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基于TMS320C54X DSK平台的Zoom—FFT的快速实现

IT圈 admin 29浏览 0评论

2024年4月1日发(作者:须艳丽)

维普资讯

维普资讯

总第39卷掉435期 

2002年第3期 

●___________________________●______●_-_‘ -___-一 

电涮与仪表 

Electrical Measurement&In ̄nunentatlon 

v01 39 No.435 

Mar.2002 

现频率放大功能。 

c (2 r) 抽取 

见图3(d)。我们把 选在感兴趣的频段上,便可获 

得该频段十分精细的频谱结构,改变五可得到感兴 

趣的所有频段的谱的精细结构。改变低通滤波器带 

宽B和抽取比J】lf,可获得不同的信号带宽和相应的 

分辨率。 

2基于TMS32,0C54X DSK平台的ZFFT实现方 

法 

TMS320C54X系列DSP是研公司的第五代定 

A 

B C D 

圈2 ZFgr实现框图 

A 

(a) (n)的频谱。 

点DSP(数字信号处理器)产品,其CPU采用先进的 

修正哈佛结构,围绕8条总线构成优化的cPu,处 

理速度达40—100MIPS,处理字长l6位。存储器空问 

达192K(其中PM、DM、I/O各64K),另外片内还集 

成有丰富的外围电路等硬件,加上高度专业化的指 

令系统,使该系列芯片具有很高的性能价格比、体积 

小、共耗低、功能强等特点,它在数字信号处理、通讯 

等许多领域已得到了广泛应用。 

TMS320C54X DSK(DSP Start D是一种成本 

(b)x(n)调制后的谱 

较低,性能优秀的DSP入门套件,其硬件是一块独 

立的应用板,上面除一片C542DSP芯片外,还提供 

了可用于声音输入输出接口的TI』C320AC01接口芯 

片,该芯片提供一路14bit量化的A/D和D/A转 

换,内置式可编程抗混叠滤波器,采样率软件可编 

程。另DSK板上还将许多接口信号引出以便硬件扩 

展之用。DSK板通过主机接口与'PC机通讯,简便直 

观的代数语言编程以及专用的易于使用的汇编器、 

调试器为广大科技工作者学习和应用DsP提供了 

极大方便。 

由前面介绍得知,基于复调制的ZFFT对频带 

无限制而更为实用些,所以下面我们介绍基于DSK 

平台实现ZFFT的方法。 

2.1频率移位 

(c)低通滤波后的谱 

(d)降采样后并作F盯的谱 

图3 Z蘑1 过程频谱圈 

其实现方法是首先以复指数信号 对 (n) 

进行复调制,结果 (n)的频谱平移了五,见图3(b), 

即 附近频段移到0频附近,再经数字低通滤波取 

出信号 ( )在n(8/2)内的频率成份见图3(c),由 

采样定得知,此时采样率可降至B而不会发生混 

叠,经M:I采样率压缩器将采样率下降肋 : /砷 

频率移位的操作是将 (n)乘以e 完成的。 

常将其分成两个调制过程,即 ( )分别乘co8 

(2'nf/zT)和sin(2"nfD 。DSP实现时,产生正余弦信 

号有查表、台劳级数展开、递推公式等方法,这里考 

虑到要保证正交信号间严格的相位关系和精度,决 

定采用查表法。 

首先建立正弦信号一个周期的样值表(Ns点), 

放于数据存储区中称为滑窗的Ns个单元的循环缓 

倍。这里数字低通滤波器和M:I采样率压缩器构成 

降低采样率的抽取器,其改变采样率不是靠改变系 

统采样时钟来完成而是采用数字抽取的方法使采样 

率下降肼倍。最后辕出信号同样进行Ⅳ点F丌,此 

时频率分辨率af=F,/NU比常规F丌提高了J】If倍, 

冲区中。用辅助寄存器AR4指向某单元,则*AR4 

代表某正弦值,而*AR4(Ns/4)为对应余弦值,两者 

始终保持准确的正交相位关系。只要按一定步长修 

正AR4,即可获得一定频率的正余弦信号值,改变 

一 

维普资讯

总第39卷第435期 

2002年第3期 

EIe ̄"jc 

电测与仪表 

ea ̄nt&k 工-lm曲t iDn 

V _]9 N0 435 

2002 

步长的大小可改变信号频率 .步长 ・N/F,。 

2.2抽取器 

肿和ZFFT的对照实验,实现的流程如图6。 

AC01初始化程序设计出的实际参数为: 

(1)采样频率:9.97kHz 

实现抽取器时,滤波器采用直接形式的FIR滤 

波器,将滤波器的乘法安排在低采样率一侧以减少 

乘法次数,我们采用图4结构,即先降采样,再作滤 

波处理以降低处理计算量。 

(2)抗混叠低通滤波器截止频率:4.99kHz 

(3)输入信号..f--1.25kHz和f=1.I lkHz两方波 

信号的叠加。 

(4)抽取器参数:B=0.997kHz(数字低通滤波器 

采用的是100阶的FIR滤波器) 

(5)Fn点数:128 

l ‘ 01初始化程序l 

图4抽取器简化结构图 

这里我们采用循环缓冲区法来实现。 

首先在数据存储区建立两个称之为滑窗的Ⅳ 

(F1R滤波器阶数)个单元的循环缓冲区存放系数和 

最新的输入数据。利用"C54X的高效指令和循环寻 

址可方便实现抽取器。 

。。 

(n) m) 

x(n-1) 

xfn-21 

ho 

h1 

h2 

囱 

¨ +1) 

hIm-t 

匝蔓 

图6程序流程图 

图5循环缓冲区数据安排 

抽取器实现片段: 

ARO=#一1 

DE瑚 即em【#M_- 

rep蟪t N—l1 =0 

@y=hi(A 

;将一l忖给ARO 

;下一条指令重复执行M—I擞 

;A清0,下一条指奇重复执行N-1敬。 

;结果进Y保存 

*AR3+O%=dat_(new ;读人新数据。完成]gl抽1功船 

A=A+*AR34-0%**AR2+0% ;完成乘法累加运算 

2.3Ⅳ点复数FFT 

"C54X DSP有许多特殊指令和寻址方式适宜 

= 

(a)信号整个的谱 

(b) 1.25kHz附近的放大谱 

于FT'r运算,如位码倒序寻址等。FT'r作为数字信 

号处理的经典算法,DSK程序库中提供有8 ̄1024复 

数点FF1’程序供使用,其程序由以下几部分组成: 

(1)位码倒序程序 

(2)第一级蝶形运算 

(3)第二级蝶形运算 

(4)第三级至log2N级蝶形运算 

(5)求功率谱及输出程序 

3实验结果 

我们在TMs320c54x DSK平台上完成了常规 

图7常规F丌和zFFr的结果(下转第53页】 

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总第39卷第435期 

电测与仪表 

V 39 No.4 

2002年第3期 

Ekctrieal M舶slII忸ne呲&Instrumem ̄ion 

MBr 2∞2 

在多路信号巡检仪的设计中,由于巡检仪的操作界 

袁2 AT29C040A的地址分配 

面为汉字界面,且程序量较大,所以使用了两块 

A1 9c040A.一片作为程序存储器,存放程序和一、 

二级汉字库;另一片存储报警历史(包括路号、时 

间、超差量),可随时打印,存满后自动覆盖,如图3。 

器的振荡频率‰与机器周期 存在以下 

关系 

如果振荡频率为12MHz时,机器周期 

为1 s,访问外部存储器的指令周期 .为4 

个机器周期.即4gs,对8031来说是可以保 

证对AT29C040A的正常读写的。 

。 图3 AT29CO40A和8031的接12" 

参考文献: 

4使用中的注意事项 

[1]Atme1.N ̄volatde Menm ̄Data Book[MI 1995 

8031的寻址空问为64K,而AT29C040A为512K,这就 

E2]窦拒中. 片帆外围器件实用手册[M]北京航空航 

天大学出敝社,1998. 

产生了一个新的问题,OPen何扩大8031的寻址空间。由于 

[3] 高海生.单片机应用技术大全[M].西南变通大学出 

A 9c040A分为8个区,每个区的对应关系如表2,这样对 

瓶社,1996. 

于A1’29c040A的读、写操作过程中的地址分配,相当于8片 

作者简介: 

27512.A16 ̄A18提供选择地址。 

柳世考(1965一),男,碗士,空军工程大学_II丰师、从事计算机 

AT29C040A后缀有一12、一15和一20等几种,其意义为对 

控制的教学与科研工作。 

应的访问时问分别为120ns、150ns和200ns,8031系列微处理 

收稿日期:2002 1—15 (马甲军 鳊发) 

{上接第32页) 

从图7和图8可见,我们在DSK上实现了 

令人满意的。我们完全可以用它来作为分析信号精 

一一

A 

Z0DⅢ一Frr的功能 附近频段得到了细化,效果是 

细谱的有力工具。 

参考文献: 

[1]酆广增译多抽样率数字情号处理[M .^民邮电出版社,1988 

[2]王世・编著.数字信号处理EM]北京理】:大学出版杜,1997 

(c)d=2 5kHz附近的放大谱 

[3]刘松强.数字信号处理系统盈其应用[M]清华大学出版社、 

1996. 

[4]藏明桢.'I ̄S32N;5,I.X数字信号处理器结构、原理及应用[M] 

DSPs U/'IIVERSITY.1999. 

[51'131韶.20 ̄4X DSP Algebraic instruedon set.TI,l996. 

f6] TM韶20c5旺Ds Il宣u GIIi 11,1996. 

. 

作者I畸介: 

夏秀榆(197o.-),女,硬士研究生,毕业于四川大学无线电系,现为四 

JII大学电子信息学院讲师.目前从事DSP系统开发盈声回披对}肖方 

(d) 3.75kHz附j匠的放大谱 

面的研究工作。 

图8常规FFT和zF丌的姑果 

收稿日期:2002-.01—13 (马甲军鳊发) 

53一 

} 

2024年4月1日发(作者:须艳丽)

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总第39卷掉435期 

2002年第3期 

●___________________________●______●_-_‘ -___-一 

电涮与仪表 

Electrical Measurement&In ̄nunentatlon 

v01 39 No.435 

Mar.2002 

现频率放大功能。 

c (2 r) 抽取 

见图3(d)。我们把 选在感兴趣的频段上,便可获 

得该频段十分精细的频谱结构,改变五可得到感兴 

趣的所有频段的谱的精细结构。改变低通滤波器带 

宽B和抽取比J】lf,可获得不同的信号带宽和相应的 

分辨率。 

2基于TMS32,0C54X DSK平台的ZFFT实现方 

法 

TMS320C54X系列DSP是研公司的第五代定 

A 

B C D 

圈2 ZFgr实现框图 

A 

(a) (n)的频谱。 

点DSP(数字信号处理器)产品,其CPU采用先进的 

修正哈佛结构,围绕8条总线构成优化的cPu,处 

理速度达40—100MIPS,处理字长l6位。存储器空问 

达192K(其中PM、DM、I/O各64K),另外片内还集 

成有丰富的外围电路等硬件,加上高度专业化的指 

令系统,使该系列芯片具有很高的性能价格比、体积 

小、共耗低、功能强等特点,它在数字信号处理、通讯 

等许多领域已得到了广泛应用。 

TMS320C54X DSK(DSP Start D是一种成本 

(b)x(n)调制后的谱 

较低,性能优秀的DSP入门套件,其硬件是一块独 

立的应用板,上面除一片C542DSP芯片外,还提供 

了可用于声音输入输出接口的TI』C320AC01接口芯 

片,该芯片提供一路14bit量化的A/D和D/A转 

换,内置式可编程抗混叠滤波器,采样率软件可编 

程。另DSK板上还将许多接口信号引出以便硬件扩 

展之用。DSK板通过主机接口与'PC机通讯,简便直 

观的代数语言编程以及专用的易于使用的汇编器、 

调试器为广大科技工作者学习和应用DsP提供了 

极大方便。 

由前面介绍得知,基于复调制的ZFFT对频带 

无限制而更为实用些,所以下面我们介绍基于DSK 

平台实现ZFFT的方法。 

2.1频率移位 

(c)低通滤波后的谱 

(d)降采样后并作F盯的谱 

图3 Z蘑1 过程频谱圈 

其实现方法是首先以复指数信号 对 (n) 

进行复调制,结果 (n)的频谱平移了五,见图3(b), 

即 附近频段移到0频附近,再经数字低通滤波取 

出信号 ( )在n(8/2)内的频率成份见图3(c),由 

采样定得知,此时采样率可降至B而不会发生混 

叠,经M:I采样率压缩器将采样率下降肋 : /砷 

频率移位的操作是将 (n)乘以e 完成的。 

常将其分成两个调制过程,即 ( )分别乘co8 

(2'nf/zT)和sin(2"nfD 。DSP实现时,产生正余弦信 

号有查表、台劳级数展开、递推公式等方法,这里考 

虑到要保证正交信号间严格的相位关系和精度,决 

定采用查表法。 

首先建立正弦信号一个周期的样值表(Ns点), 

放于数据存储区中称为滑窗的Ns个单元的循环缓 

倍。这里数字低通滤波器和M:I采样率压缩器构成 

降低采样率的抽取器,其改变采样率不是靠改变系 

统采样时钟来完成而是采用数字抽取的方法使采样 

率下降肼倍。最后辕出信号同样进行Ⅳ点F丌,此 

时频率分辨率af=F,/NU比常规F丌提高了J】If倍, 

冲区中。用辅助寄存器AR4指向某单元,则*AR4 

代表某正弦值,而*AR4(Ns/4)为对应余弦值,两者 

始终保持准确的正交相位关系。只要按一定步长修 

正AR4,即可获得一定频率的正余弦信号值,改变 

一 

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总第39卷第435期 

2002年第3期 

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V _]9 N0 435 

2002 

步长的大小可改变信号频率 .步长 ・N/F,。 

2.2抽取器 

肿和ZFFT的对照实验,实现的流程如图6。 

AC01初始化程序设计出的实际参数为: 

(1)采样频率:9.97kHz 

实现抽取器时,滤波器采用直接形式的FIR滤 

波器,将滤波器的乘法安排在低采样率一侧以减少 

乘法次数,我们采用图4结构,即先降采样,再作滤 

波处理以降低处理计算量。 

(2)抗混叠低通滤波器截止频率:4.99kHz 

(3)输入信号..f--1.25kHz和f=1.I lkHz两方波 

信号的叠加。 

(4)抽取器参数:B=0.997kHz(数字低通滤波器 

采用的是100阶的FIR滤波器) 

(5)Fn点数:128 

l ‘ 01初始化程序l 

图4抽取器简化结构图 

这里我们采用循环缓冲区法来实现。 

首先在数据存储区建立两个称之为滑窗的Ⅳ 

(F1R滤波器阶数)个单元的循环缓冲区存放系数和 

最新的输入数据。利用"C54X的高效指令和循环寻 

址可方便实现抽取器。 

。。 

(n) m) 

x(n-1) 

xfn-21 

ho 

h1 

h2 

囱 

¨ +1) 

hIm-t 

匝蔓 

图6程序流程图 

图5循环缓冲区数据安排 

抽取器实现片段: 

ARO=#一1 

DE瑚 即em【#M_- 

rep蟪t N—l1 =0 

@y=hi(A 

;将一l忖给ARO 

;下一条指令重复执行M—I擞 

;A清0,下一条指奇重复执行N-1敬。 

;结果进Y保存 

*AR3+O%=dat_(new ;读人新数据。完成]gl抽1功船 

A=A+*AR34-0%**AR2+0% ;完成乘法累加运算 

2.3Ⅳ点复数FFT 

"C54X DSP有许多特殊指令和寻址方式适宜 

= 

(a)信号整个的谱 

(b) 1.25kHz附近的放大谱 

于FT'r运算,如位码倒序寻址等。FT'r作为数字信 

号处理的经典算法,DSK程序库中提供有8 ̄1024复 

数点FF1’程序供使用,其程序由以下几部分组成: 

(1)位码倒序程序 

(2)第一级蝶形运算 

(3)第二级蝶形运算 

(4)第三级至log2N级蝶形运算 

(5)求功率谱及输出程序 

3实验结果 

我们在TMs320c54x DSK平台上完成了常规 

图7常规F丌和zFFr的结果(下转第53页】 

维普资讯

总第39卷第435期 

电测与仪表 

V 39 No.4 

2002年第3期 

Ekctrieal M舶slII忸ne呲&Instrumem ̄ion 

MBr 2∞2 

在多路信号巡检仪的设计中,由于巡检仪的操作界 

袁2 AT29C040A的地址分配 

面为汉字界面,且程序量较大,所以使用了两块 

A1 9c040A.一片作为程序存储器,存放程序和一、 

二级汉字库;另一片存储报警历史(包括路号、时 

间、超差量),可随时打印,存满后自动覆盖,如图3。 

器的振荡频率‰与机器周期 存在以下 

关系 

如果振荡频率为12MHz时,机器周期 

为1 s,访问外部存储器的指令周期 .为4 

个机器周期.即4gs,对8031来说是可以保 

证对AT29C040A的正常读写的。 

。 图3 AT29CO40A和8031的接12" 

参考文献: 

4使用中的注意事项 

[1]Atme1.N ̄volatde Menm ̄Data Book[MI 1995 

8031的寻址空问为64K,而AT29C040A为512K,这就 

E2]窦拒中. 片帆外围器件实用手册[M]北京航空航 

天大学出敝社,1998. 

产生了一个新的问题,OPen何扩大8031的寻址空间。由于 

[3] 高海生.单片机应用技术大全[M].西南变通大学出 

A 9c040A分为8个区,每个区的对应关系如表2,这样对 

瓶社,1996. 

于A1’29c040A的读、写操作过程中的地址分配,相当于8片 

作者简介: 

27512.A16 ̄A18提供选择地址。 

柳世考(1965一),男,碗士,空军工程大学_II丰师、从事计算机 

AT29C040A后缀有一12、一15和一20等几种,其意义为对 

控制的教学与科研工作。 

应的访问时问分别为120ns、150ns和200ns,8031系列微处理 

收稿日期:2002 1—15 (马甲军 鳊发) 

{上接第32页) 

从图7和图8可见,我们在DSK上实现了 

令人满意的。我们完全可以用它来作为分析信号精 

一一

A 

Z0DⅢ一Frr的功能 附近频段得到了细化,效果是 

细谱的有力工具。 

参考文献: 

[1]酆广增译多抽样率数字情号处理[M .^民邮电出版社,1988 

[2]王世・编著.数字信号处理EM]北京理】:大学出版杜,1997 

(c)d=2 5kHz附近的放大谱 

[3]刘松强.数字信号处理系统盈其应用[M]清华大学出版社、 

1996. 

[4]藏明桢.'I ̄S32N;5,I.X数字信号处理器结构、原理及应用[M] 

DSPs U/'IIVERSITY.1999. 

[51'131韶.20 ̄4X DSP Algebraic instruedon set.TI,l996. 

f6] TM韶20c5旺Ds Il宣u GIIi 11,1996. 

. 

作者I畸介: 

夏秀榆(197o.-),女,硬士研究生,毕业于四川大学无线电系,现为四 

JII大学电子信息学院讲师.目前从事DSP系统开发盈声回披对}肖方 

(d) 3.75kHz附j匠的放大谱 

面的研究工作。 

图8常规FFT和zF丌的姑果 

收稿日期:2002-.01—13 (马甲军鳊发) 

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