快速傅立叶变换FFT算法实验

1、实验二 快速傅立叶变换（FFT）算法实验一 实验目的1 加深对DFT算法原理和基本性质的理解；2 熟悉FFT算法原理和FFT子程序的应用；3 学习用FFT对连续信号和时域信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及其原因，以便在实际中正确应用FFT。二 实验设备计算机，CCS 2.0 版软件，实验箱，DSP仿真器，短接块，导线。 三 基本原理1 离散傅立叶变换DFT的定义：将时域的采样变换成频域的周期性离散函数，频域的采样也可以变换成时域的周期性离散函数，这样的变换称为离散傅立叶变换，简称DFT。2 FFT是DFT的一种快速算法，将DFT的N2步运算减少为（N/2）log2N步，极大的提高了

2、运算的速度。3 旋转因子的变化规律。4 蝶形运算规律。5 基2FFT算法。四 实验步骤1 复习DFT的定义、性质和用DFT作谱分析的有关内容；2 复习FFT算法原理与编程思想，并对照DIT-FFT运算流程图和程序框图，了解本实验提供的FFT子程序；3 阅读本实验所提供的样例子程序；4 运行CCS软件，对样例程序进行跟踪，分析结果；记录必要的参数。5 填写实验报告。6 提供样例程序实验操作说明1） 实验前的准备 “语音处理单元”的拨码开关设置： S1:拨码开关码位备注1OFF：交流量输入2OFF：交流量输入S2: 拨码开关：码位备注1OFF：交流量输入2OFF：扬声器关闭3ON：帧同步脉冲接通4

3、ON：串口时钟接通 在信号源单元中，设置左路信号源产生低频正弦波信号，右路产生高频正弦波信号。 实验箱上电，用示波器分别观测OUT1和OUT2输出的模拟信号，并调节电位器直至低频正弦波信号为100Hz/1V左右；高频正弦波信号为6KHz/1V左右； 将S3中的拨码开关2打到ON，用示波器观测OUT1输出的混叠信号波形。 用导线连接“信号源单元”中2号孔接口OUT1和语音处理单元中的2号孔接口“IN”；正确完成计算机、DSP仿真器和实验箱的连接后，系统上电. 2）实验过程 启动CCS 2.0，用Project/Open打开“ExpFFT01.pjt”工程文件；双击“ExpFFT01.pjt” 及

4、“Source”可查看各源程序；加载“ExpFFT01.out”； 在主程序中，k+处设置断点；单击“Run”运行程序，或按F5运行程序；程序将运行至断点处停止； 用View / Graph / Time/Frequency打开一个图形观察窗口； 设置该观察图形窗口变量及参数；采用双踪观察在启始地址分别为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转换后的输入信号和对该信号进行FFT变换后的结果； 单击“Animate”运行程序，或按F10运行；调整观察窗口并观察变换结果； 单击“Halt”暂停程序运行，关

5、闭窗口，本实验结束；实验结果：在CCS2.0环境，同步观察输入信号波形及其FFT变换结果；五 思考题1 对于不同的N，幅频特性会相同吗？为什么？2 FFT进行谱分析，可以应用的什么方面？六 实验报告要求1 简述实验原理及目的；2 结合实验中所给定典型序列幅频特性曲线，与理论结果比较，并分析说明误差产生的原因以及用FFT作谱分析时有关参数的选择方法。3 总结实验所得主要结论。七 程序参数说明extern void InitC5402(void)extern void OpenMcBSP(void)extern void CloseMcBSP(void)extern void READAD50(v

6、oid)extern void WRITEAD50(void)void kfft(pr,pi,n,k,fr,fi,l,il)：基2快速傅立叶变换子程序，n为变换点数，应满足2的整数次幂，k为幂次（正整数）；数组x ：输入信号数组，A/D转换数据存放于地址为3000H307FH存储 器中，转为浮 点型后，生成x数组，长度128；数组mo：FFT变换输出数组，长度128，浮点型，整型后，写入 3080H30FFH存储器中。八 子程序流程图：实验三 有限冲击响应滤波器（FIR）算法实验一、 实验目的1 掌握用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法；2 熟悉线性相位FIR数字滤波器特性；3 了解各种

7、窗函数对滤波特性的影响。二、实验设备计算机，CCS 2.0 版软件，实验箱，DSP仿真器三、实验原理1 有限冲击响应数字滤波器的基础理论；2 模拟滤波器原理（巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、贝塞尔滤波器）；3 数字滤波器系数的确定方法。四、实验步骤1 复习如何设计FIR数字滤波。阅读本实验原理，掌握设计步骤；2 阅读本实验所提供的样例子程序；3运行CCS软件，对样例程序进行跟踪，分析结果；4填写实验报告。5样例程序实验操作说明1） 实验前准备“语音处理单元”的拨码开关设置： S1:拨码开关码位备注1OFF：交流量输入2OFF：交流量输入S2: 拨码开关：码位备注1OFF：交流量输入2OFF：扬

8、声器关闭3ON：帧同步脉冲接通4ON：串口时钟接通 在信号源单元中，设置左路信号源产生低频正弦波信号，右路产生高频正弦波信号。 实验箱上电，用示波器分别观测OUT1和OUT2输出的模拟信号，并调节电位器直至低频正弦波信号为100Hz/1V左右；高频正弦波信号为6KHz/1V左右； 将S3中的拨码开关2打到ON，用示波器观测OUT1输出的混叠信号波形。 用导线连接“信号源单元”中2号孔接口OUT1和语音处理单元中的2号孔接口“IN”；正确完成计算机、DSP仿真器和实验箱的连接后，系统上电. 2）实验过程 启动CCS 2.0，用Project/Open打开“FIRtestN01.pjt工程文件；双

9、击“FIRtestN01.pjt”和“Source”可查看各源程序；加载“FIRtestN01.out”； 在主程序，k+处，设置断点；用View / Graph / Time/Frequency打开一个图形观察窗口；设置观察图形窗口变量及参数为：采用双踪观察启始地址分别为0x3000H和0x3100H，长度为256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转换后的输入信号和对该信号进行FIR变换后的结果； 单击“Animate”运行程序，或按F10运行程序；调整观察窗口并观察滤波结果； 单击“Halt”暂停程序运行，激活“FIRtestN01.c

10、”的编辑窗口；实验程序说明：该程序为51阶FIR低通滤波器算法程序，采用矩形窗函数实现，数组h和xmid长度均为51，fs为采样频率，fstop为滤波器截止频率，可以修改以上参数来改变滤波器性能。 重新“Rebuild All”后，并加载“Load”，单击“Animate”，可得到不同的实验结果；实验结果：在CCS2.0环境，同步观察输入信号及其FIR低通滤波结果。五、思考题1 如果给定通带截止频率和阻带截止频率以及阻带最小衰减，如何用窗函数法设计线性相位低通滤波器？写出设计步骤。2 定性说明本实验中，3dB截止频率的理论值在什么位置？是否等于理想低通的截止频率？3 如果要求用窗函数法设计带通

11、滤波器，且给定上下边带截止频率，试求理论带通的单位脉冲响应。六、实验报告要求1 简述实验目的及理论。2 自己设计一串数据应用样例子程序，进行滤波。3 总结设计FIR滤波器的主要步骤。4 描绘出输入、输出数组的曲线七、FIR程序参数说明系统函数对应的常系数线性差分方程：程序参数说明：extern void InitC5402(void)extern void OpenMcBSP(void)extern void CloseMcBSP(void)extern void READAD50(void)extern void WRITEAD50(void)void firdes (int m, doub

12、le npass)：输入信号：输入信号经A/D转换后，写入地址为3000H30FFH存储器，16位整型；输出信号：FIR低通滤波器输出，写入地址为3100H31FFH存储器，16位整型。八、程序流程图：实验四 无限冲击响应滤波器（IIR）算法实验一、实验目的1 熟悉设计IIR数字滤波器的原理与方法；2 掌握数字滤波器的计算机仿真方法；3 通过观察对实际信号的滤波作用，获得对数字滤波的感性认识。二、实验设备计算机，CCS 2.0 版软件，实验箱，DSP仿真器，短接块，导线。三、实验原理1 无限冲击响数字滤波器的基础理论；2 模拟滤波器原理（巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、贝塞尔滤波器）；3 双线

13、性变换的设计原理。四、实验步骤1 复习有关巴特沃斯滤波器设计和用双线性变换法设计IIR数字滤波器的知识；2 阅读本实验所提供的样例子程序；3 运行CCS软件，对样例程序进行跟踪，分析结果；4 填写实验报告。5样例程序实验操作说明 1）实验前准备“语音处理单元”的拨码开关设置： S1:拨码开关码位备注1OFF：交流量输入2OFF：交流量输入S2: 拨码开关：码位备注1OFF：交流量输入2OFF：扬声器关闭3ON：帧同步脉冲接通4ON：串口时钟接通 在信号源单元中，设置左路信号源产生低频正弦波信号，右路产生高频正弦波信号。 实验箱上电，用示波器分别观测OUT1和OUT2输出的模拟信号，并调节电位器

14、直至低频正弦波信号为100Hz/1V左右；高频正弦波信号为6KHz/1V左右； 将S3中的拨码开关2打到ON，用示波器观测OUT1输出的混叠信号波形。 用导线连接“信号源单元”中2号孔接口OUT1和语音处理单元中的2号孔接口“IN”；正确完成计算机、DSP仿真器和实验箱的连接后，系统上电. 2）实验过程 启动CCS 2.0，用Project/Open打开“ExpIIRokLP02.pjt”工程文件；双击“ExpIIRokLP02.pjt” ，双击“Source”可查看各源程序；加载“ExpIIRokLP02.out”； 在主程序最后，K+处，设置断点；单击“Run”，程序运行到断点处； 用Vi

15、ew / Graph / Time/Frequency打开一个图形观察窗口；采用双踪观察在启始地址分别为0x3000h和0x3100h，长度为256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转换后的输入信号和对该信号进行IIR低通滤波后的输出信号； 单击“Animate”运行程序，或按F10运行程序；调整观察窗口，并观察滤波结果； 单击“Halt”暂停程序运行，激活“ExpIIRokLP02.c”的编辑窗口； 该IIR低通滤波器滤波性能参数为：采样频率为16KHz，通带内最大允许衰减3dB，阻带内最小衰减大于30dB，过度带宽度为3.2KHz；通带

16、上限频率：1.6KHz；阻带下限截止频率：4.8KHz。可以修改以上参数来改变滤波器性能。 修改“ExpIIRokLP02.c” 程序中“nlpass”和“nlstop”参数可改变IIR低通滤波器的滤波性能。 重新“Rebuild All”后，加载，单击“Animate”，可得到不同的结果。实验结果：在CCS2.0环境下，同步观察输入信号及其IIR低通滤波结果。五、思考题1试述用双线性变换法设计数字滤波器的过程？2实验中，计算每个二阶滤波器的输出序列时，如何确定计算点数？3对滤波前后的信号波形，说明数字滤波器的滤波过程与滤波作用。六、实验报告要求1 简述IIR滤波器的基本原理；2 对比FIR滤

17、波器与IIR滤波器的异同；3 描绘出输入、输出数组的曲线。七、IIR程序参数说明 系统函数：对应的常系数线性差分方程：程序参数说明：extern void InitC5402(void)extern void OpenMcBSP(void)extern void READAD50(void)extern void WRITEAD50(void)void biir2lpdes(double fs, double nlpass, double nlstop, double a, double b)：IIR低通滤波器参数设计子程序参数说明：fs：采样频率；nlpass：通带上限频率参数，nlstop

18、：阻带下限截止频率参数； 设置时，采样频率对应为1，应使“nlpass”和“nlstop”两参数均要小于0.5，且“nlpass”要比“nlstop”小0.2，否则，将不能满足阻带的最大衰减大于30dB。数组a：存放IIR低通滤波器传递函数的极点计算结果，浮点型；数组b：存放IIR低通滤波器传递函数的零点计算结果，浮点型；输入信号：输入信号经A/D转换后，写入地址3000H30FFH单元，16位整型；输出信号：滤波后信号，写入地址3100H31FFH单元，16位整型，经D/A转换后输出。八、子程序流程图实验五 离散余弦变换（DCT）算法实验一、实验目的 1、了解图像处理中的常用算法； 2、学习

19、DCT算法的实现方法。二、实验设备计算机，CCS 2.0 版软件，实验箱，仿真器，导线。三、实验原理离散余弦算法是与离散傅立叶算法紧密相关的，属于正弦类正交变换，由于其优良的去冗余性能及高效快速算法的可实现性，被广泛用于语音及图像的有损和无损压缩。在开始实验之前，应了解以下基本原理。1 语音或图象的压缩手段；2 DCT变换在数据压缩中的作用与应用。四、实验步骤1 复习有关DCT的基础知识；2 阅读本实验所提供的样例子程序；3 运行CCS软件，对样例程序进行跟踪，分析结果；4 填写实验报告。5 样例程序实验操作说明 1）实验前准备 “语音处理单元”的拨码开关设置： S1:拨码开关码位备注1OFF

20、：交流量输入2OFF：交流量输入S2: 拨码开关：码位备注1OFF：交流量输入2OFF：扬声器关闭3ON：帧同步脉冲接通4ON：串口时钟接通 在信号源单元中，设置左路信号源产生低频正弦波信号，右路产生高频正弦波信号。 实验箱上电，用示波器分别观测OUT1和OUT2输出的模拟信号，并调节电位器直至低频正弦波信号为100Hz/1V左右；高频正弦波信号为6KHz/1V左右； 将S3中的拨码开关2打到ON，用示波器观测OUT1输出的混叠信号波形。 用导线连接“信号源单元”中2号孔接口OUT1和语音处理单元中的2号孔接口“IN”；正确完成计算机、DSP仿真器和实验箱的连接后，系统上电. 2）实验过程 启动CCS 2.0，用Project/Open打开“ExpDCT01.pjt”工程文件；双击“Source”可查看各源程序；加载“ExpDCT01.out”； 在主程序最后，K+处，设置断点； 用View / Graph / Time/Frequency打开两个图形观察窗口；采用双踪观察在启始地址分别为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转换后的输入信号和对该信号进行DCT变换和逆DCT变换后，重构信号的结果；