TMS320LF2407定点DSP是一款专为工业控制、电机控制和数字信号处理等用途而设计的DSP,具备单周期乘加指令,具有FFT反序间接寻址功能,最高运行速度为40MIPS。为了充分利用DSP芯片特有的反序间接寻址等功能,FFT算法程序采用汇编语言编写,主程序采用C语言,因此程序具有良好的兼容性和可扩展性。
主程序流程图如图4所示。系统初始化主要完成DSP的系统控制和状态寄存器、等待状态发生器控制寄存器、中断寄存器等的必要设置。
本程序采样函数为:x=sin(20πt),采样频率为640Hz。
输入数据波形如图5所示。一般情况下,我们只关心信号频域的幅度谱。幅度谱|X(k)|2的计算:X(k)=XR(k)+jX(k),|X(k)2|=|Xr(k)|2+|Xi(k)|2。FFT计算结果的信号幅度谱|X(k)|2如图6所示。
输入信号频率是10Hz,根据公式f=kfs/N,f是原始信号的频率,k表示峰值出现的位置,fS是采样频率,N是计算的点数,从幅度谱中看出,峰值出现在k=1处,那么,f=1×640/64=10,与原始信号的实际频率一致,说明计算结果正确。
3 快速傅里叶变换(FFT)的应用
FFT在生产实践和科学研究中有着广泛的应用。图7为FFT的典型应用方案。下面简单介绍一下FFT的应用领域。
(1)频谱分析。对各类旋转机械、电机、机床等机器的主体或部件进行实际运行状态下的频谱分析,可以提供设计数据和检验设计结果,或者找寻震源和诊断故障,保证设备的安全运行等。在声纳系统中,为了寻找海洋水面船只或潜艇,需要对噪声信号进行频谱分析,以提供有用信息,判断舰艇运行速度、方向、位置、大小等。
(2)滤波。滤波是FFT最广泛的应用,它使对波形的频率分量滤波变得十分简单。比如对采样信号进行FFT后,去掉不需要的频率分量,再进行FFT反变换,就得到滤波后的期望信号。
(3)电力监控系统的谐波分析。电力监控系统的谐波分析,需要对采样数据进行FFT运算,然后通过液晶屏或其它人机界面重新绘画出来,以方便技术人员掌握电力的质量。
4 总结
实验证明,此程序在TMS320LF2407定点DSP中运行良好,速度快且运算结果十分可靠,其用于一般的信号处理和工业控制都能满足精度和实时的要求,具有较高的学术价值和良好的应用前景。其次,掌握FFT,学会在空域和频域中同时思考问题,很多时候可以让我们使用简单的方法来解决复杂的问题。