。
4.打开工程文件 5.编译、下载程序。
6.打开观察窗口 选择菜单“View”、“Graph”、“Time/Frequency…”做如下设置,然后单击“OK”按钮; 选择菜单“View”、“Graph”、“Time/Frequency…”做如下设置(图10-3),然后单击“OK”按钮; 在弹出的图形窗口中单击鼠标右键,选择“Clear Display”。
通过设置,我们打开了两个图形窗口观察两个通道模数转换的结果。
7. 设置信号源 由于模数输入信号未经任何转换就进入DSP,所以必须保证输入的模拟信号的幅度在0-3V之间。必须用示波器检测信号范围,保证最小值0V最大值3 V,否则容易损坏DSP芯片的模数采集模块。
8.运行程序观察结果 注意:输入信号的频率不能大于10KHz,否则会引起混叠失真,而无法观察到波形,如果有兴趣,可以试着做一下,观察采样失真后的图形。
9.选择菜单File→workspace→save workspacs As…,输入文件名SY.wks 。
10.退出CCS
4、DSP板调试结果之波形及波形分析 DSP板有多种调试方法,下面使用的一种为观测其示波器波形的方法,通过波形,我们可以看出此板子的性能。使用通用定时器Timer1/2/3/4产生PWM,选择连续计数模式可以产生如下图所示的非对称PWM波形
选择连续增/减计数模式可以产生中心或对称PWM波形,如下图所示 (2)同样,采用连续增计数模式可以产生一对带有死区的互补的非对称PWM波形
采用连续增/减计数模式可以产生一对带有死区的互补的对称PWM波形 实现的方法如下: (1)采用通用定时器Timer1和Timer2产生两路PWM波形; (2)为了产生对称波形,使两个定时器都工作于连续增/减计数模式; (3)从上图可以看出,S1的上升延和S2的上升延始终相差半个Ts,及半个周期,为了实现相移,可以让T1先开始计时工作,当T1到达第一个周期中断的时候打开T2,让T2也开始工作,同时需要去使能T1中断,或者通过置标志位等方法使得以后T1周期中断的时候不会再去打开T2定时器。这样就可以使的T1和T2输出的波形满足上图的要求,即既是互补,又是导通时间对称的PWM波形,只要占空比不足50%,就相当于留有一段死区时间。可以参看下面的示意图。
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