DSP实验报告.docx

1、DSP实验报告 实验名：对模拟信号进行A/D转换和FFT变换 专业班级：电子信息工程0802 姓名： 学号： 指导老师： 信息科学与工程学院二零一 一年六月目录1 实验目的 32 实验开发环境 33 实验设备 34 实验原理 45 实验源程序 56 实验结果及分析 107 实验总结 13一、 实验目的在数字信号处理系统中，FFT作为一个非常重要的工具经常使用，甚至成为DSP运算能力的一个考核因素。FFT是一种高效实现离散傅里叶变换算法。离散傅式变换的目的是吧信号由时域变换到频域，从而在频域分析处理信息，得到的结果再由傅式变换到时域。 本实验的目的在于学习FFT算法，及其在TMS320C55X上

2、的实现，并通过编程掌握C55X的存储管理、辅助寄存器的使用、位倒序寻址方式等技巧，同时联系使用CCS的探针和图形工具，你可以使用DSP/BIOS提供的分析工具评估FFT代码执行情况。本实验通过AD转换把信号进行转换，对转换的信号进行FFT处理。 1.掌握 VC5509A 片内 AD的控制方法。 2.掌握用窗函数法设计 FFT 快速傅里叶的原理和方法。 3.熟悉 FFT 快速傅里叶特性。 4.了解各种窗函数对快速傅里叶特性的影响。二、 实验开发环境1通用 PC机一台，安装 Windows2000 或 WindowsXP 操作系统且已安装常用软件(如：WinRAR 等)。 2TMS320C55xx

3、 评估板及相关电源。本实验采用ICETEK-VC5509-A评估板。 3通用 DSP 仿真器一台及相关连线。本实验采用ICETEK-5100USB仿真器。 4控制对象(选用)。本实验采用ICETEK-CTR控制板。 5TI的 DSP 开发集成环境 Code Composer Studio。本实验采用CCS2.21 for C5000。 6仿真器驱动程序。 7实验程序及相关文档。三、 实验设备通用计算机一台，ICETEK-VC5509-EDU 实验箱。四、 实验原理1. 将从信号源获取的模拟信号经过A/D转换后，再进行FFT变换，然后输出。2. TMS320VC5509A 模数转换模块特性： 内

4、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。 有2个模拟输入通道（AIN0AIN1）。 采样和保持获取时间窗口有单独的预定标控制。3. 模数转换工作过程： 模数转换模块接到启动转换信号后，开始转换第一个通道的数据。 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。 4. 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 忙于其他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

5、需要选择适当的触发转换的手段，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位的，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位去除,取出低10位有效数字。5. FFT 的原理和参数生成公式： FFT 并不是一种新的变换，它是离散傅立叶变换（DFT）的一种快速算法。由于我们在计算 DFT 时一次复数乘法需用四次实数乘法和二次实数加法； 一次复数加法则需二次实数加法。每运算一个 X（k）需要 4N次复数乘法及 2N+2（N-1）=2（2N-1）次实数加法。所以整个 DFT运算总共需要 4N2 次实数乘法和 N*2(2N-1)=2N(

6、2N-1)次实数加法。如此一来，计算时乘法次数和加法次数都是和 N2 成正比的，当 N很大时，运算量是可观的，因而需要改进对 DFT 的算法减少运算速度。 根据傅立叶变换的对称性和周期性，我们可以将 DFT 运算中有些项合并。 我们先设序列长度为 N=2L，L 为整数。将 N=2L 的序列 x(n)(n=0,1,，N-1)，按N的奇偶分成两组，也就是说我们将一个 N点的 DFT 分解成两个 N/2 点的 DFT，他们又重新组合成一个如下式所表达的 N点 DFT： 一般来说，输入被假定为连续的。当输入为纯粹的实数的时候，我们就可以利用左右对称的特性更好的计算DFT。 我们称这样的 RFFT 优化

7、算法是包装算法：首先 2N 点实数的连续输入称为“进包”。其次N点的 FFT 被连续运行。最后作为结果产生的 N点的合成输出是“打开”成为最初的与 DFT 相符合的 2N点输入。 使用这一思想，我们可以划分 FFT 的大小，它有一半花费在包装输入O（N）的操作和打开输出上。这样的 RFFT 算法和一般的 FFT 算法同样迅速，计算速度几乎都达到了两次 DFT的连续输入。6. 程序流程图：A/D转换模型流程图FFT变换流程图五、 实验源程序实验相关文档处有以下文件的源代码：5509.h、C5509.h、c55xxdefs.h、func.h、myapp.h、ICETEK-VC5509-EDU.h、

8、peripherals.h、scancode.h、util.h、sdram_init.c 、util.c、ICETEK-VC5509-A.cmd。ad.h的源代码：void InitADC();void wait(unsigned int cycles);void InitADC() ADCCLKCTL=0x23; / 4MHz ADCLK ADCCLKDIV=0x4f00;void wait( unsigned int cycles ) int i; for ( i = 0 ; i cycles ; i+ ) AD_FFT.h的源代码#include #define PI 3.1415926

9、#define SAMPLENUMBER 128float wSAMPLENUMBER;float sin_tabSAMPLENUMBER,cos_tabSAMPLENUMBER;void FFT(float dataRSAMPLENUMBER,float dataISAMPLENUMBER);void InitForFFT();void 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; /* following

10、 code invert sequence */ 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; /* follow

11、ing code FFT */ 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=

12、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/SAMPL

13、ENUMBER); cos_tabi=cos(PI*2*i/SAMPLENUMBER); clk_init.c的源代码：#includemyapp.hvoid CLK_init() ioport unsigned int *clkmd; clkmd=(unsigned int *)0x1c00; *clkmd =0x2033; / 0x2033;/0x2413;/ 200MHz=0x2513void SetDSPPLL(unsigned int uPLL) ioport unsigned int *clkmd; clkmd=(unsigned int *)0x1c00; *clkmd =uPL

14、L;void TMCR_reset( void ) ioport unsigned int *TMCR_MGS3=(unsigned int *)0x07FE; ioport unsigned int *TMCR_MM =(unsigned int *)0x07FF; *TMCR_MGS3 =0x510; *TMCR_MM =0x000;FFT.c的源代码：#include myapp.h#include ICETEK-VC5509-EDU.h#include scancode.h#include #include ad.h#include AD_FFT.h#define PI 3.14159

15、26#define SAMPLENUMBER 128/void InitForFFT();/void MakeWave();/void FFT(float dataRSAMPLENUMBER,float dataISAMPLENUMBER);int INPUTSAMPLENUMBER,DATASAMPLENUMBER;float fWaveRSAMPLENUMBER,fWaveISAMPLENUMBER;int nADC0256,nADC1256;float wSAMPLENUMBER;main() int i; int uWork; /EnableAPLL(); /SDRAM_init();

16、 InitADC(); PLL_Init(144); while ( 1 ) for ( i=0;i256;i+ ) ADCCTL=0x8000; / 启动AD转换，通道0 do uWork=ADCDATA; while ( uWork&0x8000 ); nADC0i=uWork&0x0fff; for ( i=0;i128;i+ ) INPUTi=nADC0i;/ INPUTi=(float)INPUTi; /asm( nop); / break point/FFT InitForFFT(); for ( i=0;iSAMPLENUMBER;i+ ) fWaveRi=(float)INPU

17、Ti; fWaveIi=0.0f; wi=0.0f; FFT(fWaveR,fWaveI); for ( i=0;iSAMPLENUMBER;i+ ) DATAi=wi; /while ( 1 ); / break point 六、 实验结果及分析图一 三角波输出波形与FFT变换图 图二 三角波输出波形的FFT输出与FFT变换图对比 这是输入信号，由实验箱中信号源提供，信号源连线是由“波形输出”插座的“3”和“A/D输入”，模块“ADCIN2”插座获得。通过调节我们获得“三角形”波，该波在图一中捕获的可以清楚看到是一个三角形的波，通过FFT原理我们获得图一右，在图二我们把图一作输出改为FFT Magnitude输出进行对比，通过图二左右对比就可发现图形一样。接下来也是按照这个功能逐个测试，会有“方波”，“正弦波”进行测试。图三 方波输出波形的信号输出图四 方波输出波形与FFT变换图图五 方波输出波形的FFT输出与FFT变换图对比图六 正弦波输出波形与FFT变换图 图七 正弦波输出波形的FFT输出与FFT变换图对比 七、 实验总结通过此次实验，不仅令我熟悉了CCS开发环境及步骤，而且使我对DSP硬件系统有了一定的接触和了解，使我掌握及更好地理解了FFT的DSP实现。掌握了用窗函数法设计 FFT 快速傅里叶的原理和方法。