基于DSP的FFT实现设计报告(完整资料).doc

《基于DSP的FFT实现设计报告(完整资料).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于DSP的FFT实现设计报告(完整资料).doc（52页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、基于DSP的FFT实现设计报告(完整资料）(可以直接使用，可编辑 优秀版资料，欢迎下载）DP课程设计 姓名： 学号： 日期：一、实验目的1. 加深对DF算法原理和基本性质的理解；2. 熟悉FFT的算法原理和FT子程序的算法流程和应用;3. 学习用FT对连续信号和时域信号进行频谱分析的方法；4. 学习D中FFT的设计和编程思想；5. 学习使用CCS的波形观察器观察波形和频谱情况;二、实验内容用SP汇编语言及C语言进行编程,实现FFT运算、对输入信号进行频谱分析。三、实验原理快速傅里叶变换T旋转因子WN 有如下的特性。对称性:WN+N2=-W（2）周期性:WNn（Nk）WNk（n）=WNnk(3）

2、利用这些特性，既可以使DF中有些项合并,减少了乘法积项,又可以将长序列的DF分解成几个短序列的DF。FFT就是利用了旋转因子的对称性和周期性来减少运算量的。FT的算法是将长序列的DT分解成短序列的DF.例如：为偶数时，先将N点的FT分解为两个N/点的DFT，使复数乘法减少一半:再将每个N/2点的D分解成N/4点的DFT，使复数乘又减少一半，继续进行分解可以大大减少计算量。最小变换的点数称为基数，对于基数为2的FT算法，它的最小变换是点DT。一般而言，F算法分为按时间抽取的FFT（D FT）和按频率抽取的FT（DIF FFT）两大类。IF FFT算法是在时域内将每一级输入序列依次按奇/偶分成2个

3、短序列进行计算.而IFFFT算法是在频域内将每一级输入序列依次奇/偶分成2个短序列进行计算。两者的区别是旋转因子出现的位置不同，得算法是一样的。在DIFF算法中,旋转因子WN出现在输入端,而在DIFFT算法中它出现在输入端。假定序列x（n）的点数N是2的幂,按照DIF FT算法可将其分为偶序列和奇序列。偶序列：x(）=x（r)奇序列：(r+1)=x（r）其中：=0，1，2,，N/21,则x（n)的DFT表示为式中，X1 ()和2(k）分别为X1(）和X2(r）的N/2的FT. 由于对称性，WNk+N/=k.因此，N点DFT可分为两部分:前半部分:（k)=x（k）kNx2（k）（)后半部分：x（

4、N2+k)1（)-kNx(k）k=0，1， （5)从式(）和式（）可以看出，只要求出0N21区间x1（k）和x2（)的值,就可求出N1区间x（k）的点值。以同样的方式进行抽取,可以求得N/4点的FT，重复抽取过程，就可以使N点的F用上组2点的DFT来计算，这样就可以大减少运算量。基2 DI FT的蝶形运算如图.所示。设蝶形输入为x1（)和x2(k）,输出为x(k）和x（N/2+），则有 x（k）（k)+WkNx2(） (6）（+）=x1（)-WkN2（) （7）在基数为的FFT中，设N=2M，共有M级运算，每级有N/个点FT蝶形运算,因此,点FT总共有N/2个蝶形运算。图31 基2 IFFT的

5、蝶形运算例如:基数为2的FF,当=8时，共需要级,12个基2 IT FFT的蝶形运算。其信号流程如图.所示。x(0） x(0）N0（4） x(1） -1 WN0x(2） x(2）-1WNWN2x（） x（3） -1 1 N0x(1) (4） 1 0 WN1（） x（5） -1 -1 WNWN2x(3） x（） -1 -10WN2 WN3x() x（7) 1 1 图3。28点基2 DF T蝶形运算从图(b）可以看出,输入是经过比特反转的倒位序列，称为位码倒置，其排列顺序为（0），(),x（），x（)，x(1）,x(），x(3)，x（7)，输出是按自然顺序排列，其顺序为x（0)，x（)，x（），x

6、（3),x（4）,(5），x（6),x(7）.程序设计顺序DSP初始化串口设置AD设置功率谱计算观看转换结果，保存数据串口发送转换结果FFT运算位码倒置串口接收，AD采样设置信号源类型、频率幅值、和采样点数四、FFT算法的D实现过程：DP芯片的出现使FFT的实现方法变得更为方便。由于大多数DSP芯片都具有在单指令周期内完成乘法累加操作，并且提供了专门的FT指令，使得FFT算法在DS芯片实现的速度更快.FFT算法可以分为按时间抽取FFT和按频率抽取FT两大类，输入也有实数和复数之分,一般情况下,都假定输入序列为复数。（一）运算序列的存储分配FFT运算时间是衡量SP芯片性能的一个重要指标,因此提高

7、FFT的运算速度是非常重要的。在用DS芯片实现T算法时，应允许利用DSP芯片所提供的各种软、硬件资源。如何利用DSP芯片的有限资源，合理地安排好所使用的存储空间是十分重要的。（二）FF运算的实现用S32C54x的汇编程序实现F算法主要分为四步：1。实现输入数据的比特反转输入数据的比特反转实际上就是将输入数据进行码位倒置，以便在整个运算后的输出序列是一个自然序列。在用汇编指令进行码位倒置时,使用码位倒置可以大大提高程序执行速度和使用存储器的效率。在这种寻址方式下，AR0存放的整数N是FF点的一半，一个辅助寄存器指向一个数据存放的单元。当使用位码倒置寻址将AR加到辅助寄存器时，地址将以位码倒置的方

8、式产生。2实现点复数FFTN点复数F算法的实现可分为三个功能块，即第一级蝶形运算、第二级蝶形运算、第三级至级蝶形运算。对于任何一个的整数幂,总可以通过次分解最后成为2点的DT计算。通过这样的M次分解,可构成M（即）级迭代计算，每级由N/2个蝶形运算组成。3。功率谱的计算用FF计算想(n）的频谱,即计算（k）=X（)一般是由实部(k)和虚部（k）组成的复数，即(）（k)+j(k）因此,计算功率谱时只需将F变换好的数据，按照实部实部（)和虚部(）求它们的平方和,然后对平方和进行开平方运算.但是考虑到编程的难度,对于求F变换后数据的最大值,不开平方也可以找到最大值，并对功率谱的结果没有影响，所以在实

9、际的D编程中省去了开方运算.4输出FFT结果(三）汇编语言程序程序主体由rfttask、bi、fft和powr四个子程序组成。ftta：主调用子程序，用来调用其他子程序,实现统一的接口.t-rev:位码倒置子程序,用来实现输入数据的比特反转.fft:FFT算法子程序,用来完成N点FFT运算。在运算过程中，为避免运算结果的溢出，对每个蝶形的运算结果右移一位。f子程序分为三个功能块：第一级蝶形运算、第二级蝶形运算、第三级至至级蝶形运算。（四）正弦系数表和余弦系数表：正弦系数表和余弦系数表可以由数据文件coeff。ic给出，主程序通过.cpy汇编命令将正弦和余弦系数表与程序代码汇编在一起。在本例中,

10、数据文件coef.n给出104复数点FF的正弦、余弦系数各2个。利用此系数表可完成8102点FT的运算。(五）FFT算法的模拟信号输入：FT算法的模拟信号输入可以采用语言编程来生成一个文本文件sindaa,然后在rff-ask汇编程序中，通过。cp汇编命令将生成的数据文件复制到数据存储器中，作为FT算法的输入数据参与FFT运算。这种方法的优点是程序的可读性强,缺点是当输入数据修改后,必须重新编译、汇编和链接。五、设计步骤:1启动CCS，在C中建立一个C源文件和一个命令文件，并将这两个文件添加到工程，再编译并装载程序:阅读原理及应用中ft 用sp实现的有关程序。2双击,启动CCS的仿真平台的配着

11、选项。选择550 Simulator。3.启动cs2后建立工程文件FFT.pjt4建立源文件FF.c与链接文件FT。d5。将这两个文件加到F.pt这个工程中。6创建ut文件.加载ot文件六、编译程序nt NPUSMPLENUMBE，ATSAPLENUMBER;flot WaeRSAMLENBER,fWavISMPLNBER,wSAMPLENUMBE；float in_tabMPLNMBER,os_tabAPLEUM；voi nitForFT（)int i；for ( i=0;iSMLEMB；+ )sin_tbi=sn（i/SPENUMBER);cos_tabis（PSAMPNUMBER)；vd

12、 MaeWave()int i； （ i=0;iSAMPLEUMBER；+ ）IPU=sin(PI*/SALENUMBER*3）*1024;min（)int i；tFoFFT（）；MakeWave（);or（ i=;iMPENUMBER;i ）fWaei=INPUTi；WaveI=0。0f;wi。0；FFT(favR，fWaeI)；for （ i0;SAMPEMER；i+）DATi=wi；hil（1 ）;/ beak pintd FFT(floatdataRSMPLENUMBER，float dtISAMPLENUMBER）int 0，1，,x3,x,x,x，xx；n ，j，,b，p，L;fl

13、o TR，TI,mp；/* following co nv equence */f ( i=;SMPLENUMBER；i+ )x0=x=x2x=x4=x5=0;i0x1;x1=(i/2)x01； x2=（i/)01； x3=(8）01;x4=(i/16）0x01； x5（i2）0x0; x6=（i/6)&0x01;xx064+x122*16+x38+x*+x52+x6；atIxdatR；for （i;SMNUMBER;i+ ）dtaRii； dataIi=0； fr ( L=1；=7；L+ ）* fr（) /b=; i=L1；hile( i0 ） =b*2; i-； /* b= 2(） */f

14、or ( 0；j ） /*ppw（2，7L）； */p=2； i；*j；for ( =j；28;k=k+2*b ) for () */T=dataRk; I=daI; tem=datRk+b;datRk=dataRk+dtakb*cos_tbp+datak+*sitabp；dataI=dtaIkdat+*sin_tabpdatI+s_tab；dtaR+bRdatRk+b*cos_tabpdaIk+i_tbp;dtaIItemp*si_tabdatIkb*cs_b； /* END for （3）/ ND for() / / END for （1) /for （ i0；iSAMPLENUMBR2;

15、+ ) wisqr(dataRi*dataR+ataIataIi）; /* EN FFT */七、实验过程1。编译并下载程序。2。打开观察窗口:选择菜单iew-Gaph-Tie/Fequnc进行如下图所示设置.图1图2图清除显示：在以上打开的窗口中单击鼠标右键，选择弹出式菜单中“Cea Dispay”功能.4设置断点:在程序FFTc中有注释“brakpoint”的语句上设置软件断点。图45运行并观察结果.选择“Deu菜单的“Anate”项，或按Alt+F5 键运行程序.观察“et ve窗口中时域图形；图5在“Te Wve”窗口中点击右键,选择属性，更改图形显示为T。观察频域图形。图6观察“FT

16、”窗口中的由CCS计算出的正弦波的FFT.图（5)改变输入函数IPTi=(sin(PI2i/SAMPLEBER)i（PI*2*/AMPLENUMBER4+sin(PI2i/SMPLENUMBE*）14；图（5）改变输入函数INPUT=(i（I2*i/SMLNUBR*3）+si（PI2i/SAPLEUMBER10)+si（PI*2i/AMLNUMBER*0)）4；图9八、实验结果通过观察频域和时域图,程序计算出了测试波形的功率谱，与C 计算的T 结果相近。九、问题与思考（）观察图6和图7,可以看到二者波形相似,但横纵坐标均不相同,纵坐标大约是二倍的关系,横坐标大约为14倍。 (）观察图8，因为两

17、个频率比较相近，因此出现了前两个频谱交叠的现象。十、心得体会通过这次P课程设计，熟悉了FT的算法原理和FT子程序的算法流程和应用,掌握了SP中的设计和编程思想,以及用FF对连续信号和时域信号进行频谱分析的方法，和使用CCS的波形观察器观察波形和频谱情况,收获颇丰.DSP系统设计与应用课程设计报告书题目 名 称：基于SP定时器的D控制系统设计学 院：机电工程学院专 业：专电气工程及其自动化班 级:013级2班学 号：1303106姓 名:指 导 教 师：2016年1月课程设计报告书设计目的DP课程设计是深化和提高课程理论知识的重要途径之一。以S综合集成与应用的基本理论为基础，研究了DS最小系统设

18、计的基本方法,并学习了用C语言编写DSP编程与使用测试箱及SP系统的相关软件。培养独立思考能力;培训分析、总结和撰写技术报告能力，本次课程设计目的在于：（1）学习用SP来控制LD灯的闪亮.（2）学习DP程序的调试与编写,利用观察变量查看程序运行。(3)学习测试箱的使用方法。设计内容及功能说明设计内容：本次设计内容为基于DSP定时器的LED控制系统设计 ,具体要求如下：（1)给定电源12,设计供电电路.（2）给定外部晶振30M，系统时钟工作在150M,给出寄存器如何配置。(3）利用定时器定时1秒,实现四个LED灯的秒闪。（4）自主完成发挥功能。（)撰写设计报告。功能说明:本设计利用F835D芯片

19、来控制模拟基本的LD闪烁，给予系统额定电压来保证系统的正常工作,用中断的方式定时控制LED灯的集体闪烁频率。设计步骤设计步骤设计步骤设计步骤设计步骤步骤一：SP最小系统分析1。DP最小系统能够用于基本的数字信号处理，运行一些简单的程序。此部分主要包括电源电路、复位电路、时钟电路等。2.晶振电路DSP的时钟可以有两种连接方式,即外部振荡器方式和谐振器方式.如果使用内部振荡器，则必须在X/XCKIN和2两个引脚之间连接一个石英晶体。如果采用外部时钟,可将输入时钟信号直接连到X1/CI.IN引脚上,X2悬空.本设计采用外部晶振，直接选择一个.V供电的30MH晶振实现。系统工作是通过编程选择5倍频的L

20、功能,可实现最高工作频率（10Mz）.如图1所示：图1 晶振电路图3.复位电路对于实际的S应用系统，特别是产品化的DS系统,其可靠性是一个不容忽视的问题。由于DS系统的时钟频率较高,在运行时极有可能发生干扰和被干扰的现象，严重的系统问题可能出现死机现象。为了克服这些情况，除了在软件上做一些保护措施外硬件上必须做相应的处理。硬件上最有效的保护措施是采用具有看门狗（atchdo)功能的自动复位电路相结合的方式。T32083的复位输入引脚XR为处理器提供了一种硬件初始化的方法,它是一种不可屏蔽的外中断,可在任何时候对MS20F28335进行复位。本设计采用了简单的RC复位电路,复位电路如图所示2：图

21、 复位电路图4电源电路F283DSP采用了双电源供电机制，以获得更好的电源性能，其工作电压为3.和1。8。其中，1.8V主要为该器件的内部逻辑提供电压，包括CPU和其他所有的外设逻辑。与。3V供电相比，1.8V供电大大降低功耗。外部接口引脚仍然采用33V电压，便于直接与外部低压器件接口，而无需额外的电平变换电路。在本设计里我用I公司的TP7301单输出可调电压调节器作为主器件的电源电路,将1V转换为33V和1.9V供给DP，使系统正常工作。电源电路如图3所示：图 电源电路图步骤二:本次设计硬件电路分析1.定时器中断的实现为了实现定时器的精确走时功能，系统利用定时器0、PIE模块和CU中断共同作

22、用产生定时器中断。首先为定时器0设置定时初值,并开启定时器使其计数。当定时器计数器寄存器递减到零时,定时器会产生一个中断TT并将其传送给PIE外设中断模块，当PIE中的中断时能位PIEIER被时能后,PIE会将这个中断传送给CP,如果CPU的中断使能位和TM被使能,则CU会相应定时器0中断，转而执行定时器0的中断服务子程序。LE显示电路在定时结束后LE要不停地闪亮，提醒用户定时结束。在本次设计中，将一个发光二极管的输入段与电源相连接，输出与SP芯片的GPIO4端口相连接，当I端口为低电平时,ED点亮。步骤三:CMD文件介绍。text段：存放C程序代码；init:存放C程序中的变量初值和常量；。

23、stac：为程序系统堆栈保留存储空间、用于保存返回地址、函数间的参数传递、存储局部变量和保存中间结果；。bss:为程序中的全局和静态变量保留存储空间;。nt:存放程序中的字符常量、浮点常量和用.onst声明的常量;sysmem：用于程序中的mallo、loc和realc函数动态分配存储空间;far：为C程序中用far声明的全局和静态变量保留空间.MORY用于定义目标存储器的映射，描述了目标系统可以使用的物理存储地址范围及其类型。G 0 为程序存储空间，起始地址为0x00000包含BEG 、O_RSVD、RAMM 、RAML、RAML1、ON7 存储区.PAE 1为数据存储空间，起始地址为0x0

24、400包含了RA1、RML4、RML、RAM、RAM、ZO7B存储区。SECTIS用于指示连接器怎样组合输入端，以及如何将输出段定位到存储器中，用于将COF目标文件中的各个段定位置EMORY伪指令定义的存储区域。步骤四：流程图及软件设计1.系统时钟的详细配置如下PLSTOCOFF=0；LSTSPLFF；LLCRDIV=100；PLLSTSDIVS=;PLKR的CENCLK。2.PL模块的寄存器锁相环模块的寄存器包括锁相环控制寄存器PLLC和锁相环状态寄存器PLLSTS，以及外部时钟输出控制寄存器XT2。其中NCNF2用于配置XLOUT与SYSCLKOUT的关系。LCR和PLLSTS用于振荡器和

25、锁相环模块的配置，以产生CP时钟输入CLKI,其位分布如下: 1 4 0 保留 DIV LCRR-0 R/W0保留 DIVSEL15 PLS0 R/07 6 3 1 0DIVSEL MCLKOFF OSCOFF MCLKCLR MCLKSTS PLLOFF 保留 PLLOCKSR/ 0 R/W0 R/W0 -0 R/W00 R/W0OSCFF和PLLSTS分别用于振荡器时钟和锁相环时钟的允许；LOCK为锁相环锁定状态标志；MCFF、MCLCLR、和MCLKSTS用于输入时钟失效检测。流程图开始中断结束DSP初始化时钟初始化中断向量初始化定时器执行程序等待中断发生改变LED灯状态YN图4程序流程

26、图步骤五:系统调试及设计结果分析按下电源按钮，写入程序，刚开始,4个LD灯全灭,等待一秒钟，4个L等全亮，如此循环。测试结果成功完课程题目的。效果图如图5所示: 图5 效果图设计小结通过这次DSP课程设计,我觉得学到了很多东西。它让我懂得了什么是课程设计，为我们以后的毕业设计打下了一些基础。更重要的是通过这次课程设计,我多少清楚了在以后的工作中我们这个专业能做些什么,也为我们以后的工作积累了一些经验,很有意义.在本次课程设计过程中出现了一些不该出现的失误。一是不会使用C软件，在同学的帮助下使用并编写程序。其二是不能S程序烧入试验箱的问题，但是在老师的指导下成功将程序烧入试验箱;之后又遇到DSP

27、程序烧入试验箱后试验箱无反应，同样在老师的帮助下完成实验,并在试验箱上得到想要的实验结果。通过这次课程报告，使我更深入的掌握了DS的许多知识，学会了如何让配置寄存器、系统时钟，如何设计电源等等很多知识,不仅复习了以前所学过的知识，而且还接触并学到了很多书本上没有的知识。使我解决问题时更加冷静和熟练，遇到不会知识的积极查阅相关资料,并做好笔记。经过仔细调查确定问题的原因和解决问题的能力有了很大提高。最后，感谢刘老师的帮忙以及同学之间的相互帮助，使我能顺利完成这次课程设计.评分标准（一)系统设计部分（50分，分三档，达不到最低档的小组需重新设计上交）。完成规定的全部功能,硬件电路设计正确，程序简洁

28、、可读性、逻辑性强,较好的演示了全部功能。(50分）。完成规定的全部功能,硬件电路设计正确，程序较简洁、可读性、逻辑性较强,基本演示了全部功能。（45分）3.完成规定的部分功能,硬件电路设计无明显错误,程序设计无明显错误,能够完成部分功能的演示。（40分）（二）设计报告撰写情况(45分）1。态度认真,报告内容充实、撰写规范.(分）.对所做设计进行了详细的介绍,语言组织精炼,测试数据记录准确.（5分）（三）发挥部分（5分）在完成规定功能的基础上，有创新性功能设计个人,获得此项成绩.总分任课教师签字审核人签字附录:附录A:实物图图A 图B附录B：CM文件MRYPG0 : BGIN : origin

29、 = 0x00， lenh = 0x00002 BOOT_RSD : oigin= 0x002, lenth0x00 RAMM0 ：oign= 0x00050， legh 0x0000 RAML ： oriin= 0x00800, nth = 0x0000 RAM1 ： rin 0x0900， lngth 0x00000 ZN7 : orig 000000， lngth =0xC00 SM_RS :orign= 0xF8， leng0x006 CSPWL ： oriin= x3FF8， enth=0x00008 DC_CL : oign0x38080,lngh= 000009 RESE ： r

30、igi =0x3FFC0，engt x000002 QBL ：rigi= 0x3F0, lgt= x0b50 TABS2 ： oriin = x3FB50， lengh = 0x0008c PABLS :orgi 0x3FEBD， ength = 0x0006A OORO : orii= 037C, length= 0x000D44 PAGE1 : RAMM1 : origi =x000， ength 0x00400 RAL ：ori = x00B0, length=x00200 RAM5 ： origin=0x00D00， legh =0x01000 RAML6 ： orin=x00E00，

31、 length= 0000 RA7 :ori = 0x00F000, lengt = x00100 ZOE7B : ogin = x20C00， length = 0040SECTNS cetrt : BEG, PAGE 0 rmncs : RAML0， AE = 0 .xt :RAML1, PGE = 0 n ： AML0, PA =0 .in : RM, PAG 0 。sth : RML0， PAGE .tc : AMM1， PAGE = es ： RAML4, PAG = .ecost : ML, GE= 1 。esmem ： RAMM1, PGE = IQath ： M1， AE 0

32、IQmthTals ： QALES， P =0， TPE = NLOAD Imathles2 : IQALES2， PAG =0, TPE = NOLOAD Fmathables ： FPUTLS， PE 0，TPE NOOD DAAML : RAL4, AE 1 DMAAML5 ： RAL5， PA =1 MARAL ： RML6, AGE = 1 DARA7 ： RAML7， PAGE =1 ZNE7A : N7B,GE = 1 。ret : REET, PGE ， TYPE= DSCT _rsvd ： CM_RSVD GE ， TYE=SET csmpas : CSMPWL A 0， T

33、YE DST .dc_a ： la = A_CL, PAG = , YPE NLOA附录C:源程序#inlude 23x_Devieh #incud SP283x_Eamplesh” interu void z(void）；#defne LED (nsiged ortit *)01800)#dfi SRBaseAdres0x1000voidin(o) IiSysCtrl（）； Intntf16Gpio(); DINT; InitiCtrl(）; InitPieVectTabe(); ALO； E = x00; IFR 0x000; PieVecTablTIN=&zz； EDI； InitCpuimers(); CoCpuir(puTime0,15,100)； CuTimer0Regs。C。al=0400； IER =_IN1； PieCtrlegs.IEIER.bit.T7=1; NT; RTM; LE=0x；