I基于CCS和ICETEK5509实验箱FFT算法的C语言实现与验证.docxVIP

一 实验名称基于CCS和ICETEK5509实验箱FFT算法的C语言实现与验证二 实验目的1、熟悉A/D转换的基本原理，FFT的基本原理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。三 实验要求设计一个以ICETEK5509为硬件主体，FFT为核心算法的频谱分析系统方案；2、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；3、在实验箱上由硬件实现频谱分析。四实验原理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。A/D转换原理A/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。但在A/D转换前，输入到A/D转换器的输入信号必须经各种传感器把各种物理量转换成电压信号。A/D转换后，输出的数字信号可以有8位、10位、12位和16位等。3.快速傅立叶变换原理频谱分析系统A/D系统设置FFT系统（DIT）对于有限长离散数字{x[n]}，0≤n≤N-1，其离散谱{x[k]}可以由离散傅氏变换（DFT）求得。不难看出，是周期性的，且周期为N，即，m，l=0，±1，±2….FFT算法可以分为按时间抽取FFT和按频率抽取FFT两大类输入也有和复数之分，一般情况下，都假定输入序列为复数。FFT算法利用旋转因子的对称性和周期性，加快运算速度。用定点DSP芯片实现FFT程序时，一个比较重要的问题就是防止中间结果的溢出，防止中间结果的溢出的方法就是对中间数值归一化，而不可能溢出的则不进行归一化。 定义可以看出，在x[n]为复数序列的情况下，完全直接运算N点的DFT需要（N-1）2次复数乘法和N（N-1）次加法。N点的离散傅立叶变换需要同一个N*N点的W矩阵相运算，随着N值的增大，运算次数显著上升，当点数达到1024时，需要进行复数乘法运算1，048，576次，显然这种算法在实际运用中无法保证当点数较大时的运算速度，无法满足对信号的实时处理。根据W矩阵中W元素的周期性和对称性我们可以将一个N点的DFT运算分解为两组N/2点的DFT运算，然后取和即可，为进一步提高效率，将上述两个矩阵按奇偶顺序逐级分解下去。当采样点数为2的指数次方M时，可分解为M级子矩阵运算，全部工作量仅为：　　复数乘法：M*N/2次　　复数加法：N*M次　　而直接DFT需要的运算量为：　　复数乘法：N*N次　　复数加法：N*(N-1)次　　当点数N为几十个点时FFT的优势还不明显，而一旦达到几千、几百个点时优势是十分明显的：　　N=1024时：DFT需1048576次运算，FFT仅需5120次运算，改善比204.8。　　N=2048时：DFT需4194304次运算，FFT仅需11264次运算，改善比达到372.4。五实验过程按照DSP应用系统设计的一般过程这次课程设计分为三部分：1、单路，多路模数转换（AD）2、FFT算法C语言实现与验证3、系统集成，实现硬件频谱分析我按照这三部分进行操作，以下就是我课程设计的具体思路和步骤第一部分：单路，多路模数转换（AD）（占第一次上机时间）①回顾CCS的基本操作流程，尤其是开发环境的使用；1、创建一个新工程2、将文件添加到工程中去3、生成和运行程序4、更改Build选项并更正语法错误5、添加断点从PC文件中读取数据6、显示波形②A/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，并进行运行a）定义子程序voidInitADC();void wait( unsigned int cycles );voidEnableAPLL( );void HD_AD(); //定义0通道void My_AD(); //定义1通道b）主要程序：while ( 1 ){for ( i=0;i256;i++ ){ADCCTL=0x8000;// 启动AD转换，通道0do{uWork=ADCDATA;//ADCDATA为数据存放数组} while ( uWork0x8000 );// uWork0x8000为假退出语句nADC0[i]=uWork0x0fff; /*取十位精度}for ( i=0;i256;i++ ){ ADCCTL=0x9000;// 启动AD转换，通道1do{uWork=ADCDATA;} while ( uWork0x8000 ); // uWork0x8000为假退