江苏大学 dsp课程设计.docx

1、江苏大学 dsp课程设计 JIANGSU UNIVERSITY 本 科 生 课 程 设 计 DSP课程设计实验报告 基于ICETEK5509实验箱和基2FFT算法的频谱分析学院名称： 计算机科学与通信工程学院 专业班级： 通信工程 学生姓名： 指导教师姓名： 指导教师职称： 年 月1、设计目的与意义 1、本课程设计与理论课、实验课一起构成DSP芯片原理与应用完整课程 体系； 2、针对理论课、实验课中无时间和不方便提及内容和需强调重点进行补充与 完善； 3、以原理算法的实现与验证体会DSP技术的系统性，并加深基本原理的体会。2、设计要求 1、系统设计要求： .设计一个以ICETEK5509为硬件

2、主体，FFT为核心算法的频谱分析系统 方案； .用C语言编写系统软件的核心部分，熟悉CCS调试环境的使用方法， 在CCS IDE中仿真实现方案功能； .在实验箱上由硬件实现频谱分析。 2、具体要求： .FFT算法C语言实现与验证 1) 参考教材14.3节FFT核心算法在CCS软件仿真环境中建立FFT工 程：添加main()函数，更改教材中个别语法错误，添加相应的库文 件，建立正确的FFT工程； 2) 设计检测信号，验证FFT算法的正确性及FFT的部分性质； 3) 运用FFT完成IFFT的计算。 .单路、多路数模转换（A/D） 1) 回顾CCS的基本操作流程，尤其是开发环境的使用； 2) 参考实

3、验指导和示例工程掌握5509芯片A/D的C语言基本控制流 程； 3) 仔细阅读工程的源程序，做好注释，为后期开发做好系统采集前端 设计的准备。 .系统集成，实现硬件频谱分析 1) 整合前两个工程，实现连续信号的频谱分析工程的构建； 2) 参考A/D转换示例和DSP系统功能自检示例完成硬件连接，并测试 开发系统运行效果； 3) 基于现有系统，对于实时频谱分析给出进一步开发设计和系统改良 方案。三、课程设计原理1、DSP应用系统构成： 注：一般的输入信号首先进行带限滤波和抽样，然后进行模数（A/D）转换，将信号变成数字比特流。根据奈奎斯特抽样定理，对低通信号模拟，为保持信号的不丢失，抽样频率必须至

4、少是输入带限信号的最高频率的2倍，工程上为带限信号最高频率的3-5倍。2、快速离散傅里叶变换（FFT）的基本原理:频谱分析系统FFT是一种快速有效地计算离散傅里叶变换（DFT）的方法。它是根据离散傅里叶变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅里叶变换的算法进行改进获得的。因为需要N次复数乘法和N-1次复数加法，所以计算全部X(k)，共需要次复数乘法和N(N-1)次复数加法。实现一次复数乘法需要四次实数乘法和两次实数加法，一次复数加法需要两次实数加法，因此直接计算全部X(k)共需要4次实数乘法和2N(2N-1)次实数加法。为减少运算量，提高运算速度，就必须改进算法。FFT算法就是不断地把长序列的DF

5、T分解成几个短序列的DFT，并利用的周期性和对称性来减少DFT的运算次数。具有以下固有特性：(1)的周期性：(2)的对称性： (3)的可约性：另外，。利用的上述特性，将x(n)或X(k)序列按一定规律分解成短序列进行运算，这样可以避免大量的重复运算，提高计算DFT的运算速度。算法形式有很多种，但基本上可以分为两大类，即按时间抽取(Decimation In Time，DIT)FFT算法和按频率抽取(Decimation In Frequency，DIF)FFT算法。 N=8的按时间抽取FFT N=8的按频率抽取FFT 2.1实数序列的FFT：反FFT运算可以表示为： 式中，是时域信号的傅里叶变

6、换。比较和可以看出，通过下列修改，我们可以用FFT算法来实现反FFT: 增加一个归一化因子；将用其复共轭代替。由于第二点需要修改符号，因此FFT程序还不能不加修改的来计算反FFT。因为 可见，求的反FFT可以分为以下三个步骤：取的共轭，得； 求的FFT,得；取的共轭，并除以，即得。采用这种方法可以完全不用修改FFT程序就可以计算反FFT。3、单路、多路模数转换实验原理（AD) TMS320VC5509A模数转换模块特性： 带内置采样和保持的10位模数转换模块ADC,最小转换时间为500ns, 最大采样率为21.5KHz。 2个模拟输入通道（AIN0-AIN1）。 采样和保持获取时间窗口有单独的

7、预定标控制。 模数转换工作过程： 模数转换模块接到启动转换模块后，开始转换第一通道的数据。 经过一个采样时间的延迟后，将采样结果放入转换结果寄存器保存。 转换结束，设置标志。 等待下一个启动信号。 模数转换的程序控制： 模数转换相对于计算机来说是一个较为缓慢的过程。一般采用中断方式启动转换或保存结果，这样在CPU忙于其它工作时可以少占用处理时间。设计转换程序应首先考虑处理过程如何与模数转换的时间相匹配，根据实际需要选择适当的触发转换手段，也要能及时地保存结果。 由于TMS320VC5509A DSP芯片内的A/D转换精度是10位，转换结果的低10位为所需数值，所以在保留时应注意将结果的高6位去

8、除，取出低10位有效数字。 实验程序流程图： 开 始 初始化CPU时钟、 EMIF、AD采样时钟启动AD0通道采集（连续256次）存入缓冲区nADC0启动AD1通道采集（连续256次）存入缓冲区nADC1 实验程序流程图 四.实验程序和流程图： 1、FFT FFT程序：#include struct compx float real,imag; /定义一个复数结构 struct compx s257; /FFT输入和输出：均从s1开始存放 struct compx EE(struct compx ,struct compx ); /定义复数相乘结构 void FFT(struct compx

9、*, int ); /FFT函数预定义 #define pi 3.14159265 struct compx EE(struct compx b1,struct compx b2) /两个复数的相乘-b1*b2 struct compx b3; /定义相乘的结果b3 b3.real=b1.real*b2.real-b1.imag*b2.imag; b3.imag=b1.real*b2.imag+b1.imag*b2.real; return(b3); /返回相乘结果b3 /*输入：xin(实部，虚部), 输出：xin(实部，虚部), N：FFT点数*/void FFT(struct compx

10、 *xin, int N) int f,m,nv2,nm1,i,k,j=1,l; struct compx v,w,t; /v为蝶形因子，w为中间变量 nv2=N/2; f=N; for (m=1;(f=f/2)!=1;m+) ; /计算蝶形运算的级数m=3， nm1=N-1; /*变址运算*/ for (i=1;i=nm1;i+) /实现位反转 if(ij) t=xinj; xinj=xini;xini=t; k=nv2; while(kj) j=j-k;k=k/2; j=j+k; /*fft*/ int le,lei,ip; for (l=1;l=m;l+) le=pow(2,l); le

11、i=le/2; v.real=1.0;v.imag =0.0; /第一级蝶形运算的运算因子 w.real =cos(pi/lei);w.imag =-sin(pi/lei); /用于改变蝶形运算因子中间变量 for(j=1;j=lei;j+) / 改变第二,三蝶形运算的运算因子 for(i=j;i=N;i=i+le) /循环 N/le 次 ip=i+lei; t=EE(xinip,v); xinip.real=xini.real-t.real; xinip.imag =xini.imag-t.imag; xini.real=xini.real+t.real; xini.imag=xini.im

12、ag+t.imag; v=EE(v,w); return;/*main programe*/#include#include#include#includefloat result257;float input257;struct compx s257;int Num=256 ;const float pp=3.14159 ;main() int i=1 ; for(;i257;i+) /si.real=sin(pi*i/128); si.real=cos(2*pp*i/256); si.imag=0 ; inputi=sin(2*pp*i/256); FFT(s,Num); for(i=1;

13、i257;i+) resulti=sqrt(pow(si.real,2)+pow(si.imag,2); 开始输入xin,Nm=log2N变址运算l=1结束输出频谱图l+第l次蝶形运算l=mFFT流程图 3、AD AD程序 #include myapp.h #include ICETEK-VC5509-EDU.h #include scancode.h #include fft.h #include math.h struct compx s0257,s1257; float input0256,input1256,output0256,output1256; #define pi 3.141

14、59265 void InitADC(); void wait( unsigned int cycles ); void EnableAPLL( ); unsigned int nADC0256,nADC1256; main() int i; unsigned int uWork; EnableAPLL(); SDRAM_init(); InitADC(); PLL_Init(132); while ( 1 ) for ( i=0;i256;i+ ) ADCCTL=0x8000; / 启动AD转换，通道0 douWork=ADCDATA; /ADCDATA见ICETEK-VC5509-EDU.

15、h while ( uWork&0x8000 ); nADC0i=uWork&0x0fff; /0xfff0x3ff 取后十位，前两位一直为0 s0i+1.real=nADC0i; /实部为nADC0中的值 input0i= s0i+1.real; s0i+1.imag=0; /虚部为0 for ( i=0;i256;i+ ) ADCCTL=0x9000; / 启动AD转换，通道1 douWork=ADCDATA; /ADCDATA见ICETEK-VC5509-EDU.h while ( uWork&0x8000 ); nADC1i=uWork&0x0fff;/0xfff0x3ff 取后十位，

16、前两位一直为0 s1i+1.real=nADC1i; /实部为nADC1中的值 input1i= s1i+1.real; s1i+1.imag=0;/虚部为0 FFT(s0,256); /调用FFT函数对s0进行FFT变换 FFT(s1,256); /调用FFT函数对s1进行FFT变换 for(i=0;i256;i+) output0i=sqrt(pow(s0i+1.real,2)+pow(s0i+1.imag,2); /取模 output1i=sqrt(pow(s1i+1.real,2)+pow(s1i+1.imag,2); asm( nop); / break point void Ini

17、tADC() ADCCLKCTL=0x23; / 4MHz ADCLK 4*(35+1)=144MHz ADCCLKDIV=0x4f00;void wait( unsigned int cycles ) int i; for ( i = 0 ; i cycles ; i+ ) void EnableAPLL( ) /* Enusre DPLL is running */ *( ioport volatile unsigned short* )0x1f00 = 4; wait( 25 ); *( ioport volatile unsigned short* )0x1f00 = 0; / MUL

18、ITPLY *( ioport volatile unsigned short* )0x1f00 = 0x3000; / COUNT *( ioport volatile unsigned short* )0x1f00 |= 0x4F8; wait( 25 ); /*( ioport volatile unsigned short* )0x1f00 |= 0x800 / MODE *( ioport volatile unsigned short* )0x1f00 |= 2; wait( 30000 ); / APLL Select *( ioport volatile unsigned sh

19、ort* )0x1e80 = 1; / DELAY wait( 60000 ); AD流程图 开始初始化CPU时钟、EMIF、AD采样时钟启动AD0通道采集（连续256次）存入缓冲区nADC 0将nADC0数据赋值给s0结构体中的实部，虚部为0启动AD1通道采集（连续256次）存入缓冲区nADC 1将nADC1数据赋值给s1结构体中的实部，虚部为0FFT（s0,256）FFT(s1,256) 图5-2 AD流程图五、实验步骤及结果分析实验步骤及结果分析 1、FFT验证的步骤和分析：实验步骤： 参考教材中的FFT核心算法在CCS软件仿真中建立FFT工程：首先更改FFT算法中的个别语法错误，初步理

20、解程序，其次编写main()函数使系统能够找到程序入口地址，由于正余弦信号的频谱为脉冲信号，因此这里采用正余弦及其线性组合作为检测信号，编写检测信号程序时，应注意将采样点放入结构体数组s257中。然后添加rts55.lib库文件到工程中，编译、下载，用viewgraphTime/Frequency观察波形，设置观察窗口为： 实验结果截图：检测信号为inputi=sin(2*pp*（i-1）/256)检测信号inputi=cos(2*pp*（i-1/）256)检测信号为直流信号Inputi=1检测信号inputi=sin(10*2*pp*（i-1）/256)inputi=0.5+sin(10*2

21、*pp*i/256)+cos(50*2*pp*i/256)实验结果分析： 1) 信号中有直流分量，有正弦信号和余弦信号，但在时域波形中得 不出信号的组成如何； 2) 在0频时有直流分量； 3) 正余弦信号频谱实部大小相等关于中间值（129,0）对称，虚部大 小相等方向相反，关于中间值（129,0）对称，因此验证了FFT算 法的正确性； 4) 换个角度思考，可以利用此算法来验证奈奎斯特抽样定理，正余 弦时域中任意线性组合不影响频谱分布，以及验证FFT的栅栏效 应，只能看到整数倍频的点等。 2、IFFT验证的步骤和分析： 实验结果截图： 1) 输入信号为cos(2*pi*m/256)时 cos(2

22、*pi*m/256)输入信号和IFFT后时域图 2) 输入信号为sin(2*pi*m/256)时 sin(2*pi*m/256)输入信号和IFFT后时域图 3) 输入信号为1+sin(2*pi*m/256)+cos(2*pi*m/256)时 1+sin(2*pi*m/256)+cos(2*pi*m/256)输入信号和IFFT后时域图 3、两通道模数转换（A/D）在开发环境中的调试 通道波形的产生 根据实验指导书中的操作步骤调试出两通道相同的正弦波，使图像在CCS界面中动态变化，调节实验板上的频率、波形控制按钮，图形界面输出相应的波形，图6-3-1为0通道在10KHZ100KHZ、1通道在101

23、00HZ事的正弦波： 4.两个工程整合后:六、课程设计心得本次DSP课程设计针对理论课、实验课中无时间和不方便提及内容和需强调重点进行补充与完善，以原理算法的实现与验证体会DSP技术的系统性，并加深了我对基本原理的体会。在这几天中，我学到了如下几点： 通过对FFT算法进行分析研究，从基础深入研究和学习，掌握FFT 算法的关键； 通过对DSP芯片工作原理以及开发环境的回顾，在DSP芯片上实现对信 号的实时频谱分析； 这次课程设计，虽然不能做到完全理解掌握，但依然让我加深了对各门专 业课之间的联系； 通过与同组成员的互相沟通，不仅使各自的知识得到了扩充，而且从中得 到了很多的启示，增强了团队合作能力；