江苏大学 dsp课程设计

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)01

（），

≤≤-

k N N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共需要2

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) N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，共需要42

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m N W 的

周期性和对称性来减少DFT 的运算次数。

nk N

W 具有以下固有特性： (1)nk N W 的周期性：()(N nk n N k n k N N N W W W ++==）

(2)nk N 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 n N N n N Nn

W W W W == 另外，/2(/2)1,N k N k N N N W W W +=-=-。

利用nk N 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FFT

N=8的按频率抽取FFT

实数序列的FFT ：

反FFT 运算可以表示为：

101x(n)=(),0,1,2,,1N nk N k X k W

n 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-nk N 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

10

1x(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 *；

的共轭，并除以N，即得x()n。

⑶取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。

—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、FFT

⑴FFT程序：

#include <>

struct compx { float real,imag;};

struct compx EE(struct compx b1,struct compx b2) eal=xin[i].; xin[ip].imag =xin[i].;

xin[i].real=xin[i].real+;

xin[i].imag=xin[i].imag+;}

v=EE(v,w);

}}}

return;

}

/*****************main programe********************/

#include<>

#include<>

#include<>

#include<>

float result[257];

float input[257];

struct compx s[257];

int Num=256 ;

const float pp= ;

main()

{

int i=1 ;

for(;i<257;i++)

{

eal=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)); }

⑵FFT流程图

3、AD

⑴AD程序

#include ""

#include ""

#include ""

#include ""

#include ""

struct compx s0[257],s1[257];

float input0[256],input1[256],output0[256],output1[256]; #define pi 3.

void 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; eal=nADC0[i]; eal;

s0[i+1].imag=0; eal=nADC1[i]; eal; s1[i+1].imag=0;eal,2)+pow(s0[i+1].imag,2)); eal,2)+pow(s1[i+1].imag,2));}

6-3-1

个工程整合后:

六、课程设计心得

本次DSP课程设计针对理论课、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，以原理算法的实现与验证体会DSP技术的系统性，并加深了我对基本原理的体会。在这几天中，我学到了如下几点：

⑴通过对FFT算法进行分析研究，从基础深入研究和学习，掌握FFT

算法的关键；

⑵通过对DSP芯片工作原理以及开发环境的回顾，在DSP芯片上实现对信

号的实时频谱分析；

⑶这次课程设计，虽然不能做到完全理解掌握，但依然让我加深了对各门专

业课之间的联系；

⑷通过与同组成员的互相沟通，不仅使各自的知识得到了扩充，而且从中得

到了很多的启示，增强了团队合作能力；