基于FFT频谱分析实验

1、本 科 实 验 报 告实验名称： 基于FFT频谱分析实验 一、实验目的和要求1. 掌握 A/D、D/A转换和利用FFT实现频谱分析的基本过程和方法；2. 通过分析示波器测量结果与DSP开发平台上基于FFT的谱分析结果，深刻理解模拟频率与数字频率的对应关系；3. 初步认识DSP中编写实时信号处理程序及CCS集成开发环境的使用技巧。二、实验内容和原理数字谱分析在许多工程技术领域是不可缺少的技术手段，如：建筑、通信、雷达、图像处理、生物医学等领域。本实验利用FFT实现信号的频谱分析。下图是基于DFT的信号频谱分析过程，实际实现时，一般用FFT算法实现DFT，以节省计算量，通常要求下图中的点数N为2的

2、幂次方，例如：256、512等。图中：LPF：抗混叠滤波器（模拟低通滤波器）：窗函数：加窗后的数字信号：DFT输出三、实验项目1. AD 转换程序参数设置；2. DA输出数据格式转换设置；3. 正弦信号周期与频率等参数的测量；4. CCS软件调试与可视化观察实践；5. 基于FFT算法的数字信号频谱分析程序实现；6. 利用数字谱分析算法分析补零FFT与时域加窗的效果；四、实验器材本实验采用了瑞泰创新科技公司生产的ICETEKVC5509-A综合DSP实验箱。该实验系统由四个模块组成：DSP评估板、仿真器、信号源、显示与电机模块，本实验用到前三个模块。1. PC兼容机一台操作系统为 Windows

3、XP，安装 Code Composer Studio 3.3软件与Matlab仿真软件。2. 示波器一台五、实验步骤1、在断电状态下检查并连接设备；2、设置CCS工作模式；3、运行CCS，打开相应工程，连接目标板，编译程序，将程序下载到DSP中；4、运行程序，选择菜单“ViewGraphTime/Frequency”，设置相应变量，观察输出图形，拖动测量线测量所需的坐标值并记录；5、停止程序，关闭工程，退出CCS，关闭实验箱电源，整理实验台。六、实验结果与分析一、观察DAC信号的产生，产生三角波、方波、正弦波。波形示波器时域频域三角波方波正弦波二、频率的测量计算与比对波形示波器测量频率（Hz）

4、DSP换算频率（Hz）采样频率（kHz）三角波75376920方波76874120正弦波70466620三、基于FFT算法的正弦信号频谱分析信号形式频率范围采样频率（kHz）截取序列长度FFT的结果|X(k)|的图形谱峰处对应的k值换算后的频率示波器测量结果模拟信号正弦波100-1kHz1051214( 273 )Hz( 550 )Hz正弦波100-1kHz2051214( 546 )Hz( 550 )Hz正弦波100-1kHz（A）混合1-10kHz（B）2051213( 507 )Hz(A路4000B路500 )Hz正弦波100-1kHz201024（补零FFT）14( 273 )Hz(

5、550 )Hz正弦波100-1kHz20512（时域加窗后FFT）14( 273 )Hz( 550 )Hz分析现象：当输入信号为100-1kHz的正弦信号，采样频率为10kHz时，根据软件得到的图像显示，K值出现在14处，导致计算得到的频率为273Hz。而示波器得到的频率则为550Hz，理论计算值与实际测试值存在1/2的关系。根据计算，理论上K值应该出现在27左右的位置。考虑到应该以示波器实测数据为准，我们对实现FFT的程序进行了分析。在改变抽样频率为20kHz时，得到的K值仍然为14，此时计算得到的频率与示波器测得的频率一致。因此我们初步认定问题关键可能在于程序中对采样频率的设置。程序中设置

6、采样频率的语句为：ADCCLKCTL=0x59; / 4MHz ADCLK=CPUCLK/(ADCCLKCTL+1)=180/45 2MHz ADCCLKCTL=0x59;ADCCLKDIV=0x4f00; / 最小采样时间间隔为46.5us 在需要改变抽样频率时，我们直接将语句中的“0x59”改为了“0x2c”。后来经过讨论，是由于计算机本身的原因，修改抽样频率不能简单地在以上语句中进行改动。具体解决方法仍在进一步研讨之中。七、问题与思考思考题：1、根据相关程序语句描述，分析例程中的FFT算法，指出该算法是DIT还是DIF？【答】：for(j=1;j<=le1;j+)for(i=j;i

7、<=n;i+=le)ip=i+le1;tr=Aip-1*ur-Bip-1*ui;ti=Aip-1*ui+Bip-1*ur;Aip-1=(Ai-1-tr);Bip-1=(Bi-1-ti);Ai-1+=tr;Bi-1+=ti;tr=(ur*wr-ui*wi);ti=(ur*wi+ui*wr);ur=tr;ui=ti;由程序中的这一段可以看出是DIT。 2、用不同采样率对同一频率的正弦信号进行采样，频谱有何区别？【答】：k/n=f/fs,用不同的采样频率，在不混叠的情况下，谱峰值基本不变。 3、如何根据FFT的计算结果，计算出第k根谱线对应的数字域频率和AD采样前的模拟频率？【答】：数字域频率=k*2/N，模拟频率f=k*fs/n,所以=2*n*f/N/fs。 4、观察补零FFT的作用是什么？【答】：减轻栅栏效应使频谱更清晰。 5、时域加窗对频谱有何影响？【答】