DSP课程设计.docx

1、DSP课程设计DSP课程设计摘 要 本次课程设计主要运用CCS这一工具实现快速傅里叶变换(FFT)。CCS(Code Composer Studio)是一种针对TM320系列DSP的集成开发环境，在Windows操作系统下，采用图形接口界面，提供环境配置、源文件编辑、程序调试、跟踪和分析等工具，可以帮助用户在一个软件环境下完成编辑、编译、链接、调试和数据分析等工作。 CCS有两种工作模式，即软件仿真器和硬件在线编程。软件仿真器工作模式可以脱离DSP芯片，在PC上模拟DSP的指令集和工作机制，主要用于前期算法实现和调试。硬件在线编程可以实时运行在DSP芯片上，与硬件开发板相结合进行在线编程和调试

2、应用程序。 关键词:CCS; 快速傅里叶变换(FFT); 1 第1章 概 述 . 3 1.1设计任务 . 3 1.2设计要求 . 3 第2章 快速傅里叶变换FFT的原理 . 4 2.1 离散傅里叶变换DFT . 4 2.2(快速傅里叶变换FFT . 4 第3章 方案设计 . 8 3.1 设计程序流程图 . 8 3.2在CCS环境下加载、调试源程序 . 8 第4章 主要参数 . 13 4.1 N的参数设置 . 13 4.2 CMD源文件代码: . 13 4.3 C文件源码: . 14 第五章 实验结果及分析 . 19 5.1作图得到输入信号的功率图谱 . 19 5.2 FFT变换结果图 . 19

3、 5.3改变信号的频率可以再做次实验 . 20 课程设计体会 . 21 参考文献 . 22 2 第1章 概 述 1.1设计任务 1)用DSP汇编语言及C语言进行编程; 2)实现FFT运算、对输入信号进行频谱分析。 1.2设计要求 ). 研究FFT原理以及利用DSP实现的方法; 12). 编写FFT程序 3). 调试程序，观察结果。 3 第2章 快速傅里叶变换FFT的原理 快速傅里叶变换(FFT)是一种高效实现离散傅里叶变换(DFT)的快速算法，是数字信号处理中最为重要的工具之一，它在声学，语音，电信和信号处理等领域有着广泛的应用。 2.1 离散傅里叶变换DFT 对于长度为N的有限长序列x(n)

4、，它的离散傅里叶变换(DFT)为 n,1nkX(k),x(n)W,k,0,1,？N,1,N (1) n,0,j2,/NW,eN式中, ,称为旋转因子或蝶形因子。 从DFT的定义可以看出，在x(n)为复数序列的情况下，对某个k值，直接按(1)式计算X(k) 只需要N次复数乘法和(N-1)次复数加法。因此，对所有N个k值，共需要N2次复数乘法和N(N-1)次复数加法。对于一些相当大有N值(如1024点)来说，直接计算它的DFT所需要的计算量是很大的，因此DFT运算的应用受到了很大的限制。 2.2(快速傅里叶变换FFT 旋转因子WN 有如下的特性。 kk，N/2W,WNN对称性: kk，NW,WNN

5、周期性: 利用这些特性，既可以使DFT中有些项合并，减少了乘法积项，又可以将长序列的DFT分解成几个短序列的DFT。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。 FFT的算法是将长序列的DFT分解成短序列的DFT。例如:N为偶数时，先将N点的DFT分解为两个N/2点的DFT，使复数乘法减少一半:再将每个N/2点的DFT分解成N/44 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FFT算法，它的最小变换是2点DFT。 一般而言，FFT算法分为按时间抽取的FFT(DIT FFT)和按频率抽取的FFT(DIF FFT)两大类。DI

6、T FFT算法是在时域内将每一级输入序列依次按奇,偶分成2个短序列进行计算。而DIF FFT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DIF FFT算法中，旋转因子kWN 出现在输入端，而在DIF FFT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 FFT算法可将其分为偶序列和奇序列。 偶序列: x(0),x(2),x(4),？x(N-2),即x,x(2r),r,0,1,？N/2,11奇序列: x(1),x(3),x(5),？x(N-1),即x,x(2r，1),r,0,1,？N/2,12则x(n

7、)的DFT表示为 N,1N,1nknkX(k),x(n)W，x(n)W,NNn,0n,0n为偶数n为奇数N/2,1N/2,12rk(2r，1)k ,x(2r)W，x(2r，1)W,NNr,0r,0N/2,1N/2,12rkk2rk,x(r)W，Wx(r)W(2),1NN2Nr,0r,022j(2/N)j2/(N/2),W,e,e,WNN/2由于 ，则(3)式可表示为 N/2,1N/2,1rkkrkX(k),x(r)W，Wx(r)W,1N/2N2N/2r,0r,0k,X(k)，WX(k)k,0,1,？N/2,1(3)1N2 5 X(k)X(k)x(n)x(n)1212式中，和分别为和的N/2的D

8、FT。 由于对称性， k，N/2Kk W,W,则X(k，N/2),X(k),WX(k)。因此，N点12NNNX(k)可分为两部分: 前半部分: kX(k),X(k)，WX(k)k,0,1,？N/2,112N (4) 后半部分: kX(k，N/2),X(k),WX(k)k,0,1,？N/2,112N (5) X(k)X(k)12从式(4)和式(5)可以看出，只要求出0N/2-1区间和的值，就可X(k)求出0N-1区间的N点值。 ，重复抽取过程，就可以使N点的DFT以同样的方式进行抽取，可以求得N/4点的DFT用上组2点的 DFT来计算，这样就可以大减少运算量。 x(p)x(q)m,1m,1基2

9、DIF FFT的蝶形运算如图(a)所示。设蝶形输入为和，输出为x(q)x(p)mm和，则有 kx(p),x(p)，x(q)WmmmN,1,1 (6) kx(q),x(p),x(q)WmmmN,1,1 (7) 在基数为2的FFT中，设N=2M，共有M级运算，每级有N/2个2点FFT蝶形运算，(N/2)logN2因此，N点FFT总共有个蝶形运算。 x(p)x(q) m,1mx(q)x(q) mm,16 -1 图2.1 基2 DIF FFT的蝶形运算 例如:基数为2的FFT，当N=8时，共需要3级，12个基2 DIT FFT的蝶形运算。其信号流程如图(b)所示。 图2.2 8点基2 DIF FFT蝶

10、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x(0),x(4),x(2),x(6),x(1),x(5),x(3),x(7)。输出是按自然顺序排列，其顺序为x(0),x(1),？,x(6),x(7)。 7 第3章 方案设计 3.1 设计程序流程图 图3.1 设计程序流程图 3.2在CCS环境下加载、调试源程序 (1)起动CCS，在CCS中建立一个工程文件projectnewFFT,往工程文件里添加程序filenewsourcefile.建立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Dsp原理及应用中fft 用dsp实现的有关

11、程序。 双击，启动CCS的仿真平台的配着选项。选择C5510 Simulator。Add加到my system ,按下save 8 图3.2选择my system (2)启动ccs2后建立工程文件FFT.pjt 图3.3建立工程文件FFT.pjt (3)建立源文件FFT.c与链接文件FFT.cmd 9 图3.4 建立源文件与链接文件 (4)将这两个文件加到FFT.pjt这个工程中。 图3.5 将源文件与链接文件加到工程中 (5)创建out文件 10 图3.6创建out文件 (6)加载out文件 图3.7 加载out文件 (7)加载数据 11 图3.8 数据加载 (8)通过graph prope

12、rty dialog窗口，改变N点的值，得到不同的结果。 12 第4章 主要参数 4.1 N的参数设置 进行N点FFT运算，分别实现N=256,N=512得到不同的功率谱图源程序: CMD源文件代码: 4.2 -f 0 -w -stack 500 -sysstack 500 -l rts55.lib MEMORY DARAM: o=0x100, l=0x7f00 VECT:o=0x8000, l=0x100 DARAM2:o=0x8100,l=0x7f00 SARAM: o=0x10000,l=0x30000 SDRAM:o=0x40000,l=0x3e0000 SECTIONS .text:

13、 DARAM .vectors: VECT .trcinit:DARAM 13 .gblinit:DARAM .frt:DARAM .cinit:DARAM .pinit:DARAM .sysinit:DARAM2 .far:DARAM2 .const:DARAM2 .switch:DARAM2 .sysmem:DARAM2 .cio:DARAM2 .MEM$obj:DARAM2 .sysheap:DARAM2 .sysstack:DARAM2 .stack:DARAM2 .input:DARAM2 .fftcode:DARAM2 4.3 C文件源码: #include math.h #def

14、ine sample_1 256 #define signal_1_f 60 #define signal_2_f 200 #define signal_sample_f 512 14 #define pi 3.1415926 int inputsample_1; float fwaversample_1,fwaveisample_1,wsample_1; float sin_tabsample_1; float cos_tabsample_1; void init_fft_tab(); void input_data(); void fft(float datarsample_1,float

15、 dataisample_1); void main() int i; init_fft_tab(); input_data(); for (i=0;isample_1;i+) fwaveri=inputi; fwaveii=0.0f; wi=0.0f; fft(fwaver,fwavei); while(1); void init_fft_tab() 15 float wt1; float wt2; int i; for (i=0;isample_1;i+) wt1=2*pi*i*signal_1_f; wt1=wt1/signal_sample_f; wt2=2*pi*i*signal_2

16、_f; wt2=wt2/signal_sample_f; inputi=(cos(wt1)+cos(wt2)/2*32768; void input_data() int i; for(i=0;isample_1;i+) sin_tabi=sin(2*pi*i/sample_1); cos_tabi=cos(2*pi*i/sample_1); void fft(float datarsample_1,float dataisample_1) int x0,x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,xx; 16 int i,j,k,b,p,L; float TR,TI,temp; for(i=0

17、;isample_1;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;x7=(i/128)&0x01; xx=x0*128+x1*64+x2*32+x3*16+x4*8+x5*4+x6*2+x7; dataixx=datari; for(i=0;isample_1;i+) datari=dataii;dataii=0; for(L=1;L0) b=b*2;i-; for(j=0;j0) p=p

18、*2;i-; p=p*j; for(k=j;k256;k=k+2*b) 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; for(i=0;isample_1/2;i+) wi=sqrt(d

19、atari*datari+dataii*dataii); 18 第五章 实验结果及分析 5.1作图得到输入信号的功率图谱 图5.1 输入信号的功率图谱 5.2 FFT变换结果图 图5.2 FFT变换结果图 19 5.3改变信号的频率可以再做次实验 5.3改变信号的频率FFT变换结果图 rN,2FFT算法特点:() 共需r次迭代; r,LLK,K,2,N/2L(1,L,r)LL第次迭代对偶结点的偶距为，因此一组结点覆N2(K,K),LLL,12盖的序号个数是。 L,1,N/2(K,K),2L(1,L,r)LL第次迭代结点的组数为。 NP0,1LWPNL2可以预先计算好，而且的变化范围是。 因此N

20、越大，运算越多。 20 课程设计体会 通过这次课程设计，我获得了很多。一开始对DSP这个概念很陌生，对于其中的内容更是一知半解。我只知道这门学科应该很有用，但是不知道该如何去把握它，认识它。这次课程设计，让我对DSP有了更进一步的了解。对FFT算法有了新的认识，对其原理和基本性质做了回顾，为以后深入的学习奠定了基础。这次课程设计，我觉得最有意义的就是掌握了一定的DSP系统的软件设计能力。而且还了解了CCS的组成与基本功能。掌握了它的安装、配置、基本操作、工程项目的建立和调试等。希望在以后的应用中能学到更多的知识，并将它们运用到实践中去。 21 参考文献 1戴明桢等编著.TMS320C54X DSP 结构原理及应用. 北京:航空航天大学出版社，第2版，2007; 2彭启琮编著.DSP技术的发展与应用.北京:高等教育出版社，2002; 3胡广书编著.数字信号处理理论、算法与实现.北京:清华大学出版社，2005; 4北京合众达电子技术有限公司编著.SEED-DTK系列实验手册.北京合众达电子技术有限公司出版，2007。 22