快速傅立叶变换FFT算法实验.docx

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快速傅立叶变换FFT算法实验

实验二快速傅立叶变换（FFT）算法实验

一．

实验目的

1．加深对DFT算法原理和基本性质的理解；2．熟悉FFT算法原理和FFT子程序的应用；

3．学习用FFT对连续信号和时域信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及

其原因，以便在实际中正确应用FFT。

二．

实验设备

计算机，CCS2.0版软件，实验箱，DSP仿真器，短接块，导线。

三．

基本原理

1．离散傅立叶变换DFT的定义：

将时域的采样变换成频域的周期性离散函数，频域

的采样也可以变换成时域的周期性离散函数，这样的变换称为离散傅立叶变换，简称DFT。

2．FFT是DFT的一种快速算法，将DFT的N2步运算减少为（N/2）log2N步，极大的

提高了运算的速度。

3．旋转因子的变化规律。

4．蝶形运算规律。

5．基2FFT算法。

四．

实验步骤

1．复习DFT的定义、性质和用DFT作谱分析的有关内容；

2．复习FFT算法原理与编程思想，并对照DIT-FFT运算流程图和程序框图，了解本

实验提供的FFT子程序；3．阅读本实验所提供的样例子程序；

4．运行CCS软件，对样例程序进行跟踪，分析结果；记录必要的参数。

5．填写实验报告。

6．提供样例程序实验操作说明

1）实验前的准备

“语音处理单元”的拨码开关设置：

在信号源单元中，设置左路信号源产生低频正弦波信号，右路产生高频正弦波信号。

实验箱上电，用示波器分别观测OUT1和OUT2输出的模拟信号，并调节电位器直至低频正弦波信号为100Hz/1V左右；高频正弦波信号为6KHz/1V左右；将S3中的拨码开关2打到ON，用示波器观测OUT1输出的混叠信号波形。

用导线连接“信号源单元”中2号孔接口OUT1和语音处理单元中的2号孔接口“IN”；

正确完成计算机、DSP仿真器和实验箱的连接后，系统上电.2）实验过程

启动CCS2.0，用Project/Open打开“ExpFFT01.pjt”工程文件；双击“ExpFFT01.pjt”及“Source”可查看各源程序；加载“ExpFFT01.out”；

在主程序中，k++处设置断点；单击“Run”运行程序，或按F5运行程序；程序将运行

至断点处停止；

用View/Graph/Time/Frequency打开一个图形观察窗口；

设置该观察图形窗口变量及参数；采用双踪观察在启始地址分别为0x3000h和0x3080h，长度为128的单元中数值的变化，数值类型为16位有符号整型变量，这两段存储单元中分别存放的是经A/D转换后的输入信号和对该信号进行FFT变换后的结果；

单击“Animate”运行程序，或按F10运行；调整观察窗口并观察变换结果；

单击“Halt”暂停程序运行，关闭窗口，本实验结束；

实验结果：

在CCS2.0环境，同步观察输入信号波形及其FFT变换结果；五．

思考题

1．对于不同的N，幅频特性会相同吗？

为什么？

2．FFT进行谱分析，可以应用的什么方面？

六．

实验报告要求

1．简述实验原理及目的；

2．结合实验中所给定典型序列幅频特性曲线，与理论结果比较，并分析说明误差产生

的原因以及用FFT作谱分析时有关参数的选择方法。

3．总结实验所得主要结论。

七．

程序参数说明

externvoidInitC5402（voidexternvoidOpenMcBSP（voidexternvoidCloseMcBSP（voidexternvoidREADAD50（voidexternvoidWRITEAD50（void

voidkfft（pr,pi,n,k,fr,fi,l,il：

基2快速傅立叶变换子程序，n为变换点数，应满足2的整数次幂，k为幂次（正整数）；

数组x：

输入信号数组，A/D转换数据存放于地址为3000H~307FH存储器中，转为浮点型后，生成x数组，长度128；

数组mo：

FFT变换输出数组，长度128，浮点型，整型后，写入3080H~30FFH存储器中。

八．

子程序流程图：

实验三

有限冲击响应滤波器（FIR）算法实验

一、实验目的

1．掌握用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法；2．熟悉线性相位FIR数字滤波器特性；3．了解各种窗函数对滤波特性的影响。

二、实验设备

计算机，CCS2.0版软件，实验箱，DSP仿真器

三、实验原理

1．有限冲击响应数字滤波器的基础理论；

2．模拟滤波器原理（巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、贝塞尔滤波器）；3．数字滤波器系数的确定方法。

四、实验步骤

1．复习如何设计FIR数字滤波。

阅读本实验原理，掌握设计步骤；2．阅读本实验所提供的样例子程序；

3．运行CCS软件，对样例程序进行跟踪，分析结果；4．填写实验报告。

5．样例程序实验操作说明

1）实验前准备

“语音处理单元”的拨码开关设置：

在信号源单元中，设置左路信号源产生低频正弦波信号，右路产生高频正弦波信号。

实验箱上电，用示波器分别观测OUT1和OUT2输出的模拟信号，并调节电位器直至低频正弦波信号为100Hz/1V左右；高频正弦波信号为6KHz/1V左右；将S3中的拨码开关2打到ON，用示波器观测OUT1输出的混叠信号波形。

用导线连接“信号源单元”中2号孔接口OUT1和语音处理单元中的2号孔接口“IN”；

正确完成计算机、DSP仿真器和实验箱的连接后，系统上电.2）实验过程

启动CCS2.0，用Project/Open打开“FIRtestN01.pjt工程文件；双击“FIRtestN01.pjt”和“Source”可查看各源程序；加载“FIRtestN01.out”；

在主程序，k++处，设置断点；

用View/Graph/Time/Frequency打开一个图形观察窗口；设置观察图形窗口变量及参数为：

采用双踪观察启始地址分别为0x3000H和0x3100H，长度为256的单元中数值的变化，数值类型为16位有符号整型变量，这两段存储单元中分别存放的是经A/D转换后的输入信号和对该信号进行FIR变换后的结果；

单击“Animate”运行程序，或按F10运行程序；调整观察窗口并观察滤波结果；

单击“Halt”暂停程序运行，激活“FIRtestN01.c”的编辑窗口；

实验程序说明：

该程序为51阶FIR低通滤波器算法程序，采用矩形窗函数实现，数组h和xmid长度均为51，fs为采样频率，fstop为滤波器截止频率，可以修改以上参数来改变滤波器性能。

重新“RebuildAll”后，并加载“Load”，单击“Animate”，可得到不同的实验结果；实验结果：

在CCS2.0环境，同步观察输入信号及其FIR低通滤波结果。

五、思考题

1．如果给定通带截止频率和阻带截止频率以及阻带最小衰减，如何用窗函数法设计线

性相位低通滤波器？

写出设计步骤。

2．定性说明本实验中，3dB截止频率的理论值在什么位置？

是否等于理想低通的截止

频率？

3．如果要求用窗函数法设计带通滤波器，且给定上下边带截止频率，试求理论带通的

单位脉冲响应。

六、实验报告要求

1．简述实验目的及理论。

2．自己设计一串数据应用样例子程序，进行滤波。

3．总结设计FIR滤波器的主要步骤。

4．描绘出输入、输出数组的曲线七、FIR程序参数说明

M

系统函数H（z=

∑b

k=0

k

Z

-k

对应的常系数线性差分方程：

y（n=程序参数说明：

externvoidInitC5402（void

∑bx（n-k

k

k=0

M

externvoidOpenMcBSP（voidexternvoidCloseMcBSP（voidexternvoidREADAD50（voidexternvoidWRITEAD50（voidvoidfirdes（intm,doublenpass：

输入信号：

输入信号经A/D转换后，写入地址为3000H~30FFH存储器，16位整型；输出信号：

FIR低通滤波器输出，写入地址为3100H~31FFH存储器，16位整型。

八、程序流程图：

实验四无限冲击响应滤波器（IIR）算法实验

一、实验目的

1．熟悉设计IIR数字滤波器的原理与方法；2．掌握数字滤波器的计算机仿真方法；

3．通过观察对实际信号的滤波作用，获得对数字滤波的感性认识。

二、实验设备

计算机，CCS2.0版软件，实验箱，DSP仿真器，短接块，导线。

三、实验原理

1．无限冲击响数字滤波器的基础理论；

2．模拟滤波器原理（巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、贝塞尔滤波器）；3．双线性变换的设计原理。

四、实验步骤

1．复习有关巴特沃斯滤波器设计和用双线性变换法设计IIR数字滤波器的知识；2．阅读本实验所提供的样例子程序；

3．运行CCS软件，对样例程序进行跟踪，分析结果；4．填写实验报告。

5．样例程序实验操作说明1）实验前准备

“语音处理单元”的拨码开关设置：

在信号源单元中，设置左路信号源产生低频正弦波信号，右路产生高频正弦波信号。

实验箱上电，用示波器分别观测OUT1和OUT2输出的模拟信号，并调节电位器直至低频正弦波信号为100Hz/1V左右；高频正弦波信号为6KHz/1V左右；将S3中的拨码开关2打到ON，用示波器观测OUT1输出的混叠信号波形。

用导线连接“信号源单元”中2号孔接口OUT1和语音处理单元中的2号孔接口“IN”；

正确完成计算机、DSP仿真器和实验箱的连接后，系统上电.2）实验过程

启动CCS2.0，用Project/Open打开“ExpIIRokLP02.pjt”工程文件；双击“ExpIIRokLP02.pjt”，双击“Source”可查看各源程序；加载“ExpIIRokLP02.out”；

在主程序最后，K++处，设置断点；单击“Run”，程序运行到断点处；

用View/Graph/Time/Frequency打开一个图形观察窗口；采用双踪观察在启始地址分别为0x3000h和0x3100h，长度为256的单元中数值的变化，数值类型为16位有符号整型

变量，这两段存储单元中分别存放的是经A/D转换后的输入信号和对该信号进行IIR低通滤波后的输出信号；

单击“Animate”运行程序，或按F10运行程序；调整观察窗口，并观察滤波结果；

单击“Halt”暂停程序运行，激活“ExpIIRokLP02.c”的编辑窗口；该IIR低通滤波器滤波性能参数为：

采样频率为16KHz，通带内最大允许衰减3dB，阻带内最小衰减大于30dB，过度带宽度为3.2KHz；通带上限频率：

1.6KHz；阻带下限截止频率：

4.8KHz。

可以修改以上参数来改变滤波器性能。

修改“ExpIIRokLP02.c”程序中“nlpass”和“nlstop”参数可改变IIR

低通滤波器的

滤波性能。

重新“RebuildAll”后，加载，单击“Animate”，可得到不同的结果。

实验结果：

在CCS2.0环境下，同步观察输入信号及其IIR低通滤波结果。

五、思考题

1．试述用双线性变换法设计数字滤波器的过程？

2．实验中，计算每个二阶滤波器的输出序列时，如何确定计算点