DSP论文-基于DSP用FFT变换进行分析

1、 DSP应用课程论文 基于DSP用FFT变换进行分析 课 程 名 称 ： DSP应用 学 生 姓 名 ： 张振兴 学 号 ： 4 学 院 ： 信息科学与工程学院 专 业 班 级 ： 电信1102 指导老师姓名： 王洪群 时 间： 2014年11月 30日 摘要： 随着计算机和微电子技术的飞速发展，基于数字信号处理的频谱分析已经应用到各个领域并且发挥着重要作用。信号处理方法是当前机械设备故障诊断中重要的技术基础之一，分析结果的精确程度是诊断成功与否的关键因素。研究频谱分析是当前主要的发展方向之一。数字信号处理基本上从两个方面来解决信号的处理问题：一个是时域方法，即数字滤波；另一个是频域方法，即频

2、谱分析.本文主要介绍了离散傅里叶变换以及快速傅里叶变换，通过对DFT以及FFT算法进行研究，从基础深入研究和学习，掌握FFT算法的关键。通过对DSP芯片工作原理以及开发环境的学习，掌握CCS的简单调试和软件仿真，在DSP芯片上实现对信号的实时频谱分析。关键词： DFT；FFT；频谱分析；DSP；1、绪论随着数字技术与计算机技术的发展，数字信号处理(DSP)技术已深入到各个学科领域。近些年来，数字信号处理技术同数字计算器、大规模集成电路等，有了突飞猛进的发展。数字信号处理器（DSP）是一种可编程的高性能处理器。它不仅是一种适用于数字信号处理，而且在图像处理、语音处理、通信等领域得到广泛的应用。D

3、SP处理器中集成有高速的乘法硬件，能快速的进行大量的乘法加法运算频谱分析在生产实践和科学研究中获得日益广泛的应用。例如，对汽车、飞机、轮船、汽轮机等各类旋转机械、电机、机床等机器的主体或部件进行实际运行状态下的谱分析，可以提供设计数据和检验设计效果，或者寻找振源和诊断故障，保证设备的安全运行等；在声纳系统中，为了寻找海洋水面船只或潜艇，需要对噪声信号进行谱分析，以提供有用信息，判断舰艇运动速度、方向、位置、大小等。因此对谱分析方法的研究，受到普遍注意和重视，是当前信号处理技术中一个十分活跃的课题。本文主要介绍基于DSP用FFT变换实现对信号的频谱分析。研究离散傅里叶变换以及快速傅里叶变换的原理

4、及算法。快速傅里叶变换和离散傅里叶变换的基本理论是一样的，它根据离散傅里叶变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅里叶变换进行了改进。在计算机系统或者数字系统中广泛应用者快速傅里叶变换，这是一个巨大的进步。本文主要解决的问题就是如何对信号的频谱进行研究，使FFT更广泛的应用于科学研究。3、程序及DSP的实现EXPFFTAD50.Cextern void InitC5402(void);extern void OpenMcBSP(void);extern void CloseMcBSP(void);extern void READAD50(void);extern void WRITEAD50(vo

5、id);/* Main Function Program*/ #include stdio.h #include math.h void kfft(pr,pi,n,k,fr,fi,l,il) int n,k,l,il; double pr,pi,fr,fi; int it,m,is,i,j,nv,l0; double p,q,s,vr,vi,poddr,poddi; for (it=0; it=n-1; it+) m=it; is=0; for (i=0; i=k-1; i+) j=m/2; is=2*is+(m-2*j); m=j; frit=pris; fiit=piis; pr0=1.0

6、; pi0=0.0; p=6./(1.0*n); pr1=cos(p); pi1=-sin(p); if (l!=0) pi1=-pi1; for (i=2; i=n-1; i+) p=pri-1*pr1; q=pii-1*pi1; s=(pri-1+pii-1)*(pr1+pi1); pri=p-q; pii=s-p-q; for (it=0; it=0; l0-) m=m/2; nv=2*nv; for (it=0; it=(m-1)*nv; it=it+nv) for (j=0; j=(nv/2)-1; j+) p=prm*j*frit+j+nv/2; q=pim*j*fiit+j+nv

7、/2; s=prm*j+pim*j; s=s*(frit+j+nv/2+fiit+j+nv/2); poddr=p-q; poddi=s-p-q; frit+j+nv/2=frit+j-poddr; fiit+j+nv/2=fiit+j-poddi; frit+j=frit+j+poddr; fiit+j=fiit+j+poddi; if (l!=0) for (i=0; i=n-1; i+) fri=fri/(1.0*n); fii=fii/(1.0*n); if (il!=0) for (i=0; i=n-1; i+) pri=sqrt(fri*fri+fii*fii); if (fabs

8、(fri)0) pii=90.0; else pii=-90.0; else pii=atan(fii/fri)*360.0/6.; void main(void)int i,n,k=0;double x128,pr128,pi128,fr128,fi128,mo128; int xm,zm;int *px = (int*)0x3000;int *pz = (int*)0x3080;n=128;InitC5402(); /* initialize C5402 DSP */OpenMcBSP();for (;)READAD50();px = (int*)0x3000;for (i=0; i=n-

9、1; i+)xm=*px;xi=xm/32768.0;pri=xi;pii=0;px+; kfft(pr,pi,128,7,fr,fi,0,1); pz = (int*)0x3080;for (i=0;i=n-1;i+) moi = sqrt(fri*fri+fii*fii); zm = (int)(moi*1000.0); *pz = zm; pz+; k+; /*End of File ExpFFTAD50.c*/4、DSP芯片和编程工具CCS 2.0的简介(1)TMS320C5402简介TMS320C5402是TI公司为了实现低功耗、高性能而专门设计的定点DSP芯片。它有如下的特点：具有

10、运算速度快，指令周期可以达10ns以内；优化的CPU结构，内部有1个40位的算术逻辑单元，2个40位的累加器，2个40位加法器，1个1717的乘法器和40位的桶形移位器。有4条内部总线和2个地址产生器。先进的DSP结构可以高效快速实现数字信号处理中的各种算法的运算。它不仅具有标准的串行口和时分复用(TDM)串行口，还提供了自动缓冲串行DBSP和与外部处理器通信的HPI的主机接口。HPI可以与外部标准的微处理器直接接口。(2)CCS2.0简介DSP编程工具CCS是继“一体化的DSP解决方案后，TI公司为了巩固其在DSP业界的地位而在开发工具方面的一次重拳出击。CCS集成了开发环境，使得DSP代码

11、开发过程从编程、编译到调试代码的性能测试都集成在一个环境下进行，而且各项功能都有了一定程度的提升，简化了开发过程，该工具主要集成了以下几个软件工具：(1)DSP代码产生工具(包括C编译器、汇编优化器、汇编器和连接器)。CCS不仅支持高级语言C编程、汇编语言编程，还支持高级语言C汇编语言混合模式编程，降低了代码开发难度；(2)软件模拟器(SIMULATOR)。模拟整个硬件的开发过程，使得系统的实现更加可靠；(3)实时基础软件。DSP/BIOS和主机目标机之间的实时数据交换软件RTDX，它们所提供的实时分析功能为目标系统提供了一个实时窗口，不仅可以直接实时显示原始数据，还可以对原始数据进行处理。在

12、传统的主机调试器必须通过在应用程序中插入断点，中断应用程序运行才能与目标系统交换数据，这种方法不仅麻烦，而且所得到的数据只是应用程序在高速运行中的一个侧面，为故障诊断和系统性能评测等带来了许多不便。利用RTDX技术，就可以在不中断应用程序的前提下完成主机与目标机之间的实时数据交换，另外RTDX完成主机与目标机数据交换所使用的是DSP内部的仿真逻辑和JTAG接口，它不占用DSP系统的总线、串口等I/O资源，所以可以在应用程序背景下运行对DSP系统的影响很小7-8。5、利用DSP中的FFT函数进行频谱分析启动CCS 2.0，用Project/Open打开 “ExpFFTAD50.pjt”工程文件；

13、双击“expFFTAD50.pjt”及“Source”可查看各源程序；加载“exp FFTAD50.out”；在主程序中，K+设置断点；单击“Run”运行程序，程序将运行至断点处停止，如图5所示。图5设置断点用View/Graph/Time/Frequency打开一个图形观察窗口；设置该图形窗口变量及参数，如图6所示。采用双踪观察在启动地址分别为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转换后的语音信号和对该信号进行FFT变换的结果。图6 参数设置单击“Animate”（或按F10）运行程序；调整观察窗口

14、并观察输入信号波形及其FFT变换结果；单击“Halt”暂停程序运行，可以得到语音信号的时域波形和对该信号进行FFT变换谱分析的静态图像，如图7、图8所示。图7 频谱分析结果（一）图8 频谱分析结果（二）图7和图8分别为输入语音信号频率大小不同情况下的结果；其中中上面的波形为语音信号的时域波形，下面的波形为对该信号进行FFT变换后的谱分析结果。由此我们可以得出：数字信号处理（DSP）能够对信号进行实时分析，以便我们对各种信息能够更及时的了解，这也是它的优越性所在，使得他在我们的生活生产中有着更广泛的应用。6、结论本论文学习和研究了离散傅里叶变换（DFT）和快速傅里叶变换（FFT）的算法，把重点放在了时间抽取法基-2FFT算法上。以及在DSP基础上用FFT变换对信号进行频谱分析。明确了FFT在DSP芯片上的实现的关键。基于DSP的快速傅里叶变换频谱分析的研究使FFT能够有效的在DSP芯片上实现，有助于我们能够更及时的了解信息，对我们的生活生产以及科技研究有很大的帮助。自从快速傅里叶变换（FFT）出现以后，频谱分析技术便很快的发展起来，而且越来越贴近我们的生活生产，如医疗器械，无线电通信等等。但是我们对频谱分析技术的研究并未达到最高的层次，未来