DSP大作業(yè)-快速傅立葉變換算法實(shí)驗(yàn)

DSP原理及應(yīng)用大作業(yè) 專 業(yè)：電子信息工程姓 名：學(xué) 號：快速傅立葉變換(FFT)算法實(shí)驗(yàn)一、摘要 基于CCS的DSP算法仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 簡要介紹了CCS軟件的主要功能, 利用CCS軟件, 設(shè)計(jì)數(shù)字信號處理實(shí)驗(yàn)課程, 實(shí)現(xiàn)了FFT算法實(shí)驗(yàn)二、引言在當(dāng)今的數(shù)字化時(shí)代背景下, DSP控制器以其可靠性高、擴(kuò)充能力強(qiáng)、可維護(hù)性能好,可滿足多種場合的應(yīng)用需要,得到了國內(nèi)外電子信息界和控制方案支持企業(yè)的青睞,被公認(rèn)為控制實(shí)現(xiàn)技術(shù)的發(fā)展方向。DSP已成為通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的基礎(chǔ)器件,被譽(yù)為信息社會革命的旗手。三實(shí)驗(yàn)原理1FFT 的原理和參數(shù)生成公式：公式（1）FFT 運(yùn)算公式FFT 并不是一種新的變換，它是離散傅立葉變換（DFT）的一種快速算法。由于我們在計(jì)算DFT 時(shí)一次復(fù)數(shù)乘法需用四次實(shí)數(shù)乘法和二次實(shí)數(shù)加法；一次復(fù)數(shù)加法則需二次實(shí)數(shù)加法。每運(yùn)算一個(gè)X（k）需要4N 次復(fù)數(shù)乘法及2N+2（N-1）=2（2N-1）次實(shí)數(shù)加法。所以整個(gè)DFT運(yùn)算總共需要4N2 次實(shí)數(shù)乘法和N*2(2N-1)=2N(2N-1)次實(shí)數(shù)加法。如此一來，計(jì)算時(shí)乘法次數(shù)和加法次數(shù)都是和N2 成正比的，當(dāng)N 很大時(shí)，運(yùn)算量是可觀的，因而需要改進(jìn)對DFT 的算法減少運(yùn)算速度。根據(jù)傅立葉變換的對稱性和周期性，我們可以將DFT 運(yùn)算中有些項(xiàng)合并。我們先設(shè)序列長度為N=2L，L 為整數(shù)。將N=2L 的序列x(n)(n=0,1,，N-1)，按N的奇偶分成兩組，也就是說我們將一個(gè)N 點(diǎn)的DFT 分解成兩個(gè)N/2 點(diǎn)的DFT，他們又重新組合成一個(gè)如下式所表達(dá)的N 點(diǎn)DFT：一般來說，輸入被假定為連續(xù)的。當(dāng)輸入為純粹的實(shí)數(shù)的時(shí)候，我們就可以利用左右對稱的特性更好的計(jì)算DFT。我們稱這樣的RFFT 優(yōu)化算法是包裝算法：首先2N 點(diǎn)實(shí)數(shù)的連續(xù)輸入稱為“進(jìn)包”。其次N 點(diǎn)的FFT 被連續(xù)運(yùn)行。最后作為結(jié)果產(chǎn)生的N 點(diǎn)的合成輸出是“打開”成為最初的與DFT 相符合的2N 點(diǎn)輸入。使用這一思想，我們可以劃分FFT 的大小，它有一半花費(fèi)在包裝輸入O（N）的操作和打開輸出上。這樣的RFFT 算法和一般的FFT 算法同樣迅速，計(jì)算速度幾乎都達(dá)到了兩次DFT的連續(xù)輸入。下列一部分將描述更多的在TMS320C55x 上算法和運(yùn)行的細(xì)節(jié)。5程序流程圖：四實(shí)驗(yàn)步驟（一）第一部分1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：-設(shè)置軟件仿真模式。-啟動CCS。2打開工程。瀏覽程序，工程目錄為C:ICETEK-VC5509-EDULabLab0503-FFTFFT.pjt。3編譯并下載程序。4打開觀察窗口選擇菜單View-Graph-Time/Frequency5清除顯示在以上打開的窗口中單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇彈出式菜單中“Clear Display”功能。6設(shè)置斷點(diǎn)在程序FFT.c 中有注釋“break point”的語句上設(shè)置軟件斷點(diǎn)。7運(yùn)行并觀察結(jié)果。選擇“Debug”菜單的“Animate”項(xiàng)，或按F12 鍵運(yùn)行程序。觀察“Test Wave”窗口中時(shí)域圖形；在“Test Wave”窗口中點(diǎn)擊右鍵，選擇屬性，更改圖形顯示為FFT。觀察頻域圖形。觀察“FFT”窗口中的由CCS 計(jì)算出的正弦波的FFT。8退出CCS。9. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果10.源代碼（C語言）#include myapp.h#include ICETEK-VC5509-EDU.h#include scancode.h#include #define PI 3.1415926#define SAMPLENUMBER 128void InitForFFT();void MakeWave();int INPUTSAMPLENUMBER,DATASAMPLENUMBER;float fWaveRSAMPLENUMBER,fWaveISAMPLENUMBER,wSAMPLENUMBER;float sin_tabSAMPLENUMBER,cos_tabSAMPLENUMBER;main()int i;InitForFFT();MakeWave();for ( i=0;iSAMPLENUMBER;i+ )fWaveRi=INPUTi;fWaveIi=0.0f;wi=0.0f;FFT(fWaveR,fWaveI);for ( i=0;iSAMPLENUMBER;i+ )DATAi=wi;while ( 1 );/ break pointvoid FFT(float dataRSAMPLENUMBER,float dataISAMPLENUMBER)int x0,x1,x2,x3,x4,x5,x6,xx;int i,j,k,b,p,L;float TR,TI,temp;for ( i=0;iSAMPLENUMBER;i+ )x0=x1=x2=x3=x4=x5=x6=0;x0=i&0x01; x1=(i/2)&0x01; x2=(i/4)&0x01; x3=(i/8)&0x01;x4=(i/16)&0x01; x5=(i/32)&0x01; x6=(i/64)&0x01;xx=x0*64+x1*32+x2*16+x3*8+x4*4+x5*2+x6;dataIxx=dataRi;for ( i=0;iSAMPLENUMBER;i+ )dataRi=dataIi; dataIi=0; for ( L=1;L0 ) b=b*2; i-; /* b= 2(L-1) */for ( j=0;j0 ) /* p=pow(2,7-L)*j; */p=p*2; i-;p=p*j;for ( k=j;k128;k=k+2*b ) /* for (3) */TR=dataRk; TI=dataIk; temp=dataRk+b;dataRk=dataRk+dataRk+b*cos_tabp+dataIk+b*sin_tabp;dataIk=dataIk-dataRk+b*sin_tabp+dataIk+b*cos_tabp;dataRk+b=TR-dataRk+b*cos_tabp-dataIk+b*sin_tabp;dataIk+b=TI+temp*sin_tabp-dataIk+b*cos_tabp; /* END for (3) */ /* END for (2) */ /* END for (1) */for ( i=0;iSAMPLENUMBER/2;i+ ) wi=sqrt(dataRi*dataRi+dataIi*dataIi); /* END FFT */void InitForFFT()int i;for ( i=0;iSAMPLENUMBER;i+ )sin_tabi=sin(PI*2*i/SAMPLENUMBER);cos_tabi=cos(PI*2*i/SAMPLENUMBER);void MakeWave()int i;for ( i=0;iSAMPLENUMBER;i+ )INPUTi=sin(PI*2*i/SAMPLENUMBER*3)*1024;（二）第二部分1.程序參數(shù)說明extern void InitC5402(void)extern void OpenMcBSP(void)extern void CloseMcBSP(void)extern void READAD50(void)extern void WRITEAD50(void)void kfft(pr,pi,n,k,fr,fi,l,il)：基2快速傅立葉變換子程序，n為變換點(diǎn)數(shù)，應(yīng)滿足2的整數(shù)次冪，k為冪次（正整數(shù)）；數(shù)組x ：輸入信號數(shù)組，數(shù)據(jù)存放于地址為3000H307FH存儲 器中，轉(zhuǎn)為浮點(diǎn)型后，生成x數(shù)組，長度128；數(shù)組mo：FFT變換輸出數(shù)組，長度128，浮點(diǎn)型，整型后，寫入存儲器中。2.子程序流程圖：3.啟動CCS 2.0，用Project/Open打開“ExpFFT01.pjt”工程文件雙擊“ExpFFT01.pjt” 及“Source”可查看各源程序；加載“ExpFFT01.out”；4.在主程序中，k+處設(shè)置斷點(diǎn)5.單擊“Run”運(yùn)行程序或按F5運(yùn)行程序；程序?qū)⑦\(yùn)行至斷點(diǎn)處停止；6.用View / Graph / Time/Frequency打開一個(gè)圖形觀察窗口；7.單擊“Animate”運(yùn)行程序?；虬碏10運(yùn)行，調(diào)整觀察窗口并觀察變換結(jié)果。五.實(shí)驗(yàn)總結(jié)這次DSP技術(shù)的實(shí)驗(yàn)是在我們學(xué)習(xí)了數(shù)字信號處理、C語言程序設(shè)計(jì)的先修課程和DSP技術(shù)，以及熟悉了CCS軟件之后完成的。實(shí)驗(yàn)一我們首先熟悉要用的各種軟硬件環(huán)境，接下來的實(shí)驗(yàn)二和三我們完成了有限沖擊響應(yīng)濾波器（FIR）算法實(shí)驗(yàn)和快速傅里葉變換（FFT）算法實(shí)驗(yàn)。這次實(shí)驗(yàn)我個(gè)人認(rèn)為在以下幾個(gè)方面收獲最大：1. 首先是實(shí)驗(yàn)前對自己過去幾個(gè)學(xué)期已學(xué)理論知識的鞏固加深、綜合應(yīng)用以及對實(shí)驗(yàn)相關(guān)資料的收集能力的提高。2. 實(shí)驗(yàn)中各個(gè)部分的要求要理解掌握，認(rèn)真對待。實(shí)驗(yàn)鍛煉了我們認(rèn)真的態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木瘛?. 當(dāng)遇到問題和困難的時(shí)候，一定要保持冷靜，慢慢檢查，自己多思