[技术问答] 8位单片机实现FFT

#include <math.h>

#include "OLED.h"

#define FFT_N 64                                                   //定义福利叶变换的点数

#define PI 3.1415926535897932384626433832795028841971               //定义圆周率值

#define Process_sensitivity        0                                                                                //修改Process_sensitivity的数值个调整频谱变化幅度，不建议超过4

unsigned char tmrcnt=0;

float ADC_OutBuf[FFT_N/4];

struct compx ADC_InBuf[FFT_N];                                      //FFT输入和输出：从S[0]开始存放，根据大小自己定义

float SIN_TAB[FFT_N/4+1];                                           //定义正弦表的存放空间

struct compx {float real,imag;};



struct compx EE(struct compx a,struct compx b)      

{

struct compx c;

c.real=a.real*b.real-a.imag*b.imag;

c.imag=a.real*b.imag+a.imag*b.real;

return(c);

}



void create_sin_tab(float *sin_t)                     

{

  int i;

  for(i=0;i<=FFT_N/4;i++)

  sin_t[i]=sin(2*PI*i/FFT_N);

}



float sin_tab(float pi)

{

  int n;

  float a=0;

   n=(int)(pi*FFT_N/2/PI);

   

  if(n>=0&&n<=FFT_N/4)

    a=SIN_TAB[n];

  else if(n>FFT_N/4&&n<FFT_N/2)

    {

     n-=FFT_N/4;

     a=SIN_TAB[FFT_N/4-n];

    }

  else if(n>=FFT_N/2&&n<3*FFT_N/4)

    {

     n-=FFT_N/2;

     a=-SIN_TAB[n];

   }

  else if(n>=3*FFT_N/4&&n<3*FFT_N)

    {

     n=FFT_N-n;

     a=-SIN_TAB[n];

   }

  

  return a;

}



float cos_tab(float pi)

{

   float a,pi2;

   pi2=pi+PI/2;

   if(pi2>2*PI)

     pi2-=2*PI;

   a=sin_tab(pi2);

   return a;

}



void FFT(struct compx *xin)

{

  register int f,m,nv2,nm1,i,k,l,j=0;

  struct compx u,w,t;

   

   nv2=FFT_N/2;                  //变址运算，即把自然顺序变成倒位序，采用雷德算法

   nm1=FFT_N-1;  

   for(i=0;i<nm1;i++)        

   {

    if(i<j)                    //如果i<j,即进行变址

     {

      t=xin[j];           

      xin[j]=xin[i];

      xin[i]=t;

     }

    k=nv2;                    //求j的下一个倒位序

    while(k<=j)               //如果k<=j,表示j的最高位为1   

     {           

      j=j-k;                 //把最高位变成0

      k=k/2;                 //k/2，比较次高位，依次类推，逐个比较，直到某个位为0

     }

   j=j+k;                   //把0改为1

  }

                        

  {

   int le,lei,ip;                            //FFT运算核，使用蝶形运算完成FFT运算

    f=FFT_N;

   for(l=1;(f=f/2)!=1;l++)                  //计算l的值，即计算蝶形级数

           ;

  for(m=1;m<=l;m++)                         // 控制蝶形结级数

   {                                        //m表示第m级蝶形，l为蝶形级总数l=log（2）N

    le=2<<(m-1);                            //le蝶形结距离，即第m级蝶形的蝶形结相距le点

    lei=le/2;                               //同一蝶形结中参加运算的两点的距离

    u.real=1.0;                             //u为蝶形结运算系数，初始值为1

    u.imag=0.0;

    w.real=cos_tab(PI/lei);                //w为系数商，即当前系数与前一个系数的商

    w.imag=-sin_tab(PI/lei);

    for(j=0;j<=lei-1;j++)                  //控制计算不同种蝶形结，即计算系数不同的蝶形结

     {

      for(i=j;i<=FFT_N-1;i=i+le)           //控制同一蝶形结运算，即计算系数相同蝶形结

       {

        ip=i+lei;                          //i，ip分别表示参加蝶形运算的两个节点

        t=EE(xin[ip],u);                   //蝶形运算，详见公式

        xin[ip].real=xin[i].real-t.real;

        xin[ip].imag=xin[i].imag-t.imag;

        xin[i].real=xin[i].real+t.real;

        xin[i].imag=xin[i].imag+t.imag;

       }

      u=EE(u,w);                          //改变系数，进行下一个蝶形运算

     }

   }

  }

  

}

void Timer0Init(void)                //1毫秒@24.000MHz

{

        AUXR |= 0x80;                //定时器时钟1T模式

        TMOD &= 0xF0;                //设置定时器模式

        TL0 = 0x40;                //设置定时初值

        TH0 = 0xA2;                //设置定时初值

        TF0 = 0;                //清除TF0标志

        TR0 = 1;                //定时器0开始计时

        ET0 = 1;

}

void Delay(unsigned short n)

{

    unsigned short x;



    while (n--)

    {

        x = 5000;

        while (x--);

    }

}

void InitADC()

{

    P1ASF = 0xff;                   //设置P1口为AD口

    ADC_CONTR =0x80|0x60;

    Delay(2);                       //ADC上电并延时

}

unsigned short GetADCResult(unsigned char ch)//ch为输入端口

{

        ADC_RES = 0;

        ADC_RESL = 0;

    ADC_CONTR =0x80|0x60|ch|0x08;

    _nop_();                        

    _nop_();

    _nop_();

    _nop_();

    while (!(ADC_CONTR & 0x10));

    ADC_CONTR &= ~0x10;         

    return ((unsigned short)(ADC_RES<<2)+ADC_RESL);

}

void processfft(void)

{

        unsigned char data pt=0,i,high,x,temp,p,j;

        for(pt=0;pt<(FFT_N);pt++)

        {

                ADC_InBuf[pt].imag=0;

        }



        FFT(ADC_InBuf);



        for(pt=2,i=0;pt<(FFT_N/2+1);pt+=2)

        {

                ADC_OutBuf[i++] = sqrt(ADC_InBuf[pt].real*ADC_InBuf[pt].real+ADC_InBuf[pt].imag*ADC_InBuf[pt].imag);

        }



        for(i=0;i<(FFT_N/4);i++)

        {

                high=(((unsigned char)ADC_OutBuf[i])>>Process_sensitivity);//修改Process_sensitivity的数值个调整频谱变化幅度，不建议超过4

                for(x=0;x<8;x++)

                {

                        OLED_SetPos(i*8,7-x);

                        temp=0x00;

                        for(j=0;j<8;j++)

                        {

                                OLED_WriteData(temp);

                        }

                }

                if(high>64)high=64;

                if(high==0)high=1;

                p=high/8;

                for(x=0;x<p;x++)

                {

                        OLED_SetPos(i*8,7-x);

                        temp=0xff;

                        for(j=0;j<7;j++)

                        {

                                OLED_WriteData(temp);

                        }

                }

                OLED_SetPos(i*8,7-(high/8));

                temp=~0xff>>(high%8);

                for(j=0;j<7;j++)

                {

                        OLED_WriteData(temp);

                }

        }

}

void main()

{

        unsigned char i;

        P0M1=0x00;

        P0M0=0x00;

        P1M1=0xc0; //设定AD输入为P16/P17，实际只用了P16

        P1M0=0x00;

        EA=1;

        Oled_Init();

        Timer0Init();

        InitADC();

        create_sin_tab(SIN_TAB);

        while(1)

        {

                if(tmrcnt>=70)

                {

                        P55=1;

                        for(i=0;i<(FFT_N);i++)

                        {  

                                ADC_InBuf[i].real=((GetADCResult(6))<<Process_sensitivity);//修改Process_sensitivity的数值个调整频谱变化幅度，不建议超过4

                        }

                        

                        processfft();

                        P55=0;

                        tmrcnt=0;

                }

        }

}

void Time0() interrupt 1

{

        tmrcnt++;

}