音频信号数字滤波与FFT分析ok版.doc

音频信号数字滤波与FFT分析一、实验目的：2二、实验内容：2三、实验所用主要部件结构说明：31、TMS320F2812片内有1个带采样保持电路的12BIT的A/D转换模块3(1)、ADC的特点：3(2)ADC管脚信号31）、模拟量输入部分：32）、DC设置部分：33）、ADC电源：4(3)ADC转换步骤：42、MMI5402的DAC811的介绍：4(1)、DAC811简介4(2)其原理图如下：5(3)其操作逻辑真值表如下：53、FFT算法简介：5四、实验程序功能与结构说明：6五、实验流程图7六、实验步骤：71、实验演示：72、实验的调试：8七、实验主要程序：81、主函数：82、中断程序：153、异步串口初始化程序164、AD初始化：17七、实验结果：181、SEEDDEC2812单元的D3灯由闪烁变成常暗。182、时域和频域曲线图：18八、实验心得：19一、实验目的：1、熟悉CCS集成开发环2、熟悉SEED-DTK2812实验环境3、了解SEED-MMI的系统硬件4、了解DAC811的工作方式5、加深对DFT算法原理和基本性质的理解6、学习用FFT对连续信号和时域信号地频谱分析的方法7、熟悉FFT的算法原理和FFT子程序的算法流程和应用8、了解DSP处理FFT算法的特殊寻址方式二、实验内容：1、DSP的初始化2、AD的初始化3、产生不同幅度民频率的波形4、A/D采样5、DSP之间的UART通讯6、FFT的位倒序程序7、FFT的蝶形运算程序8、求功率谱的程序9、串口发送与接收三、实验所用主要部件结构说明：1、TMS320F2812片内有1个带采样保持电路的12BIT的A/D转换模块(1)、ADC的特点：1）、带S/H的12BIT的ADC2）、模拟量输入范围：0.0V3.0V3）、转换率：在25MHz的ADC时钟下为80ns4）、16路AD转换通道5）、自动排序功能可以提供一次触发转换16路AD，每次转换能够编程选择16路通道的任何1个6）、排序可以选择2个独立的8通道路排序或者是1个大的16通道排序7）、转换结果表明存储在16个寄存器中，转换结果=4095*（输入的模拟信号-ADCLO）/38）、有多重触发AD转换方式：软件启动、EVA和EVB9）、中断控制方式灵活，可以在每次转换结束或每隔一次转换结束触发中断(2)ADC管脚信号ADC管脚由模拟量输入部分、ADC设置部分和ADC电源三部分构成。1）、模拟量输入部分：A通道输入：ADCINA0ADCINA7B通道输入：ADCINB0ADCINB72）、DC设置部分：ADC电压参考输出（2V）：ADCREFPADC电压参考输出（1V）：ADCREFMADC外部电流旁路电阴：ADCRESEXT测试管脚下：ADCBGREFINADC模拟地：AVSSREFBGADC模拟电源：AVDDREFBGADC公共地：ADCLO3）、ADC电源：ADC模拟地：VSSA1、VSSA2ADC模拟民源：VDDA1、VDDA2ADC数字地：VSS1ADC数字电源：VDD1(3)ADC转换步骤：1）、初始化DSP系统2）、设置PIE中断矢量表3）、初始化ADC模块4）、将ADC中断的入口地址装入PIE中断矢量表中，开中断5）、软件启动ADC转换6）、等待ADC中断7）、在ADC中断中读取ADC转换结果，软件启动下一次ADC中断2、MMI5402的DAC811的介绍：(1)、DAC811简介DAC811为12BIT，10V量程，15V供电的并行D/A转换器。它内部有2个锁存器。操作时，先将数据锁存到锁存器中，然后再启动转换寄存器；这样，D/A输出相应的电平。(2)其原理图如下：(3)其操作逻辑真值表如下：3、FFT算法简介：设x(n)为N项的复数序列，由DFT变换，任一X（m）的计算都需要N次复数乘法和N-1次复数加法，而一次复数乘法等于四次实数乘法和两次实数加法，一次复数加法等于两次实数加法，即使把一次复数乘法和一次复数加法定义成一次“运算”（四次实数乘法和四次实数加法），那么求出N项复数序列的X（m）,即N点DFT变换大约就需要N2次运算。当N=1024点甚至更多的时候，需要N2=1048576次运算，在FFT中，利用WN的周期性和对称性，把一个N项序列（设N=2k,k为正整数），分为两个N/2项的子序列，每个N/2点DFT变换需要（N/2）2次运算，再用N次运算把两个N/2点的DFT变换组合成一个N点的DFT变换。这样变换以后，总的运算次数就变成N+2（N/2）2=N+N2/2。继续上面的例子，N=1024时，总的运算次数就变成了525312次，节省了大约50%的运算量。而如果我们将这种“一分为二”的思想不断进行下去，直到分成两两一组的DFT运算单元，那么N点的DFT变换就只需要Nlog2N次的运算，N在1024点时，运算量仅有10240次，是先前的直接算法的1%，点数越多，运算量的节约就越大，这就是FFT的优越性；FFT算法的输出X(K)为自然顺序，但为了适应原位计算，其输入序列不是按x(n)的自然顺序排序，这种经过M-1次奇偶抽选后的排序为序列的倒序。因此，在运算之前应先对序列x(n)进行倒序。倒序的规律就是把顺序数的二进制位倒置，即可得到倒序值。倒序数是在M位二进制数最高位加一，逢2向右进位。对于FFT，M位二进制数最高位的权值为N/2，且从左到右二进制位的权值依次为你N/4，N/8，2，1。因此，最高位加一相当于十进制运算J+N/2。（J表示当前倒序数的十进制数值）。四、实验程序功能与结构说明：在音频信号数字滤波与FFT分析实验中主要包含以下文件：1、DTK_BPD_AD.c：这是实验的主程序，包含定时器中断程序、AD中断程序，完成与SEED-MMI5402系统的异步通讯。2、DSP28_Sci.c：包含了串中初始化程序。3、DSP28_Adc.c：包含了AD初始化。4、DSP28_Defaultlsr.c：包含了异步串口接收中断服务程序。5、SRAM.cmd：声明了系统的存贮器配置与程序各段的链接关系。6、DTK_BPD_FFT.out：DSP上可执行的程序，即实验程序。7、DTK_BPD_FFT.c：这是实验的主程序，包含了包含定时器中断程序、AD中断程序、FFT参数的初始化，完成与SEED-MMI5402的系统的异步通讯、信号采集与FFT计算。五、实验流程图六、实验步骤：1、实验演示：在脱机（不接CCS）的情况下，可以首先进行实验的演示。在实验选项的菜单下，选择FFT实验一项。先择不使用CCS，确定后，LCD显示屏将显示“程序装载中，请稍侯”，并且用状态条显示程序装载进度，等待装载程序后，SEEDDEC2812单元的D3灯由闪烁变暗。LCD显示屏将显示“音频信号数字滤波与FFT分析”。可以看到下面波形：2、实验的调试：1）、将DSP仿真器与计算机连接好：2）、将DSP仿真器的JTAG插关与SEED-DEC2812单元的J1相连接3）、启动计算机，当计算机启动后，打开SEED-DTK BPD的电源。观察SEEK-DTK_IO单元的+5V、+3.3V、+15V、-15V的电源指示灯是否均亮，若有不亮的，请断开电源，检查电源。4）、在实验选项的菜单下，选择定时器实验一项，选择使用CCS。5）、打开CCS，进入CCS的操作环境。6）、装入DTK_BPD_FFT.wks调试环境。7）、进行调度，通过Probe Points来观察FFT的结果。七、实验主要程序：1、主函数：void main(void)/*初始化系统*/InitSysCtrl();/*关中断*/DINT;IER = 0x0000;IFR = 0x0000;/*初始化PIE中断*/InitPieCtrl();/*初始化PIE中断矢量表*/InitPieVectTable();/*初始化SCIA寄存器*/ InitSci(); /初始化cputimer InitCpuTimers(); for(i= 0; i0x104;i+)uarti = 0x5555;uartsi = 0x5555;for(i=0;iLength = FRAMLONGTH;psend-Type = UARTCOMMAND;psend-Data0 = INITOVER;psend-Mutul = UARTCONT;uart_send();for(;)if(CommandSave=FFTDATASEND)CommandSave=0;/*不满buffer的数据*/if(datasendlength = 256)for(i = 0;iDatai = Ad_datai+sendcount*256;psend-Length = datasendlength;psend-Type = UARTDATA;psend-Mutul = UARTCONT;uart_send();else/*满buffer数据*/ for(k = 0; kDatak = Ad_datak+sendcount*256; psend-Length = 256;psend-Type = UARTDATA;psend-Mutul = UARTMUTL;uart_send(); datasendlength= datasendlength - 256; sendcount+; uart_s =uart_recive();/* 返回值 0:接受完成 */* 1：数据未准备好 */* 3: 较验出错 */if(uart_s=1)continue;/*数据较验出错*/if(uart_s = 3)for(i= 0; iLength = FRAMLONGTH;psend-Type = UARTCOMMAND;psend-Data0 = RECIEVEERROR;psend-Mutul = UARTCONT;uart_send();continue;/*接收完成*/if(uart_s =0)/*不是命令帧*/if(precieve-Type != UARTCOMMAND)/*无效命令*/psend-Length = FRAMLONGTH;psend-Type = UARTCOMMAND;psend-Data0 = COMMANDNODO;psend-Mutul = UARTCONT;uart_send();precieve-Type = UARTCOMMAND;continue; /*接收从主机的数据*/precieve = (PuartForDec5416)(&uart0);switch(precieve-Data0)/*FFT设置*/case FFTSET:for(i=0;iDatai+1;/*设置数据发送长度*/datasendlong = padset-SampleLong;datasendlength= 3*datasendlong/2;precieve-Data0 = 0;break;/*启动AD采样和fft计算*/case FFTSTART:convcount=0;adconvover=0;sendcount=0;convfirstN=1000;/*AD采样率*/switch( padset-SampleRate)case ADSAMPL8K: /0xd/采样率为8kDINT;/*设置CPU*/ConfigCpuTimer(&CpuTimer2, 150, 125); StartCpuTimer2(); /*开中断*/IER |= M_INT14;EINT;InitAdc();break;case ADSAMPL44K: / 0x23/采样率为44k DINT;/*设置CPU*/ConfigCpuTimer(&CpuTimer2, 150, 22); StartCpuTimer2(); /*开中断*/IER |= M_INT14;EINT;InitAdc();break;case ADSAMPL96K:/0x1d/采样率为96k DINT;/*设置CPU*/ConfigCpuTimer(&CpuTimer2, 150, 10); StartCpuTimer2(); /*开中断*/IER |= M_INT14;EINT;InitAdc96k();break;default:break; for(;)if (adconvover=1)break;/*AD采样结束*/*fft转换*/* Initialize FFT module */switch(datasendlong)case128:fft128.ipcbptr=ipcb;fft128.init(&fft128);for(i=0;i4)-0x555;/偏移量1v。ipcbi = (ipcbi4)-0x555;RFFT32_brev(ipcb,ipcb,FFTN128);fft128.calc(&fft128);fft128.split(&fft128);break;case256:fft256.ipcbptr=ipcb;fft256.init(&fft256);for(i=0;i4)-0x555;/偏移量1v。ipcbi = (ipcbi4)-0x555;RFFT32_brev(ipcb,ipcb,FFTN256);fft256.calc(&fft256);fft256.split(&fft256);break;case512:fft512.ipcbptr=ipcb;fft512.init(&fft512);for(i=0;i4)-0x555;/偏移量1v。ipcbi = (ipcbi4)-0x555;RFFT32_brev(ipcb,ipcb,FFTN512);fft512.calc(&fft512);fft512.split(&fft512);break;default:break;/*求模*/ m=0; for(i=0;idatasendlong;i+=2) p=ipcbi; q=ipcbi+1; n=p*p+q*q; n=sqrt(n); modm=n; m+; r= datasendlong; for(i=0;iLength = 1;psend-Type = UARTCOMMAND;psend-Data0 = FFTOVER;psend-Mutul = UARTCONT;uart_send();precieve-Data0 = 0;break;/*FFT数据传送*/case FFTDATASEND:precieve-Data0 = 0;CommandSave=FFTDATASEND;break;case RECIEVEERROR:datasendlength = datasendlength + 256;sendcount-;precieve-Data0 = 0;CommandSave=FFTDATASEND;break;/*系统复位*/case SYSRESET:sys_reset();default:break; 2、中断程序：interrupt void ad(void)IFR=0x0000;PieCtrl.PIEACK.all=0xffff;if(convfirstN=0)Ad_dataconvcount = AdcRegs.RESULT1;if(Ad_dataconvcount=0)convcount-;convcount+;if (convcount=(padset-SampleLong) convcount=0; adconvover=1;/接满标志 DINT;/*停止计数*/StopCpuTimer2();/*关中断*/IER &= 0xdfff;EINT; elseconvfirstN-;3、异步串口初始化程序void InitSci(void)*UART_MODE = 0x44;EALLOW;GpioMuxRegs.GPFMUX.all = 0x0030;EDIS;/* loopback 8 bit data */SciaRegs.SCICCR.all = 0x07;SciaRegs.SCICTL1.all = 0x03;SciaRegs.SCICTL2.all = 0x02;SciaRegs.SCIHBAUD = 0x00;SciaRegs.SCILBAUD = 0xF3;SciaRegs.SCICTL1.all = 0x23;PieCtrl.PIEIER9.bit.INTx1 = 1;4、AD初始化：void InitAdc(void)AdcRegs.ADCTRL1.bit.RESET=1;AdcRegs.ADCTRL2.bit.RST_SEQ1=1;AdcRegs.MAX_CONV.bit.MAX_CONV=15;NOP;AdcRegs.ADCTRL1.bit.RESET=0;AdcRegs.ADCTRL1.bit.SUSMOD=3;AdcRegs.ADCTRL1.bit.ACQ_PS=0;AdcRegs.ADCTRL1.bit.CPS=0;AdcRegs.ADCTRL1.bit.CONT_RUN=0;AdcRegs.ADCTRL1.bit.SEQ_CASC=1;AdcRegs.MAX_CONV.bit.MAX_CONV=15;AdcRegs.CHSELSEQ1.bit.CONV00=14;/硬件连接到了ADCINB6AdcRegs.CHSELSEQ1.bit.CONV01=1;AdcRegs.CHSELSEQ1.bit.CONV02=2;AdcRegs.CHSELSEQ1.bit.CONV03=3;AdcRegs.CHSELSEQ2.bit.CONV04=4;AdcRegs.CHSELSEQ2.bit.CONV05=5;AdcRegs.CHSELSEQ2.bit.CONV06=6;AdcRegs.CHSELSEQ2.bit.CONV07=7;AdcRegs.CHSELSEQ3.bit.CONV08=8;AdcRegs.CHSELSEQ3.bit.CONV09=9;AdcRegs.CHSELSEQ3.bit.CONV10=10;AdcRegs.CHSELSEQ3.bit.CONV11=11;AdcRegs.CHSELSEQ4.bit.CONV12=12;AdcRegs.CHSELSEQ4.bit.CONV13=13;AdcRegs.CHSELSEQ4.bit.CONV14=14;AdcRegs.CHSELSEQ4.bit.CONV15=15;AdcRegs.ADCTRL3.bit.ADCBGRFDN=3;AdcRegs.ADCTRL3.bit.ADCPWDN=1;AdcRegs.ADCTRL3.bit.ADCCLKPS=8;AdcRegs.ADC