DSP实验报告模拟信号的ADFFT变换精.docx
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DSP实验报告模拟信号的ADFFT变换精.docx
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DSP实验报告模拟信号的ADFFT变换精
一、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。
2.TMS320C55xx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。
5.TI的DSP开发集成环境CodeComposerStudio。
本实验采用CCS2.21for’C5000。
6.仿真器驱动程序。
7.实验程序及相关文档。
二、实验目的
1.通过实验熟悉VC5509A的定时器。
2.掌握VC5509A片内AD的控制方法。
3.掌握用窗函数法设计FFT快速傅里叶的原理和方法。
4.熟悉FFT快速傅里叶特性。
5.了解各种窗函数对快速傅里叶特性的影响。
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(AIN0—AIN1)。
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TMS320VC5509ADSP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4N^2次实数乘法和N*2(2N-1=2N(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N^2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=2^L,L为整数。
将N=2^L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。
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、peripherals.h、scancode.h、util.h、sdram_init.c、util.c、ICETEK-VC5509-A.cmd。
ad.h的源代码:
voidInitADC(;
voidwait(unsignedintcycles;
voidInitADC(
{
ADCCLKCTL=0x23;//4MHzADCLK
ADCCLKDIV=0x4f00;
}
voidwait(unsignedintcycles
{
inti;
for(i=0;i } AD_FFT.h的源代码 #include #definePI3.1415926 #defineSAMPLENUMBER128 floatw[SAMPLENUMBER]; floatsin_tab[SAMPLENUMBER],cos_tab[SAMPLENUMBER]; voidFFT(floatdataR[SAMPLENUMBER],floatdataI[SAMPLENUMBER]; voidInitForFFT(; voidFFT(floatdataR[SAMPLENUMBER],floatdataI[SAMPLENUMBER] { intx0,x1,x2,x3,x4,x5,x6,xx; inti,j,k,b,p,L; floatTR,TI,temp; /**********followingcodeinvertsequence************/ for(i=0;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; dataI[xx]=dataR[i]; } for(i=0;i { dataR[i]=dataI[i];dataI[i]=0; } /**************followingcodeFFT*******************/ for(L=1;L<=7;L++ {/*for(1*/ b=1;i=L-1; while(i>0 { b=b*2;i--; }/*b=2^(L-1*/ for(j=0;j<=b-1;j++/*for(2*/ { p=1;i=7-L; while(i>0/*p=pow(2,7-L*j;*/ { p=p*2;i--; } p=p*j; for(k=j;k<128;k=k+2*b/*for(3*/ { TR=dataR[k];TI=dataI[k];temp=dataR[k+b]; dataR[k]=dataR[k]+dataR[k+b]*cos_tab[p]+dataI[k+b]*sin_tab[p]; dataI[k]=dataI[k]-dataR[k+b]*sin_tab[p]+dataI[k+b]*cos_tab[p]; dataR[k+b]=TR-dataR[k+b]*cos_tab[p]-dataI[k+b]*sin_tab[p]; dataI[k+b]=TI+temp*sin_tab[p]-dataI[k+b]*cos_tab[p]; }/*ENDfor(3*/ }/*ENDfor(2*/ }/*ENDfor(1*/ for(i=0;i { w[i]=sqrt(dataR[i]*dataR[i]+dataI[i]*dataI[i]; } }/*ENDFFT*/ voidInitForFFT( { inti; for(i=0;i { sin_tab[i]=sin(PI*2*i/SAMPLENUMBER; cos_tab[i]=cos(PI*2*i/SAMPLENUMBER; } } clk_init.c的源代码: #include"myapp.h" voidCLK_init( { ioportunsignedint*clkmd; clkmd=(unsignedint*0x1c00; *clkmd=0x2033;//0x2033;//0x2413;//200MHz=0x2513 } voidSetDSPPLL(unsignedintuPLL { ioportunsignedint*clkmd; clkmd=(unsignedint*0x1c00; *clkmd=uPLL; } voidTMCR_reset(void { ioportunsignedint*TMCR_MGS3=(unsignedint*0x07FE; ioportunsignedint*TMCR_MM=(unsignedint*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" #definePI3.1415926 #defineSAMPLENUMBER128 //voidInitForFFT(; //voidMakeWave(; //voidFFT(floatdataR[SAMPLENUMBER],floatdataI[SAMPLENUMBER]; intINPUT[SAMPLENUMBER],DATA[SAMPLENUMBER]; floatfWaveR[SAMPLENUMBER],fWaveI[SAMPLENUMBER]; intnADC0[256],nADC1[256]; floatw[SAMPLENUMBER]; main( { inti; intuWork; //EnableAPLL(; //SDRAM_init(; InitADC(; PLL_Init(144; while(1 { for(i=0;i<256;i++ { ADCCTL=0x8000;//启动AD转换,通道0 do { uWork=ADCDATA; }while(uWork&0x8000; nADC0[i]=uWork&0x0fff; } for(i=0;i<128;i++ { INPUT[i]=nADC0[i]; //INPUT[i]=(floatINPUT[i]; } //asm("nop";//breakpoint //FFT InitForFFT(; for(i=0;i { fWaveR[i]=(floatINPUT[i]; fWaveI[i]=0.0f; w[i]=0.0f; } FFT(fWaveR,fWaveI; for(i=0;i { DATA[i]=w[i]; } //while(1;//breakpoint } } 六、实验步骤 1.实验准备: ⑴连接实验设备: ⑵准备信号源进行AD输入。 1取出2根实验箱附带的信号线(两端均为单声道语音插头的信号线。 ②用1根信号线连接实验箱底板上信号源I模块的“波形输出”插座和“A/D输入”模块的“ADCIN2”插座,注意插头要插牢、到底。 这样,信号源I的输出波形即可送到ICETEK-VC5509-A板的AD输入通道0。 ③用1根信号线连接实验箱底板上信号源II模块的“波形输出”插座和“A/D输入”模块的“ADCIN3”插座,注意插头要插牢、到底。 这样,信号源Ⅱ的输出波形即可送到ICETEK-VC5509-A板的AD输入通道1。 ④设置信号源I: -调整拨动开关“频率选择”拨到“100Hz-1KHz”档。 -将“频率微调”顺时针调到头(最大。 -调整拨动开关“波形选择”拨到“正弦波”档。 -将“幅值微调”顺时针调到头(最大。 ⑤设置信号源Ⅱ: -调整拨动开关“频率选择”拨到“10Hz-100Hz”档。 -将“频率微调”顺时针调到头(最大。 -调整拨动开关“波形选择”拨到“正弦波”档。 -将“幅值微调”顺时针调到头(最大。 ⑥将两个信号源的电源开关拨到“开”的位置。 2.设置CodeComposerStudio2.21在硬件仿真(Emulator方式下运行。 3.启动CodeComposerStudio2.21: 选择菜单Debug→ResetCPU。 4.打开工程文件: -在项目浏览器中,双击main.c,打开main.c文件,浏览该文件的内容,理解各语句作用。 5.编译、下载程序。 6.打开观察窗口: -选择菜单View->Graph->Time/Frequency…设置好波形观察参数。 7运行程序,观察结果: 观察经D转换和FFT变换后的波形,调整信号源可调部分,观察实时波形随之变化。 8选择菜单File→workspace→saveworkspacsAs…,输入文件名SY.wks。 9退出CCS: 七、实验结果及分析 实验输入的模拟信号如下图所示: 实验所输入模拟信号经FFT变换后的输出: 实验所输入模拟信号经AD转换后的输出: 实验所输入模拟信号经AD转换后的信号经FFT变换后的输出: 八、实验总结 通过本次CCS环境下对模拟信号进行A/D转换和FFT变换的硬件仿真实验,让我掌握了CodeComposerStudio2.21的安装和配置步骤过程;了解了DSP开发系统和计算机与目标系统的连接方法,CodeComposerStudio2.21软件的操作环境和基本功能,TMS320C55xx软件开发过程以及CCS环境下DSP的C语言程序编写方法;学会了创建工程和管理工程的方法,基本的编译和调试功能,以及观察窗口和图形窗口的使用;熟悉了VC5509A的定时器的使用和片内AD的控制方法;更深一步的理解了用窗函数设计FFT快速傅立叶变换的原理和方法,FFT快速傅立叶的特性和各种窗函数对快速傅立叶特性的影响。 为我今后对DSP的进一步学习奠定了更好理论基础和应用基础。 参考资料 [1]赵洪亮等编著.TMS320C55xDSP应用系统设计.北京: 北京航空航天大学出版社,2008. [2]胡庆钟等编著.TMS320C55xDSP原理、应用和设计.北京: 机械工业出版社,2005. [3]ICETEK-VC5509-A-USB-EDU_V2.1(ICETEK-VC5509-A-USB-EDU教学实验系统软件实验指导书.
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