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N 2步运算减少为（N/2）lo

2、g 2N 步，极大的提高了运算的速度。 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： 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

3、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“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

4、程序，或按F5运行程序；程序将运行至断点处停止； 用V iew / 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

5、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(void extern void WRITEAD50(voidvoid kfft(pr,pi,n

6、,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，D

7、SP 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： 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/

8、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

9、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 ”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

10、“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

11、 描绘出输入、输出数组的曲线 七、FIR 程序参数说明M系统函数 H (z =bk =0kZ-k对应的常系数线性差分方程：y (n =程序参数说明：extern void InitC5402(voidb x (n -k kk =0Mextern void OpenMcBSP(void extern void CloseMcBSP(void extern void READAD50(void extern void WRITEAD50(void void firdes (int m, double 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；

12、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II

13、R 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： 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

14、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V iew / 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

15、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

16、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： H (z =1-1Nkak =1Z-k对应的常系数线性差分方程：y (n =x (n

17、 +程序参数说明：extern void InitC5402(void extern void OpenMcBSP(void extern void READAD50(voida y (n -k kk =0Nextern void WRITEAD50(voidvoid 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 ：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“n

18、lstop ”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DCT 算法的实现方法。 二、实验设备计算机，CCS

19、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 拨码开关 码位 1 2 S2: 拨码开

20、关 拨码开关： 码位 1 2 3 4 备注 OFF：交流量输入 OFF：扬声器关闭 ON：帧同步脉冲接通 ON：串口时钟接通 备注 OFF：交流量输入 OFF：交流量输入 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 “I

21、N” ； 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； 再打开一个图形观察窗口，设置观察变量为 y；变量 y 为输入信号的 DCT 变换结果， 长度 128，32 位浮点型，并用它作为输入变量进行逆 DCT 变换，得到重构信号； 单击“Animate”运行程序，调整观察窗口并观察变换结果； 单击“Halt”暂停程序运行，关闭窗口，实验结束； 实验结果： 实验结果：在 CCS2.0 环境，同步观察输入信号及其 DCT 变换结果。 五、思考题 1