JIANGSU UNIVERSITY本科生课程设计DSP课程设计实验报告基于ICETEK5509实验箱和基2FFT算法的频谱分析学院名称：计算机科学与通信工程学院专业班级：通信工程学生姓名：指导教师姓名：指导教师职称：年月一、设计目的与意义1、本课程设计与理论课、实验课一起构成《DSP芯片原理与应用》完整课程体系；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。

二、设计要求1、系统设计要求：⑴.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；⑵.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；⑶.在实验箱上由硬件实现频谱分析。

2、具体要求：⑴.FFT算法C语言实现与验证1) 参考教材14.3节FFT核心算法在CCS软件仿真环境中建立FFT工程：添加main()函数，更改教材中个别语法错误，添加相应的库文件，建立正确的FFT工程；2) 设计检测信号，验证FFT算法的正确性及FFT的部分性质；3) 运用FFT完成IFFT的计算。

⑵.单路、多路数模转换（A/D）1) 回顾CCS的基本操作流程，尤其是开发环境的使用；2) 参考实验指导和示例工程掌握5509芯片A/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，为后期开发做好系统采集前端设计的准备。

⑶.系统集成，实现硬件频谱分析1) 整合前两个工程，实现连续信号的频谱分析工程的构建；2) 参考A/D 转换示例和DSP 系统功能自检示例完成硬件连接，并测试 开发系统运行效果；3) 基于现有系统，对于实时频谱分析给出进一步开发设计和系统改良 方案。

三、课程设计原理 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。

2、快速离散傅里叶变换（FFT ）的基本原理: 频谱分析系统FFT 是一种快速有效地计算离散傅里叶变换（DFT ）的方法。

它是根据离散傅里叶变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅里叶变换的算法进行改进获得的。

因为需要N 次复数乘法和N-1次复数加法，所以计算全部X(k)01k N ≤≤-（），共需要2N 次复数乘法和N(N-1)次复数加法。

实现一次复数乘法需要四次实数乘法和两次实数加法，一次复数加法需要两次实数加法，因此直接计算全部X(k)共需要42N 次实数乘法和2N(2N-1)次实数加法。

为减少运算量，提高运算速度，就必须改进算法。

FFT 算法就是不断地把长序列的DFT 分解成几个短序列的DFT ，并利用mN W 的周期性和对称性来减少DFT 的运算次数。

nkNW 具有以下固有特性： (1)nkN W 的周期性：()(N nk n N k n k N N N W W W ++==）(2)nkN W 的对称性：()nk nk n n N k N N N W W W --==（） (3)nk N W 的可约性：/,n nN N n N Nn W W W W == 另外，/2(/2)1,N k N kN N N W W W +=-=-。

利用nkN W 的上述特性，将x(n)或X(k)序列按一定规律分解成短序列进行运算，这样可以避免大量的重复运算，提高计算DFT 的运算速度。

算法形式有很多种，但基本上可以分为两大类，即按时间抽取(Decimation In Time ，DIT)FFT 算法和按频率抽取(Decimation In Frequency ，DIF)FFT 算法。

N=8的按时间抽取FFTN=8的按频率抽取FFT2.1实数序列的FFT ：反FFT 运算可以表示为：11x(n)=(),0,1,2,,1N nk Nk X k Wn N N--==⋅⋅⋅-∑ .2.8（4）式中，X()k 是时域信号x()n 的傅里叶变换。

比较.1.2（4）和.2.8（4）可以看出，通过下列修改，我们可以用FFT 算法来实现反FFT: ⑴增加一个归一化因子1/N ；⑵将nk N W 用其复共轭-nkN W 代替。

由于第二点需要修改符号，因此FFT 程序还不能不加修改的来计算反FFT 。

因为101x(n)=[()]N nk N k X k W N -**=∑1={[()]}FFT X k N** .2.9（4） 可见，求X()k 的反FFT 可以分为以下三个步骤：⑴取X()k 的共轭，得X ()k *； ⑵求X ()k *的FFT,得Nx ()n *；⑶取x ()n *的共轭，并除以N ，即得x()n 。

采用这种方法可以完全不用修改FFT 程序就可以计算反FFT 。

3、单路、多路模数转换实验原理（AD)⑴ TMS320VC5509A 模数转换模块特性：—带内置采样和保持的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 。

—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。

⑵ 模数转换工作过程：—模数转换模块接到启动转换模块后，开始转换第一通道的数据。

—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。

⑶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忙于其它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，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。

⑷实验程序流程图：实验程序流程图四.实验程序和流程图：1、FFT⑴FFT程序：#include <math.h>struct compx { float real,imag;}; //定义一个复数结构struct compx s[257]; //FFT输入和输出：均从s[1]开始存放struct compx EE(struct compx ,struct compx ); //定义复数相乘结构void FFT(struct compx *, int ); //FFT函数预定义#define pi 3.14159265struct compx EE(struct compx b1,struct compx b2) //两个复数的相乘--b1*b2 {struct compx b3; //定义相乘的结果b3b3.real=b1.real*b2.real-b1.imag*b2.imag;b3.imag=b1.real*b2.imag+b1.imag*b2.real;return(b3); } //返回相乘结果b3/*输入：xin(实部，虚部), 输出：xin(实部，虚部), N：FFT点数*/void FFT(struct compx *xin, int N){ int f,m,nv2,nm1,i,k,j=1,l;struct compx v,w,t; //v为蝶形因子，w为中间变量nv2=N/2;f=N;for (m=1;(f=f/2)!=1;m++) {;} //计算蝶形运算的级数m=3，nm1=N-1;/*变址运算*/for (i=1;i<=nm1;i++) //实现位反转{ if(i<j){ t=xin[j]; xin[j]=xin[i];xin[i]=t; }k=nv2;while(k<j) {j=j-k;k=k/2;}j=j+k; }/*fft*/{int le,lei,ip;for (l=1;l<=m;l++){le=pow(2,l);lei=le/2;v.real=1.0;v.imag =0.0; //第一级蝶形运算的运算因子w.real =cos(pi/lei);w.imag =-sin(pi/lei); //用于改变蝶形运算因子中间变量for(j=1;j<=lei;j++) // 改变第二,三蝶形运算的运算因子{for(i=j;i<=N;i=i+le) //循环N/le 次{ip=i+lei;t=EE(xin[ip],v);xin[ip].real=xin[i].real-t.real;xin[ip].imag =xin[i].imag-t.imag;xin[i].real=xin[i].real+t.real;xin[i].imag=xin[i].imag+t.imag;}v=EE(v,w);}}}return;}/*****************main programe********************/#include<math.h>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<ctype.h>float result[257];float input[257];struct compx s[257];int Num=256 ;const float pp=3.14159 ;main(){int i=1 ;for(;i<257;i++){//s[i].real=sin(pi*i/128);s[i].real=cos(2*pp*i/256);s[i].imag=0 ;input[i]=sin(2*pp*i/256);}FFT(s,Num);for(i=1;i<257;i++){result[i]=sqrt(pow(s[i].real,2)+pow(s[i].imag,2));}⑵3、AD⑴AD程序#include "myapp.h"#include "ICETEK-VC5509-EDU.h"#include "scancode.h"#include "fft.h"#include "math.h"struct compx s0[257],s1[257];float input0[256],input1[256],output0[256],output1[256];#define pi 3.14159265void InitADC();void wait( unsigned int cycles );void EnableAPLL( );unsigned int nADC0[256],nADC1[256];main(){ int i;unsigned int uWork;EnableAPLL();SDRAM_init();InitADC();PLL_Init(132);while ( 1 ){ for ( i=0;i<256;i++ ){ ADCCTL=0x8000; // 启动AD转换，通道0do{uWork=ADCDATA; } //ADCDATA见ICETEK-VC5509-EDU.hwhile ( uWork&0x8000 );nADC0[i]=uWork&0x0fff; //0xfff→0x3ff 取后十位，前两位一直为0s0[i+1].real=nADC0[i]; //实部为nADC0中的值input0[i]= s0[i+1].real;s0[i+1].imag=0; //虚部为0}for ( i=0;i<256;i++ ){ ADCCTL=0x9000; // 启动AD转换，通道1do{uWork=ADCDATA;} //ADCDATA见ICETEK-VC5509-EDU.hwhile ( uWork&0x8000 );nADC1[i]=uWork&0x0fff;//0xfff→0x3ff 取后十位，前两位一直为0s1[i+1].real=nADC1[i]; //实部为nADC1中的值input1[i]= s1[i+1].real;s1[i+1].imag=0;//虚部为0}FFT(s0,256); //调用FFT函数对s0进行FFT变换FFT(s1,256); //调用FFT函数对s1进行FFT变换for(i=0;i<256;i++){ output0[i]=sqrt(pow(s0[i+1].real,2)+pow(s0[i+1].imag,2)); //取模output1[i]=sqrt(pow(s1[i+1].real,2)+pow(s1[i+1].imag,2));}asm( " nop"); // break point}}void InitADC(){ADCCLKCTL=0x23; // 4MHz ADCLK 4*(35+1)=144MHzADCCLKDIV=0x4f00;}void wait( unsigned int cycles ){ int i;for ( i = 0 ; i < cycles ; i++ ){ }}void EnableAPLL( ){ /* Enusre DPLL is running */*( ioport volatile unsigned short* )0x1f00 = 4;wait( 25 );*( ioport volatile unsigned short* )0x1f00 = 0;// MULITPLY*( ioport volatile unsigned short* )0x1f00 = 0x3000;// COUNT*( ioport volatile unsigned short* )0x1f00 |= 0x4F8;wait( 25 );//*( ioport volatile unsigned short* )0x1f00 |= 0x800 // MODE*( ioport volatile unsigned short* )0x1f00 |= 2;wait( 30000 );// APLL Select*( ioport volatile unsigned short* )0x1e80 = 1;// DELAYwait( 60000 );}⑵AD流程图图5-2 AD流程图五、实验步骤及结果分析实验步骤及结果分析1、FFT验证的步骤和分析：⑴实验步骤：参考教材中的FFT核心算法在CCS软件仿真中建立FFT工程：首先更改FFT算法中的个别语法错误，初步理解程序，其次编写main()函数使系统能够找到程序入口地址，由于正余弦信号的频谱为脉冲信号，因此这里采用正余弦及其线性组合作为检测信号，编写检测信号程序时，应注意将采样点放入结构体数组s[257]中。