DSP-快速傅立叶变换(FFT)算法实验
快速傅里叶变换(FFT)的DSP实现
目录一、前言二、设计题目三、设计要求3.1 设计目的3.2 设计要求四、设计内容五、设计原理5.2 离散傅里叶变换DFT5.3 快速傅里叶变换FFT六、总体方案设计6.1 设计有关程序流程图6.2 在CCS环境下加载、调试源程序七、主要参数八、实验结果分析九、设计总结一、前言随着数字电子技术的发展，数字信号处理的理论和技术广泛的应用于通讯、语音处理、计算机和多媒体等领域。
快速傅里叶变换（FFT）使离散傅里叶变换的时间缩短了几个数量级。
在数字信号处理领域被广泛的应用。
FFT已经成为现代化信号处理的重要手段之一。
本次课程设计主要运用CCS这一工具。
CCS(Code Composer Studio)是一种针对TM320系列DSP的集成开发环境，在Windows操作系统下，采用图形接口界面，提供环境配置、源文件编辑、程序调试、跟踪和分析等工具，可以帮助用户在一个软件环境下完成编辑、编译、链接、调试和数据分析等工作。
CCS有两种工作模式，即软件仿真器和硬件在线编程。
软件仿真器工作模式可以脱离DSP芯片，在PC上模拟DSP的指令集和工作机制，主要用于前期算法实现和调试。
硬件在线编程可以实时运行在DSP芯片上，与硬件开发板相结合进行在线编程和调试应用程序。
二、设计题目快速傅里叶变换（FFT）的DSP实现三、设计要求3.1设计目的⑴加深对DFT算法原理和基本性质的理解；⑵熟悉FFT的算法原理和FFT子程序的算法流程和应用；⑶学习用FFT对连续信号和时域信号进行频谱分析的方法；⑷学习DSP中FFT的设计和编程思想；⑸学习使用CCS 的波形观察器观察波形和频谱情况；3.2 基本要求⑴研究FFT 原理以及利用DSP 实现的方法；⑵编写FFT 程序；⑶调试程序，观察结果。
四、 设计内容⑴用DSP 汇编语言及C 语言进行编程；⑵实现FFT 运算、对输入信号进行频谱分析。
五、 设计原理快速傅里叶变换FFT快速傅里叶变换（FFT ）是一种高效实现离散傅里叶变换（DFT ）的快速算法，是数字信号处理中最为重要的工具之一，它在声学，语音，电信和信号处理等领域有着广泛的应用。
DSP-FFT快速傅立叶计算实验
《DSP原理及应用》课程实验报告学生姓名：所在班级：电信1001指导教师：记分及评价：项目满分5分得分一、实验名称实验5：FFT快速傅立叶计算二、任务及要求【基本部分】3分把教材7-13FFT快速傅立叶计算的程序补充完整，进行仿真实验。
【发挥部分】2分把exam5-1中的sian1或sian2数据调用进来进行快速傅立叶计算。
三、实验程序（原理图）#include "fcomplex.h"void fft(complex *X, unsigned int M, complex *W, unsigned int SCALE){complex temp; /* 复变量临时存储器 */complex U; /* 旋转因子W^k */unsigned int i,j;unsigned int id; /* 蝶形运算中下位节点的序号 */unsigned int N=1<<M; /* FFT 的点数*/unsigned int L; /* FFT 的级序号 */unsigned int LE; /* L级子FFT的点数 */unsigned int LE1; /* L级子FFT蝶形运算的个数 */float scale;scale = 0.5;for (L=1; L<=M; L++){LE=1<<L;LE1=LE>>1;U.re = 1.0;U.im = 0.;for (j=0; j<LE1;j++){for(i=j; i<N; i+=LE) /* 进行蝶形计算 */{id=i+LE1;temp.re = (X[id].re* U.re - X[id].im* U.im)*scale; temp.im = (X[id].im* U.re + X[id].re* U.im)*scale;X[id].re = X[i].re*scale - temp.re;X[id].im = X[i].im*scale - temp.im;X[i].re = X[i].re*scale + temp.re;X[i].im = X[i].im*scale + temp.im;}/* 递推计算W^k */temp.re = U.re* W[L-1].re - U.im* W[L-1].im;U.im = U.re* W[L-1].im + U.im* W[L-1].re;U.re = temp.re;}}}/*fft_test.c - Example to test FFT*/#include <math.h>#include "fcomplex.h"extern void bit_rev(complex *, unsigned int); /*位反转函数声明*/ extern void fft(complex *, unsigned int, complex *, unsigned int); extern void generator(float *, unsigned int);/* fft函数声明 */#define N 128 /* FFT的数据个数 */#define M 7 /* M=log2(N) */#define PI 3.1415926complex X[N]; /* 说明输入信号数组，为复数 */complex W[M]; /* 说明旋转因子数组e^(-j2PI/N)，为复数 */ complex temp; /* 说明临时复数变量 */float xin[N];float spectrum[N]; /* 说明功率谱信号数组，为实数 */float re1[N],im1[N]; /* 说明临时变量数组，为实数 */void main(){unsigned int i,L,LE,LE1;/* ------------------------------------------------------------- */ /* 产生旋转因子表 */for (L=1; L<=M; L++){LE=1<<L; /* 子FFT中的点数LE=2^L */LE1=LE>>1; /* 子FFT中的蝶形运算数目*/W[L-1].re = cos(PI/LE1);W[L-1].im = -sin(PI/LE1);}/* ------------------------------------------------------------- */ generator(xin,N);for (;;){/* --------------------------------------------------------- */for (i=0; i<N; i++){/* 构造输入信号样本 */X[i].re =xin[i];X[i].im = 0;/* 复制到参考缓冲器 */re1[i] = X[i].re;im1[i] = X[i].im;}/* 启动 FFT */bit_rev(X,M); /* 以倒位次序排列X[] */fft(X,M,W,1); /* 执行 FFT *//* 计算功率谱，验证FFT结果 */for (i=0; i<N; i++){temp.re = X[i].re*X[i].re;temp.im = X[i].im*X[i].im;spectrum[i] = (temp.re + temp.im)*4;}}}四、仿真及结果分析五、硬件验证无六、小结这次的实验使我理解FFT快速傅立叶计算，同时对傅里叶计算以及CCS应用有更加深的理解，在设计FFT快速傅立叶计算的初期我有很多问题都不太清楚，通过老师和同学的指导，最终使我明白了如何实现FFT快速傅立叶计算。
快速傅立叶变换的DSP实现
课程名称：DSP原理及应用课程设计实验项目：快速傅立叶变换的DSP实现实验地点：专业班级：学号学生姓名：指导教师：年月日快速傅立叶变换的DSP实现一、设计目的1.加深对DFT算法原理和基本性质的理解；2.熟悉FFT的算法原理和FFT子程序的算法流程和应用；3.学习用FFT对连续信号和时域信号进行频谱分析的方法；4.学习DSP中FFT的设计和编程思想；5.学习使用CCS的波形观察器观察波形和频谱情况；二、设计内容用DSP汇编语言及C语言进行编程，实现FFT运算、对输入信号进行频谱分析。
三、设计原理快速傅里叶变换（FFT）是一种高效实现离散傅里叶变换（DFT）的快速算法，是数字信号处理中最为重要的工具之一，它在声学，语音，电信和信号处理等领域有着广泛的应用。
1、离散傅里叶变换DFT对于长度为N的有限长序列x(n)，它的离散傅里叶变换（DFT）为X(k)= ∑∞=0*) (nWnx N-nk（1）式中，W N=e-j*2π/N，称为旋转因子或蝶形因子。
从DFT的定义可以看出，在x(n)为复数序列的情况下，对某个k值，直接按（1）式计算X(k) 只需要N次复数乘法和（N-1）次复数加法。
因此，对所有N个k值，共需要N2次复数乘法和N(N-1)次复数加法。
对于一些相当大有N值（如1024点）来说，直接计算它的DFT所需要的计算量是很大的，因此DFT运算的应用受到了很大的限制。
2、快速傅里叶变换FFT旋转因子W N有如下的特性。
对称性： W N k+N/2=-W N k周期性：W N n(N-k)=W N k(N-n)=W N-nk利用这些特性，既可以使DFT中有些项合并，减少了乘法积项，又可以将长序列的DFT分解成几个短序列的DFT。
FFT就是利用了旋转因子的对称性和周期性来减少运算量的。
FFT的算法是将长序列的DFT分解成短序列的DFT。
例如：N为偶数时，先将N点的DFT分解为两个N/2点的DFT，使复数乘法减少一半：再将每个N/2点的DFT分解成N/4点的DFT，使复数乘又减少一半，继续进行分解可以大大减少计算量。
快速傅立叶变换(FFT)算法实验
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．For personal use only in study and research; not for commercial use三．四．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。
五．基本原理1．For personal use only in study and research; not for commercial use2．3．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。
4．FFT是DFT的一种快速算法，将DFT的N2步运算减少为（N/2）log2N步，极大的提高了运算的速度。
5．旋转因子的变化规律。
6．蝶形运算规律。
7．基2FFT算法。
六．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”；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；七．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？八．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。
(完整word版)基于DSP的快速傅立叶变换(FFT)的实现(汇编语言)
快速傅立叶变换（FFT ）的实现一、实验目的1.了解FFT 的原理及算法；2.了解DSP 中FFT 的设计及编程方法；3.熟悉FFT 的调试方法；二、实验原理FFT 是一种高效实现离散付立叶变换的算法，把信号从时域变换到频域，在频域分析处理信息。
对于长度为N 的有限长序列x (n )，它的离散傅里叶变换为：(2/)j N nk N W e π-=，称为旋转因子，或蝶形因子。
在x (n )为复数序列的情况下，计算X (k )：对某个k 值，需要N 次复数乘法、(N -1)次复数加法；对所有N 个k 值，需要2N 次复数乘法和N (N -1)次复数加法。
对于N 相当大时（如1024）来说，直接计算它的DFT 所作的计算量是很大的，FFT 的基本思想在于： 利用2()j nk N N W e π-=的周期性即：k N k N N W W +=对称性：/2k k N N N W W +=-将原有的N 点序列分成两个较短的序列，这些序列的DFT 可以很简单的组合起来得到原序列的DFT 。
按时间抽取的FFT ——DIT FFT 信号流图如图5.1所示：图5.1 时间抽取的FFT —DIT FFT 信号流图FFT 算法主要分为以下四步。
第一步 输入数据的组合和位倒序∑=-=10)()(N n nk N W n x k X把输入序列作位倒序是为了在整个运算最后的输出中得到的序列是自然顺序。
第二步 实现N 点复数FFT第一级蝶形运算；第二级蝶形运算；第三级至log2N 级蝶形运算；FFT 运算中的旋转因子N W 是一个复数，可表示：为了实现旋转因子N W 的运算，在存储空间分别建立正弦表和余弦表，每个表对应从0度到180度，采用循环寻址来对正弦表和余弦表进行寻址。
第三步 功率谱的计算X (k )是由实部()R X k 和虚部()I X k 组成的复数：()()()R I X k X k jX k =+；计算功率谱时只需将FFT 变换好的数据，按照实部()R X k 和虚部()I X k 求它们的平方和，然后对平方和进行开平方运算。
快速傅里叶变换（含详细实验过程分析）
快速傅⾥叶变换（含详细实验过程分析）[实验2] 快速傅⾥叶变换 (FFT) 实现⼀、实验⽬的1、掌握FFT 算法和卷积运算的基本原理；2、掌握⽤C 语⾔编写DSP 程序的⽅法；3、了解利⽤FFT 算法在数字信号处理中的应⽤。
⼆、实验设备 1. ⼀台装有CCS 软件的计算机； 2. DSP 实验箱的TMS320C5410主控板； 3. DSP 硬件仿真器。
三、实验原理（⼀）快速傅⾥叶变换傅⾥叶变换是⼀种将信号从时域变换到频域的变换形式，是信号处理的重要分析⼯具。
离散傅⾥叶变换（DFT ）是傅⾥叶变换在离散系统中的表⽰形式。
但是DFT 的计算量⾮常⼤， FFT 就是DFT 的⼀种快速算法, FFT 将DFT 的N 2步运算减少⾄ ( N/2 )log 2N 步。
离散信号x(n)的傅⾥叶变换可以表⽰为∑=-=10][)(N N nk N W n x k X ， Nj N e W /2π-=式中的W N 称为蝶形因⼦，利⽤它的对称性和周期性可以减少运算量。
⼀般⽽⾔，FFT 算法分为时间抽取（DIT ）和频率抽取（DIF ）两⼤类。
两者的区别是蝶形因⼦出现的位置不同，前者中蝶形因⼦出现在输⼊端，后者中出现在输出端。
本实验以时间抽取⽅法为例。
时间抽取FFT 是将N 点输⼊序列x(n) 按照偶数项和奇数项分解为偶序列和奇序列。
偶序列为：x(0), x(2), x(4),…, x(N-2)；奇序列为：x(1), x(3), x(5),…, x(N-1)。
这样x(n) 的N 点DFT 可写成：()()∑++∑=-=+-=12/0)12(12/02122)(N n kn NN n nkNW n x Wn x k X考虑到W N 的性质，即2/)2//(22/)2(2][N N j N j N W e e W ===--ππ因此有：()()∑++∑=-=-=12/02/12/02/122)(N n nkN k NN n nkN W n x WWn x k X或者写成：()()12()kN X k X k W X k =+由于X 1(k) 与X 2(k) 的周期为N/2，并且利⽤W N 的对称性和周期性，即：kNNkNWW-=+2/可得：()()12(/2)kNX k N X k W X k+=-对X1(k) 与X2(k)继续以同样的⽅式分解下去，就可以使⼀个N点的DFT最终⽤⼀组2点的DFT来计算。
快速傅里叶变换(FFT)的DSP实现
快速傅里叶变换（FFT）的DSP实现（天津大学电子信息工程学院)摘要：本文介绍了快速傅里叶变换（FFT）的快速高效的原理及实现方法，对快速傅立叶变换（FFT）的特点进行了研究和总结.对于快速傅立叶变换（FFT）在TMS320C54X系列数字信号处理器（DSP）实现中出现的计算溢出等问题进行了分析并提出了解决方法，同时据此使用DSP实现了快速傅立叶变换（FFT）.关键词：数字信号处理；快速傅立叶变换；反序；计算溢出1引言:傅里叶变换是一种将信号从时域变换到频域的变换方式，在语音处理、图像处理、信号处理领域中都发挥了极大的作用，是一种重要的分析工具。
离散傅里叶变换（DFT)是连续傅里叶变换在离散系统中的表现形式，具有非常广泛的应用.但是由于DFT的计算量很大，因此在很长一段时间里其应用受到限制。
快速傅里叶变换(FFT）是实现普通离散傅里叶变换的一种高效方法,快速傅里叶变换（FFT）的出现使得傅里叶变换在实际中得到了广泛的应用.快速傅里叶变换并不是一种新的变换，它是离散傅里叶变换的一种快速算法。
它是DSP领域中的一项重大突破.由于考虑了计算机和数字硬件实现的约束条件，研究了有利于机器操作的运算结构，使DSP的计算时间缩短了一到两个数量级，还有效的减少了计算所需的存储容量，FFT技术的应用极大的推动了DSP的理论的技术的发展。
本文中使用的是由TI公司生产的TMS320C54系列的DSP。
C54x系列DSP具有很高的操作灵活性和速度。
它具有一个先进的修正哈佛结构、专门硬件逻辑的CPU、片内存储器、片内外设和专用的指令集、将C54xCPU 和片内存储器与外设配置组合在一起的螺旋结构。
这使得该系列可以满足电子市场众多领域的应用要求.2DSP在数字信号处理中的优势：数字信号处理是一门广泛应用于许多领域的新兴学科.20世纪60年代以来,随着计算机和信息技术的飞速发展,数字信号处理技术应用而生并得到迅速广泛的应用。
FFT算法分析实验实验报告
FFT算法分析实验实验报告一、实验目的快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）是数字信号处理中一种非常重要的算法。
本次实验的目的在于深入理解 FFT 算法的基本原理、性能特点，并通过实际编程实现和实验数据分析，掌握 FFT 算法在频谱分析中的应用。
二、实验原理FFT 算法是离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform，DFT）的快速计算方法。
DFT 的定义为：对于长度为 N 的序列 x(n)，其 DFT 为X(k) ＝∑n=0 到 N-1 x(n) e^（j 2π k n ／ N) ，其中 j 为虚数单位。
FFT 算法基于分治法的思想，将 N 点 DFT 分解为多个较小规模的DFT，从而大大减少了计算量。
常见的 FFT 算法有基 2 算法、基 4 算法等。
三、实验环境本次实验使用的编程语言为 Python，主要依赖 numpy 库来实现 FFT 计算和相关的数据处理。
四、实验步骤1、生成测试信号首先，生成一个包含不同频率成分的正弦波叠加信号，例如100Hz、200Hz 和 300Hz 的正弦波。
设定采样频率为 1000Hz，采样时间为 1 秒，以获取足够的采样点进行分析。
2、进行 FFT 计算使用 numpy 库中的 fft 函数对生成的测试信号进行 FFT 变换。
3、频谱分析计算 FFT 结果的幅度谱和相位谱。
通过幅度谱确定信号中各个频率成分的强度。
4、误差分析与理论上的频率成分进行对比，计算误差。
五、实验结果与分析1、幅度谱分析观察到在 100Hz、200Hz 和 300Hz 附近出现明显的峰值，对应于生成信号中的频率成分。
峰值的大小反映了相应频率成分的强度。
2、相位谱分析相位谱显示了各个频率成分的相位信息。
3、误差分析计算得到的频率与理论值相比，存在一定的误差，但在可接受范围内。
误差主要来源于采样过程中的量化误差以及 FFT 算法本身的近似处理。
快速傅里叶变换的DSP实现
快速傅里叶变换的DSP实现FFT的基本原理是将N点的时间域信号转换为频域信号，其中N为2的幂。
FFT通过将DFT变换分解为递归处理的子问题，大大提高了计算效率。
下面将介绍FFT的DSP实现步骤。
第一步是将输入信号分解为偶数位和奇数位部分。
即将输入信号的下标为偶数和奇数的采样点分为两个序列。
第二步是对这两个序列分别进行FFT变换。
对于每个序列，不断递归地将其分解为更小的序列进行FFT变换。
第三步是将两个FFT变换的结果结合起来。
通过将奇数位序列的结果乘以旋转因子（Wn）与偶数位序列的结果相加，得到FFT的结果。
第四步是重复第二和第三步，直到最后得到完整的FFT结果。
在DSP实现FFT时，需要注意以下一些优化技巧。
首先是采用位逆序（bit-reversal）算法。
位逆序算法对输入序列进行重新排列，使得后续计算可以利用FFT的特殊结构进行高效处理。
其次是使用查表法计算旋转因子。
旋转因子是FFT中的关键部分，计算量很大。
通过将旋转因子预先计算并存储在查找表中，可以大大提高计算效率。
另外，可以采用并行计算的方法，同时处理多个子序列，以进一步提高计算速度。
此外，在实际应用中，还需要注意处理FFT的边界条件和溢出问题，以及对频谱结果进行解释和处理。
综上所述，FFT在DSP中的实现需要考虑算法的效率和优化技巧。
通过采用递归分解、位逆序、查表法和并行计算等方法，可以实现高效的FFT计算。
在实际应用中，还需要注意处理边界条件和溢出问题，以及对频谱结果的处理和解释。
希望本文的介绍能帮助读者更好地理解和应用FFT在DSP中的实现。
快速傅立叶变换(FFT)的实现(DSP实验报告)
快速傅立叶变换（FFT ）的实现一、实验目的在数字信号处理系统中，FFT 作为一个非常重要的工具经常使用，甚至成为DSP 运算能力的一个考核因素。
FFT 是一种高效实现离散付氏变换的算法。
离散付氏变换的目的是把信号由时域变换到频域，从而可以在频域分析处理信息，得到的结果再由付氏逆变换到时域。
本实验的目的在于学习FFT 算法，及其在TMS320C54X 上的实现，并通过编程掌握C54X 的存储器管理、辅助寄存器的使用、位倒序寻址方式等技巧，同时练习使用CCS 的探针和图形工具。
另外在BIOS 子目录下是一个使用DSP/BIOS 工具实现FFT 的程序。
通过该程序，你可以使用DSP/BIOS 提供的分析工具评估FFT 代码执行情况。
二、实验原理1）基 2 按时间抽取FFT 算法对于有限长离散数字信号{x[n]} ，0 ≤n ≤-1 N，其离散谱{x[k]} 可以由离散付氏变换（DFT）求得。
DFT 的定义为：X(k) x[n]e N k 0,1,...,N 1 n0可以方便的把它改写为如下形式：N1nkX(k) x[n]W n N k k 0,1,..., N 1n0不难看出，WN 是周期性的，且周期为N，即( n mN )(k lN ) nkm,l 0, 1, 2...W N W NWN 的周期性是DFT 的关键性质之一。
为了强调起见，常用表达式WN 取代W 以便明确其周期是N。
2) 实数FFT 运算对于离散傅立叶变换( DFT)的数字计算，FFT 是一种有效的方法。
一般假定输入序列是复数。
当实际输入是实数时，利用对称性质可以使计算DFT 非常有效。
一个优化的实数FFT 算法是一个组合以后的算法。
原始的2N 个点的实输入序列组合成一个N 点的复序列，之后对复序列进行N 点的FFT 运算，最后再由N 点的复数输出拆散成2N 点的复数序列，这2N点的复数序列与原始的2N点的实数输入序列的DFT 输出一致。
DSP实验手册 实验九 快速傅立叶变换(FFT)
实验九快速傅立叶变换（FFT）一． 实验目的：1．熟悉CCS集成开发环境2．熟悉SEED-DTK5416实验环境3．加深对DFT算法原理和基本性质的理解4．熟悉FFT的算法原理和FFT子程序的算法流程和应用5．学习用FFT对连续信号和时域信号进行频谱分析的方法6．了解DSP处理FFT算法的特殊寻址方式二． 实验内容：1． DSP初始化；2． A/D采样；3． FFT的位倒序程序；4． FFT的蝶形运算程序；5．求功率谱的程序；6．串口发送与接收。
三． 实验背景知识：1． DFT算法的原理2． FFT快速算法的基本原理3． FFT位倒序的实现四． 实验程序功能与结构说明：在数字滤波器实验中，主要包含以下文件：1． Dtk-fft.c：这是实验的主程序，包含了系统的初始化，主要是异步串口的初始化、MCBSP的初始化、以及系统时钟的设置；完成与SEED-MMI5402系统的异步通讯、信号的采集与FFT的运算及功率谱的计算程序。
2． dec5416.c：对SEED-DEC5416各项资源的操作的函数集，主要包含了对UART 的操作的各个函数，对CODEC的各个控制函数。
以及对系统各项的初始化函数。
3． rfft1024.asm：1024点的FFT函数。
4． rftt512.asm：512点的FFT函数。
5． rfft256.asm：256点的FFT函数。
6． cbrev.asm：位倒序函数。
7． sqrt.asm：开方函数。
8． iircas5.asm：IIR滤波器函数。
9． fltoq15.asm：浮点数到Q15定点数的转换；10．b oot.asm：C环境的引导程序。
11．m emory.asm：包含了对FLASH的各项操作、程序空间MEMORY。
12．s ysreg.asm：包含了对DSP的各项控制，像中断的设置、系统时钟设置，及13．对各寄存器的操作。
14．u art.asm：对异步串口的寄存器的读与写。
DSP的FFT实现设计报告
DSP的FFT实现设计报告一、引言快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform, FFT）是一种用于计算离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform, DFT）的快速算法。
FFT广泛应用于信号处理、图像处理、通信等领域。
本报告旨在介绍FFT的实现设计，探讨其原理、算法和优化方法。
二、FFT的原理傅里叶变换是信号处理中的重要工具，可以将一个信号在频域中进行分解。
离散傅里叶变换是对离散信号进行傅里叶变换的离散采样版本。
FFT是一种高效的离散傅里叶变换算法，通过利用输入序列的对称性和分治策略来减少计算量。
三、FFT的算法FFT的算法有多种变种，其中最为常见的是Cooley-Tukey算法。
Cooley-Tukey算法基于分治策略，将一个长度为N的DFT分解为两个长度为N/2的DFT，并通过旋转因子进行合并。
算法的关键步骤包括：分解、旋转因子计算、合并。
四、FFT的优化1.选择合适的长度和分解策略：对于长度为2^k的序列，可以直接使用蝶形操作进行计算，提高效率。
对于长度不是2的幂的序列，可以通过增加0元素的方式填充到2的幂次方长度，再进行计算。
2.使用查表法计算旋转因子：由于旋转因子具有周期性和对称性，可以将旋转因子的计算结果预先存储在一个查找表中，提高运算速度。
3.使用位翻转法重新排列输入序列：FFT的关键步骤是将输入序列重新排列成位翻转的顺序，这样可以实现更高效的计算。
位翻转法可以通过二进制位运算实现，减少乘法和除法的运算量。
4.使用并行计算：FFT的计算过程中存在大量的矩阵乘法运算，可以通过并行计算的方式提高计算效率，如使用SIMD指令来同时计算多个数据。
五、实现设计基于以上原理和优化方法，我们设计了一个基于C语言的FFT算法实现。
主要步骤包括：1.输入信号预处理：将输入信号重排列成位翻转的顺序。
如果输入序列长度不是2的幂次方，则填充0元素。
2.计算旋转因子：通过查表法计算旋转因子。
实验五--快速傅里叶变换
实验五--快速傅里叶变换CENTRAL SOUTH UNIVERSITY数字信号处理实验报告题目快速傅里叶变换学生姓名学院物理与电子学院专业班级电子信息科学与技术1105班学号140411072实验五快速傅里叶变换一、实验仪器PC机一台、JQ-SOPC开发系统实验箱及辅助软件（DSP Builder、Matlab/Simulink、Quartus II、Modelsim）。
二、实验目的1、了解快速傅里叶变换的基本结构组成。
2、学习使用DSP Builder设计FFT。
三、实验原理1、FFT的原理：快速傅里叶变换（FFT）是离散傅里叶变换（DFT）的一种高效运算方法，它大大简化了DFT 的运算过程,使运算时间缩短几个数量级。
FFT 算法可以分为按时间抽取（DIT）和按频率抽取（DIF）两类，输入也可分为实数和复数两种情况。
八点时间抽取基-2FFT算法信号流图如图1示：图1 8点基-2 DIT-FFT信号流图四、实验步骤1、将桌面的my_fft_8.mdl拷贝到“D:\Program Files\MATLAB71\work”(MATLAB安装目录下的work文件夹)处，并双击打开。
图5-1 快速傅里叶变换系统图图5-2 快速傅里叶变换子系统1图图5-3 快速傅里叶变换子系统2图图5-3 快速傅里叶变换子系统3图2、点击工具栏即可开始系统级simulink仿真，以验证该模型的正确性。
在仿真进行过程中分别将三个输入控制开关打到000、001、010、011、100以选择五组输入数据进行FFT运算。
（1）当开关打到000时选择第一组数据{2.0,2.0,4.0,7.0,3.0,5.0,5.0,8.0}，其运算结果应为36、-2.41+3.84i、-4+8i、0.4219+1.844i、-8、0.4102-1.84i、-4-8i、-2.422-3.844i。
（2）当开关打到001时选择第二组数据{1.1,5.0,10.5,15.3,20.2,25.7,30.6,40.1},其运算结果应该为148.5、-16.1+52.35i、-19.8+24.7i、-22.02+12.25i、-23.7、-22.1-12.15i、-19.8-24.7i、-16.9-52.45i。
快速傅里叶变换(含详细实验过程分析)
[实验2] 快速傅里叶变换 (FFT) 实现一、实验目的1、掌握FFT 算法和卷积运算的基本原理；2、掌握用C 语言编写DSP 程序的方法；3、了解利用FFT 算法在数字信号处理中的应用。
二、实验设备 1. 一台装有CCS 软件的计算机； 2. DSP 实验箱的TMS320C5410主控板； 3. DSP 硬件仿真器。
三、实验原理 （一）快速傅里叶变换傅里叶变换是一种将信号从时域变换到频域的变换形式，是信号处理的重要分析工具。
离散傅里叶变换（DFT ）是傅里叶变换在离散系统中的表示形式。
但是DFT 的计算量非常大， FFT 就是DFT 的一种快速算法, FFT 将DFT 的N 2步运算减少至 ( N/2 )log 2N 步。
离散信号x(n)的傅里叶变换可以表示为∑=-=10][)(N N nk N W n x k X ， Nj N e W /2π-=式中的W N 称为蝶形因子，利用它的对称性和周期性可以减少运算量。
一般而言，FFT 算法分为时间抽取（DIT ）和频率抽取（DIF ）两大类。
两者的区别是蝶形因子出现的位置不同，前者中蝶形因子出现在输入端，后者中出现在输出端。
本实验以时间抽取方法为例。
时间抽取FFT 是将N 点输入序列x(n) 按照偶数项和奇数项分解为偶序列和奇序列。
偶序列为：x(0), x(2), x(4),…, x(N-2)；奇序列为：x(1), x(3), x(5),…, x(N-1)。
这样x(n) 的N 点DFT 可写成：()()∑++∑=-=+-=12/0)12(12/02122)(N n kn NN n nkNW n x Wn x k X考虑到W N 的性质，即2/)2//(22/)2(2][N N j N j N W e e W ===--ππ因此有：()()∑++∑=-=-=12/02/12/02/122)(N n nkN k NN n nkN W n x WWn x k X或者写成：()()12()kN X k X k W X k =+由于X 1(k) 与X 2(k) 的周期为N/2，并且利用W N 的对称性和周期性，即：kNNkNWW-=+2/可得：()()12(/2)kNX k N X k W X k+=-对X1(k) 与X2(k)继续以同样的方式分解下去，就可以使一个N点的DFT最终用一组2点的DFT来计算。
快速傅立叶变换(FFT)算法-DSP实验
快速傅立叶变换(FFT)算法实验摘要：FFT（Fast Fourier Transformation），即为快速傅里叶变换，是离散傅里叶变换的快速算法，它是根据离散傅里叶变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。
这种算法大大减少了变换中的运算量，使得其在数字信号处理中有了广泛的运用。
本实验主要要求掌握在CCS环境下用窗函数法设计FFT快速傅里叶的原理和方法；并且熟悉FFT快速傅里叶特性；以及通过本次试验了解各种窗函数对快速傅里叶特性的影响等。
引言：快速傅里叶变换FFT是离散傅里叶变换DFT的一种快速算法。
起初DFT的计算在数字信号处理中就非常有用，但由于计算量太大，即使采用计算机也很难对问题进行实时处理，所以并没有得到真正的运用。
1965年J.W.库利和T.W.图基提出快速傅里叶变换，采用这种算法能使计算机计算离散傅里叶变换所需要的乘法次数大为减少,特别是被变换的抽样点数N越多,FFT算法计算量的节省就越显著。
从此，对快速傅里叶变换（FFT）算法的研究便不断深入，数字信号处理这门新兴学科也随FFT的出现和发展而迅速发展。
根据对序列分解与选取方法的不同而产生了FFT的多种算法，基本算法是基2DIT和基2DIF。
FFT 的出现，使信号分析从时域分析向频域分析成为可能，极大地推动了信号分析在各领域的实际应用。
FFT在离散傅里叶反变换、线性卷积和线性相关等方面也有重要应用。
一、 实验原理：FFT 并不是一种新的变换，它是离散傅立叶变换（DFT ）的一种快速算法。
由于我们在计算DFT 时一次复数乘法需用四次实数乘法和二次实数加法；一次复数加法则需二次实数加法。
每运算一个X （k ）需要4N 次复数乘法及2N+2（N-1）=2（2N-1）次实数加法。
所以整个DFT 运算总共需要4N^2次实数乘法和N*2(2N-1)=2N(2N-1)次实数加法。
如此一来，计算时乘法次数和加法次数都是和N^2成正比的，当N 很大时，运算量是可观的，因而需要改进对DFT 的算法减少运算速度。
基于DSP的FFT实现
基于DSP的FFT实现基于数字信号处理（DSP）的快速傅里叶变换（FFT）是一种高效的信号处理算法，可以将时域信号转换为频域信号。
FFT广泛应用于音频处理、图像处理、通信系统等领域。
FFT算法的核心思想是将N个采样点的离散信号转化为具有N个频域分量的频谱信号。
它通过分治思想，将原始信号分解为两个较小的子问题，并连续进行分解，直到问题规模减小到可以直接求解的程度。
FFT算法的基本步骤如下：1.将N个采样点按照时间顺序排列，作为输入信号。
2.如果N为奇数，将输入信号补零为N+1个点。
3.将输入信号拆分为两个子问题，每个子问题的规模为N/24.对每个子问题递归地应用FFT算法，得到子问题的频域分量。
5.组合子问题的频域分量，得到原始信号的频谱。
6.对频谱进行后处理，如频谱幅值计算、频率估计等。
FFT算法通过递归实现，其中最重要的步骤是蝶形运算。
蝶形运算是FFT算法的核心操作，通过对复数运算的重复应用，将输入信号转换为频域分量。
FFT算法的性能优于传统的傅里叶变换算法，这得益于其时间复杂度的优化。
传统的傅里叶变换算法的时间复杂度为O(N^2)，而FFT算法通过分治思想，将时间复杂度优化为O(NlogN)。
这使得FFT算法在大规模信号处理中具有巨大的优势。
在实际应用中，FFT算法可以通过硬件加速来进一步提高性能。
现代DSP芯片内置了专门的FFT硬件，可以实现FFT算法的加速计算。
这些硬件加速器通过并行计算、流水线操作等技术，大幅提升了FFT算法的运行速度。
除了FFT算法之外，还有一些改进的算法可用于实现高效的傅里叶变换。
例如快速哈特利变换（FHT）算法、快速余弦变换（DCT）算法等。
这些算法在一些特定的应用场景下，具有更高的性能和更低的复杂度。
总之，基于DSP的FFT实现是一种高效的信号处理算法，广泛应用于各个领域。
它通过分治思想和蝶形运算，将时域信号转化为频域信号，实现了信号处理的高速计算和高质量结果。
DSP的FFT实现设计报告
DSP的FFT实现设计报告FFT是一种在数字信号处理和图像处理中广泛使用的算法，用于将时域信号转换为频域信号。
在本实现设计报告中，我将详细介绍FFT算法的原理、实现方法以及相关的优化技术。
一、算法原理FFT算法是基于Cooley-Tukey的快速傅立叶变换算法。
它的基本思想是将DFT的计算复杂度从O(n^2)降低到O(nlogn)，通过将输入信号分解为奇数偶数项的和，然后分别对偶数项和奇数项计算DFT，并重组结果来得到最终的频域信号。
具体来说，FFT算法可以被分为两个主要步骤：分解和合并。
1.分解：首先将N点的输入序列拆分为两个N/2点的子序列，一个子序列包含所有的奇数项，另一个子序列包含所有的偶数项。
然后，递归地将每个子序列继续拆分，直到子序列长度为1为止。
2.合并：最后，通过按照正确顺序合并每个子序列的结果来得到完整的频域信号。
合并的过程也是递归进行的，但是在合并过程中需要进行频率乘法和加法运算。
二、实现方法FFT算法的实现可以使用多种编程语言，例如C、C++、Python等。
以下是一种C语言实现FFT的基本步骤：1.定义数组存储输入和输出信号，以及临时变量。
2.将输入信号重排为按位反转的顺序。
3.循环执行分解步骤，将输入信号拆分为奇数和偶数子序列。
4.递归调用FFT函数，计算子序列的DFT。
5.循环执行合并步骤，将子序列的结果按正确顺序合并。
6.返回最终的频域信号。
三、优化技术为了提高FFT算法的性能，可以采用一些优化技术。
以下是一些常用的优化技术：1.采用蝶形算法：蝶形算法是FFT算法中最关键的部分，它通过乘法和加法操作对频域信号进行重组。
通过合理地安排计算次序和共享计算结果，可以减少计算量和存储开销。
2.使用快速乘法技术：快速乘法技术可以减少频率乘法的运算次数和复杂度。
例如，可以使用快速傅立叶变换算法中的旋转因子来实现复数乘法运算。
3.使用并行计算：FFT算法中的许多计算步骤可以并行执行，利用多核处理器或图形处理器的并行计算能力可以显著加速计算过程。
基于DSP的快速傅立叶变换的实现
收稿日期:2007-03-203基金项目:湖北师范学院应用科研项目(2006E03)资助作者简介:赵桂芳(1957— ),女,湖北黄石人,实验师,大专。
文章编号:1008-8245(2007)05-0027-04基于DSP 的快速傅立叶变换的实现3赵桂芳1 刘兴云1,2 刘 飞1 鲁池梅1(1湖北师范学院物理系,湖北黄石435002;2湖北大学材料科学与技术学院,湖北武汉430062)摘 要:论述了采用定点数字信号处理(DSP )芯片TM S320C5402实现快速傅里叶变换(FFT )。
采用了汇编语言实现FFT 算法。
实验结果验证了汇编语言适合实现复杂算法,也验证了实现算法的正确性,表明了利用DSP 控制器特有的反序间接寻址FFT 的实现是很方便的,且实时性非常好。
关键词:傅立叶变换;FFT;DSP中图分类号:TP301 文献标识码:AAccomplishi n g FFT based on DSPZhao Guifang 1 L iu X ingyun1,2 L iu Fei 1 Lu Chi m ei1(1Depart m ent of Physics,Hubei Nor mal University,Huangshi Hubei 435002;2Faculty of Material Science and Engineering,Hubei University,W uhan Hubei 430062)Abstract:This paper intr oduces the Fast Fourier Transfor m (FFT )i m p le mentati on in fixed -point DSPT MS320C5402.FFT algorith m s are i m p le mented by asse mble language .The result verifies that asse mble language is more suitable for i m p le menting the comp licated algorith m s,validates the correctness of FFT algorith m s,indicates that the i m p le mentati on of FFT with DSP’s antit one indirect addressing is very convenient,the real ti m e perf or mance is al 2s o very good .Key words:Fourier transf or m;Fast Fourier Transf or m;DSP0 引 言傅立叶变换是一种将信号从时域变换到频域的变换方式,是声学、语音、电信和信号处理等领域中一种重要的分析工具。
基于DSP的快速傅里叶变换
课程设计题目：基于DSP的快速傅里叶变换（FFT）分析班级：姓名：学号：指导教师：成绩：电子与信息工程学院信息与通信工程系目录1 开发环境介绍 (2)2 实验原理 (2)3 设计流程图 (5)4 实验步骤 (5)4.1编译并下载程序 (5)4.2打开观察窗口 (5)4.3清除显示 (6)4.4设置断点 (6)4.5运行并观察结果 (6)5 总结 (8)程序： (9)1 开发环境介绍TI Code Composer Studio (CCStudio)是TI eXpressDSPTM 实时软件技术的重要组成部分,它可以使开发人员充分应用DSP 的强大功能。
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2 实验原理快速傅里叶变换是一种高效实现离散傅里叶变换（DFT ）的快速算法，是数字信号处理中最为重要的工具之一,它在声学，语音，电信和信号处理等领域有着广泛的应用。
旋转因子WN 有如下的特性。
对称性： W W NN -+=N/2k k（2.1-1）周期性： W W NN N +=k k （2.1-2）利用这些特性，既可以使DFT 中有些项合并，减少了乘法积项，又可以将长序列的DFT 分解成几个短序列的DFT 。
FFT 就是利用了旋转因子的对称性和周期性来减少运算量的。
FFT 的算法是将长序列的DFT 分解成短序列的DFT 。
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中南大学
DSP技术实验报告
实验名称：快速傅立叶变换(FFT)算法实验专业班级：信息0602
学生姓名：张倩曦（学号：24）
指导老师：陈宁
完成日期： 2009年12月2日
中南大学·信息科学与工程学院
快速傅立叶变换(FFT)算法实验一．实验目的
1．掌握用窗函数法设计FFT 快速傅里叶的原理和方法；
2．熟悉FFT 快速傅里叶特性；
3．了解各种窗函数对快速傅里叶特性的影响。
二．实验设备
PC 兼容机一台，操作系统为Windows2000(或Windows98，WindowsXP，以下默认为Windows2000)，安装Code Composer Studio 软件。
三．实验原理
1．FFT 的原理和参数生成公式：
公式（1）FFT 运算公式
FFT 并不是一种新的变换，它是离散傅立叶变换（DFT）的一种快速算法。
由于我们在计算DFT 时一次复数乘法需用四次实数乘法和二次实数加法；一次复数加法则需二次实数加法。
每运算一个X（k）需要4N 次复数乘法及2N+2（N-1）=2（2N-1）次实数加法。
所以整个DFT运算总共需要4N^2 次实数乘法和N*2(2N-1)=2N(2N-1)次实数加法。
如此一来，计算时乘法次数和加法次数都是和N^2 成正比的，当N 很大时，运算量是可观的，因而需要改进对DFT 的算法减少运算速度。
根据傅立叶变换的对称性和周期性，我们可以将DFT 运算中有些项合并。
我们先设序列长度为N=2^L，L 为整数。
将N=2^L 的序列x(n)(n=0,1,……，N-1)，
按N的奇偶分成两组，也就是说我们将一个N 点的DFT 分解成两个N/2 点的DFT，他们又重新组合成一个如下式所表达的N 点DFT：
一般来说，输入被假定为连续的。
当输入为纯粹的实数的时候，我们就可以利用左右对称的特性更好的计算DFT。
我们称这样的RFFT 优化算法是包装算法：首先2N 点实数的连续输入称为“进包”。
其次N 点的FFT 被连续运行。
最后作为结果产生的N 点的合成输出是“打开”成为最初的与DFT 相符合的2N 点输入。
使用这一思想，我们可以划分FFT 的大小，它有一半花费在包装输入O（N）的操作和打开输出上。
这样的RFFT 算法和一般的FFT 算法同样迅速，计算速度几乎都达到了两次DFT的连续输入。
下列一部分将描述更多的在TMS320C55x 上算法和运行的细节。
5．程序流程图：
四．实验步骤
（一）第一部分
1．实验准备：
-设置软件仿真模式。
-启动CCS。
2．打开工程。
浏览程序，工程目录为C:\ICETEK-VC5509-EDULab\Lab0503-FFT\。
3．编译并下载程序。
4．打开观察窗口
选择菜单View->Graph->Time/Frequency…
5．清除显示
在以上打开的窗口中单击鼠标右键，选择弹出式菜单中“Clear Display”功能。
6．设置断点
在程序中有注释“break point”的语句上设置软件断点。
7．运行并观察结果。
⑴选择“Debug”菜单的“Animate”项，或按F12 键运行程序。
⑵观察“Test Wave”窗口中时域图形；
⑶在“Test Wave”窗口中点击右键，选择属性，更改图形显示为FFT。
观察频域图形。
⑷观察“FFT”窗口中的由CCS 计算出的正弦波的FFT。
8．退出CCS。
9. 实验结果
10.源代码（C语言）
#include ""
#include ""
#include ""
#include <>
#define PI
#define SAMPLENUMBER 128
void InitForFFT();
void MakeWave();
int INPUT[SAMPLENUMBER],DATA[SAMPLENUMBER];
float fWaveR[SAMPLENUMBER],fWaveI[SAMPLENUMBER],w[SAMPLENUMBER]; float sin_tab[SAMPLENUMBER],cos_tab[SAMPLENUMBER];
main()
{
int i;
InitForFFT();
MakeWave();
for ( i=0;i<SAMPLENUMBER;i++ )
{
fWaveR[i]=INPUT[i];
fWaveI[i]=0.0f;
w[i]=0.0f;
}
FFT(fWaveR,fWaveI);
for ( i=0;i<SAMPLENUMBER;i++ )
{
DATA[i]=w[i];
}
while ( 1 ); 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 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，数据存放于地址为3000H~307FH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，写入存储器中。
2.子程序流程图：
初始化
输入数组排序计算第一层中间值计算层数计算对应层步长计算计算各层中间结果
计算层数=0？计算结果输出N
Y
3.启动CCS ，用Project/Open打开“”工程文件
双击“”及“Source”可查看各源程序；加载“”；
4.在主程序中，k++处设置断点
5.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；
6.用View / Graph / Time/Frequency打开一个图形观察窗口；
7.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。
五.实验总结
这次DSP技术的实验是在我们学习了数字信号处理、C语言程序设计的先修课程和DSP技术，以及熟悉了CCS软件之后完成的。
实验一我们首先熟悉要用的各种软硬件环境，接下来的实验二和三我们完成了有限冲击响应滤波器（FIR）算法实验和快速傅里叶变换（FFT）算法实验。
这次实验我个人认为在以下几个方面收获最大：
1.首先是实验前对自己过去几个学期已学理论知识的巩固加深、综合应
用以及对实验相关资料的收集能力的提高。
2.实验中各个部分的要求要理解掌握，认真对待。
实验锻炼了我们认真
的态度和严谨的精神。
3.当遇到问题和困难的时候，一定要保持冷静，慢慢检查，自己多思考、
多尝试，才能获得最终的成功。
4.实验中遇到问题无法解决的时候要主动向同学请教，同时也要乐于帮
助同学。
我认识到，在实验的过程中要互相信任、互相帮助。
通过实
验，我们加深了相互间的友情。
总之，这次实验让我得到了很多平时理论学习中不能获得的收获，加深了我们对DSP特别是FIR滤波器和FFT算法的原理的理解，并且逐步开始应用于实际。
而在个别程序和分析方面存在的不足还需要在今后的学习中慢慢进步。