FFT算法实现

只看该作者 · 2023-6-20 16:29

EC_NUC121_FFT_Demo_V1.00.zip (1.36 MB)
快速傅立叶变换，用于将时间域的离散讯号转换至频率域表示，用户得以观察该讯号的频率组成成分与分布情形，是常见的讯号分析手段。此范例将示范如何透过 ADC 与 TIMER 的搭配使用，取样出一段离散讯号，并进行快速傅立叶变换，最后观察频谱的数值分布是否符合原始输入讯号的特性。支持三种讯号长度范例，分别为 128 取样点，256取样点，以及512取样点。
首先利用波形产生器输出频率固定为 60 Hz 的正弦波，模拟一般应用情境下欲分析的讯号来源，给予微控制器使用 ADC 进行取样。使用者可根据应用上的需求自行调整取样频率，注意其数值会直接影响频谱的带宽与分辨率。每次的 TIMER 逾时事件，硬件便会自动触发 ADC 进行一次取样动作，软件则须于 ADC 转换完毕后的中断服务内，将数据以位反转的排序写入缓冲区当中。

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 * [url=home.php?mod=space&uid=288409]@file[/url]     fft_lut.h

 * [url=home.php?mod=space&uid=895143]@version[/url]  V1.00

 * [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url]    Fast Fourier Transform Parameter Look-up Table

 *

 * [url=home.php?mod=space&uid=17282]@CopyRight[/url] (C) 2019 Nuvoton Technology Corp. All rights reserved.

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#ifndef __FFT_LUT_H__

#define __FFT_LUT_H__



/* This example provides 3 types of selectable data length */

#define FFT_128_POINT               (0)

#define FFT_256_POINT               (1)

#define FFT_512_POINT               (2)



/* User can select one of the length setting here. */

#define FFT_N_POINT_SEL             (FFT_512_POINT)





/* Assign the corresponding look-up table according to the length setting. 

   Do not modify the contents here. */

#if (FFT_N_POINT_SEL == FFT_128_POINT)

#define SEQUENCE_LEN                (128)

#define RESCALE(x)                  (x>>7)

#define COS_LUT                     COS_SCALED_LUT_128

#define SIN_LUT                     SIN_SCALED_LUT_128

#define REV_LUT                     REV_LUT_128



#elif (FFT_N_POINT_SEL == FFT_256_POINT)

#define SEQUENCE_LEN                (256)

#define RESCALE(x)                  (x>>8)

#define COS_LUT                     COS_SCALED_LUT_256

#define SIN_LUT                     SIN_SCALED_LUT_256

#define REV_LUT                     REV_LUT_256



#elif (FFT_N_POINT_SEL == FFT_512_POINT)

#define SEQUENCE_LEN                (512)

#define RESCALE(x)                  (x>>9)

#define COS_LUT                     COS_SCALED_LUT_512

#define SIN_LUT                     SIN_SCALED_LUT_512

#define REV_LUT                     REV_LUT_512



#else

#define "configuration error"

#endif







#if (FFT_SEQUENCE_LEN == FFT_SEQUENCE_LEN_128)

#define COS_SCALED_LUT_128                                                                                      \

{                                                                                                               \

  127,   127,   126,   126,   125,   123,   122,   120,   117,   115,   112,   109,   106,   102,    98,    94, \

   90,    85,    81,    76,    71,    65,    60,    54,    49,    43,    37,    31,    25,    19,    12,     6, \

    0,    -6,   -12,   -19,   -25,   -31,   -37,   -43,   -49,   -54,   -60,   -65,   -71,   -76,   -81,   -85, \

  -90,   -94,   -98,  -102,  -106,  -109,  -112,  -115,  -117,  -120,  -122,  -123,  -125,  -126,  -126,  -127, \

 -127,  -127,  -126,  -126,  -125,  -123,  -122,  -120,  -117,  -115,  -112,  -109,  -106,  -102,   -98,   -94, \

  -90,   -85,   -81,   -76,   -71,   -65,   -60,   -54,   -49,   -43,   -37,   -31,   -25,   -19,   -12,    -6, \

    0,     6,    12,    19,    25,    31,    37,    43,    49,    54,    60,    65,    71,    76,    81,    85, \

   90,    94,    98,   102,   106,   109,   112,   115,   117,   120,   122,   123,   125,   126,   126,   127, \

}



#define SIN_SCALED_LUT_128                                                                                      \

{                                                                                                               \

    0,     6,    12,    19,    25,    31,    37,    43,    49,    54,    60,    65,    71,    76,    81,    85, \

   90,    94,    98,   102,   106,   109,   112,   115,   117,   120,   122,   123,   125,   126,   126,   127, \

  127,   127,   126,   126,   125,   123,   122,   120,   117,   115,   112,   109,   106,   102,    98,    94, \

   90,    85,    81,    76,    71,    65,    60,    54,    49,    43,    37,    31,    25,    19,    12,     6, \

    0,    -6,   -12,   -19,   -25,   -31,   -37,   -43,   -49,   -54,   -60,   -65,   -71,   -76,   -81,   -85, \

  -90,   -94,   -98,  -102,  -106,  -109,  -112,  -115,  -117,  -120,  -122,  -123,  -125,  -126,  -126,  -127, \

 -127,  -127,  -126,  -126,  -125,  -123,  -122,  -120,  -117,  -115,  -112,  -109,  -106,  -102,   -98,   -94, \

  -90,   -85,   -81,   -76,   -71,   -65,   -60,   -54,   -49,   -43,   -37,   -31,   -25,   -19,   -12,    -6, \

}



#define REV_LUT_128                                                                                             \

{                                                                                                               \

    0,    64,    32,    96,    16,    80,    48,   112,     8,    72,    40,   104,    24,    88,    56,   120, \

    4,    68,    36,   100,    20,    84,    52,   116,    12,    76,    44,   108,    28,    92,    60,   124, \

    2,    66,    34,    98,    18,    82,    50,   114,    10,    74,    42,   106,    26,    90,    58,   122, \

    6,    70,    38,   102,    22,    86,    54,   118,    14,    78,    46,   110,    30,    94,    62,   126, \

    1,    65,    33,    97,    17,    81,    49,   113,     9,    73,    41,   105,    25,    89,    57,   121, \

    5,    69,    37,   101,    21,    85,    53,   117,    13,    77,    45,   109,    29,    93,    61,   125, \

    3,    67,    35,    99,    19,    83,    51,   115,    11,    75,    43,   107,    27,    91,    59,   123, \

    7,    71,    39,   103,    23,    87,    55,   119,    15,    79,    47,   111,    31,    95,    63,   127, \

}



#endif





#if (FFT_SEQUENCE_LEN == FFT_SEQUENCE_LEN_256)

#define COS_SCALED_LUT_256                                                                                      \

{                                                                                                               \

  255,   255,   255,   254,   254,   253,   252,   251,   250,   249,   247,   246,   244,   242,   240,   238, \

  236,   233,   231,   228,   225,   222,   219,   215,   212,   208,   205,   201,   197,   193,   189,   185, \

  180,   176,   171,   167,   162,   157,   152,   147,   142,   136,   131,   126,   120,   115,   109,   103, \

   98,    92,    86,    80,    74,    68,    62,    56,    50,    44,    37,    31,    25,    19,    13,     6, \

    0,    -6,   -13,   -19,   -25,   -31,   -37,   -44,   -50,   -56,   -62,   -68,   -74,   -80,   -86,   -92, \

  -98,  -103,  -109,  -115,  -120,  -126,  -131,  -136,  -142,  -147,  -152,  -157,  -162,  -167,  -171,  -176, \

 -180,  -185,  -189,  -193,  -197,  -201,  -205,  -208,  -212,  -215,  -219,  -222,  -225,  -228,  -231,  -233, \

 -236,  -238,  -240,  -242,  -244,  -246,  -247,  -249,  -250,  -251,  -252,  -253,  -254,  -254,  -255,  -255, \

 -255,  -255,  -255,  -254,  -254,  -253,  -252,  -251,  -250,  -249,  -247,  -246,  -244,  -242,  -240,  -238, \

 -236,  -233,  -231,  -228,  -225,  -222,  -219,  -215,  -212,  -208,  -205,  -201,  -197,  -193,  -189,  -185, \

 -180,  -176,  -171,  -167,  -162,  -157,  -152,  -147,  -142,  -136,  -131,  -126,  -120,  -115,  -109,  -103, \

  -98,   -92,   -86,   -80,   -74,   -68,   -62,   -56,   -50,   -44,   -37,   -31,   -25,   -19,   -13,    -6, \

    0,     6,    13,    19,    25,    31,    37,    44,    50,    56,    62,    68,    74,    80,    86,    92, \

   98,   103,   109,   115,   120,   126,   131,   136,   142,   147,   152,   157,   162,   167,   171,   176, \

  180,   185,   189,   193,   197,   201,   205,   208,   212,   215,   219,   222,   225,   228,   231,   233, \

  236,   238,   240,   242,   244,   246,   247,   249,   250,   251,   252,   253,   254,   254,   255,   255, \

}



#define SIN_SCALED_LUT_256                                                                                      \

{                                                                                                               \

    0,     6,    13,    19,    25,    31,    37,    44,    50,    56,    62,    68,    74,    80,    86,    92, \

   98,   103,   109,   115,   120,   126,   131,   136,   142,   147,   152,   157,   162,   167,   171,   176, \

  180,   185,   189,   193,   197,   201,   205,   208,   212,   215,   219,   222,   225,   228,   231,   233, \

  236,   238,   240,   242,   244,   246,   247,   249,   250,   251,   252,   253,   254,   254,   255,   255, \

  255,   255,   255,   254,   254,   253,   252,   251,   250,   249,   247,   246,   244,   242,   240,   238, \

  236,   233,   231,   228,   225,   222,   219,   215,   212,   208,   205,   201,   197,   193,   189,   185, \

  180,   176,   171,   167,   162,   157,   152,   147,   142,   136,   131,   126,   120,   115,   109,   103, \

   98,    92,    86,    80,    74,    68,    62,    56,    50,    44,    37,    31,    25,    19,    13,     6, \

    0,    -6,   -13,   -19,   -25,   -31,   -37,   -44,   -50,   -56,   -62,   -68,   -74,   -80,   -86,   -92, \

  -98,  -103,  -109,  -115,  -120,  -126,  -131,  -136,  -142,  -147,  -152,  -157,  -162,  -167,  -171,  -176, \

 -180,  -185,  -189,  -193,  -197,  -201,  -205,  -208,  -212,  -215,  -219,  -222,  -225,  -228,  -231,  -233, \

 -236,  -238,  -240,  -242,  -244,  -246,  -247,  -249,  -250,  -251,  -252,  -253,  -254,  -254,  -255,  -255, \

 -255,  -255,  -255,  -254,  -254,  -253,  -252,  -251,  -250,  -249,  -247,  -246,  -244,  -242,  -240,  -238, \

 -236,  -233,  -231,  -228,  -225,  -222,  -219,  -215,  -212,  -208,  -205,  -201,  -197,  -193,  -189,  -185, \

 -180,  -176,  -171,  -167,  -162,  -157,  -152,  -147,  -142,  -136,  -131,  -126,  -120,  -115,  -109,  -103, \

  -98,   -92,   -86,   -80,   -74,   -68,   -62,   -56,   -50,   -44,   -37,   -31,   -25,   -19,   -13,    -6, \

}



#define REV_LUT_256                                                                                             \

{                                                                                                               \

    0,   128,    64,   192,    32,   160,    96,   224,    16,   144,    80,   208,    48,   176,   112,   240, \

    8,   136,    72,   200,    40,   168,   104,   232,    24,   152,    88,   216,    56,   184,   120,   248, \

    4,   132,    68,   196,    36,   164,   100,   228,    20,   148,    84,   212,    52,   180,   116,   244, \

   12,   140,    76,   204,    44,   172,   108,   236,    28,   156,    92,   220,    60,   188,   124,   252, \

    2,   130,    66,   194,    34,   162,    98,   226,    18,   146,    82,   210,    50,   178,   114,   242, \

   10,   138,    74,   202,    42,   170,   106,   234,    26,   154,    90,   218,    58,   186,   122,   250, \

    6,   134,    70,   198,    38,   166,   102,   230,    22,   150,    86,   214,    54,   182,   118,   246, \

   14,   142,    78,   206,    46,   174,   110,   238,    30,   158,    94,   222,    62,   190,   126,   254, \

    1,   129,    65,   193,    33,   161,    97,   225,    17,   145,    81,   209,    49,   177,   113,   241, \

    9,   137,    73,   201,    41,   169,   105,   233,    25,   153,    89,   217,    57,   185,   121,   249, \

    5,   133,    69,   197,    37,   165,   101,   229,    21,   149,    85,   213,    53,   181,   117,   245, \

   13,   141,    77,   205,    45,   173,   109,   237,    29,   157,    93,   221,    61,   189,   125,   253, \

    3,   131,    67,   195,    35,   163,    99,   227,    19,   147,    83,   211,    51,   179,   115,   243, \

   11,   139,    75,   203,    43,   171,   107,   235,    27,   155,    91,   219,    59,   187,   123,   251, \

    7,   135,    71,   199,    39,   167,   103,   231,    23,   151,    87,   215,    55,   183,   119,   247, \

   15,   143,    79,   207,    47,   175,   111,   239,    31,   159,    95,   223,    63,   191,   127,   255, \

}



#endif





#if (FFT_SEQUENCE_LEN == FFT_SEQUENCE_LEN_512)

#define COS_SCALED_LUT_512                                                                                      \

{                                                                                                               \

  511,   511,   511,   511,   510,   510,   510,   509,   509,   508,   507,   506,   505,   505,   503,   502, \

  501,   500,   499,   497,   496,   494,   492,   491,   489,   487,   485,   483,   481,   479,   477,   474, \

  472,   470,   467,   465,   462,   459,   456,   454,   451,   448,   445,   441,   438,   435,   432,   428, \

  425,   421,   418,   414,   410,   407,   403,   399,   395,   391,   387,   383,   379,   374,   370,   366, \

  361,   357,   352,   348,   343,   338,   334,   329,   324,   319,   314,   309,   304,   299,   294,   289, \

  284,   279,   273,   268,   263,   257,   252,   246,   241,   235,   230,   224,   218,   213,   207,   201, \

  196,   190,   184,   178,   172,   166,   160,   154,   148,   142,   136,   130,   124,   118,   112,   106, \

  100,    94,    87,    81,    75,    69,    63,    56,    50,    44,    38,    31,    25,    19,    13,     6, \

    0,    -6,   -13,   -19,   -25,   -31,   -38,   -44,   -50,   -56,   -63,   -69,   -75,   -81,   -87,   -94, \

 -100,  -106,  -112,  -118,  -124,  -130,  -136,  -142,  -148,  -154,  -160,  -166,  -172,  -178,  -184,  -190, \

 -196,  -201,  -207,  -213,  -218,  -224,  -230,  -235,  -241,  -246,  -252,  -257,  -263,  -268,  -273,  -279, \

 -284,  -289,  -294,  -299,  -304,  -309,  -314,  -319,  -324,  -329,  -334,  -338,  -343,  -348,  -352,  -357, \

 -361,  -366,  -370,  -374,  -379,  -383,  -387,  -391,  -395,  -399,  -403,  -407,  -410,  -414,  -418,  -421, \

 -425,  -428,  -432,  -435,  -438,  -441,  -445,  -448,  -451,  -454,  -456,  -459,  -462,  -465,  -467,  -470, \

 -472,  -474,  -477,  -479,  -481,  -483,  -485,  -487,  -489,  -491,  -492,  -494,  -496,  -497,  -499,  -500, \

 -501,  -502,  -503,  -505,  -505,  -506,  -507,  -508,  -509,  -509,  -510,  -510,  -510,  -511,  -511,  -511, \

 -511,  -511,  -511,  -511,  -510,  -510,  -510,  -509,  -509,  -508,  -507,  -506,  -505,  -505,  -503,  -502, \

 -501,  -500,  -499,  -497,  -496,  -494,  -492,  -491,  -489,  -487,  -485,  -483,  -481,  -479,  -477,  -474, \

 -472,  -470,  -467,  -465,  -462,  -459,  -456,  -454,  -451,  -448,  -445,  -441,  -438,  -435,  -432,  -428, \

 -425,  -421,  -418,  -414,  -410,  -407,  -403,  -399,  -395,  -391,  -387,  -383,  -379,  -374,  -370,  -366, \

 -361,  -357,  -352,  -348,  -343,  -338,  -334,  -329,  -324,  -319,  -314,  -309,  -304,  -299,  -294,  -289, \

 -284,  -279,  -273,  -268,  -263,  -257,  -252,  -246,  -241,  -235,  -230,  -224,  -218,  -213,  -207,  -201, \

 -196,  -190,  -184,  -178,  -172,  -166,  -160,  -154,  -148,  -142,  -136,  -130,  -124,  -118,  -112,  -106, \

 -100,   -94,   -87,   -81,   -75,   -69,   -63,   -56,   -50,   -44,   -38,   -31,   -25,   -19,   -13,    -6, \

    0,     6,    13,    19,    25,    31,    38,    44,    50,    56,    63,    69,    75,    81,    87,    94, \

  100,   106,   112,   118,   124,   130,   136,   142,   148,   154,   160,   166,   172,   178,   184,   190, \

  196,   201,   207,   213,   218,   224,   230,   235,   241,   246,   252,   257,   263,   268,   273,   279, \

  284,   289,   294,   299,   304,   309,   314,   319,   324,   329,   334,   338,   343,   348,   352,   357, \

  361,   366,   370,   374,   379,   383,   387,   391,   395,   399,   403,   407,   410,   414,   418,   421, \

  425,   428,   432,   435,   438,   441,   445,   448,   451,   454,   456,   459,   462,   465,   467,   470, \

  472,   474,   477,   479,   481,   483,   485,   487,   489,   491,   492,   494,   496,   497,   499,   500, \

  501,   502,   503,   505,   505,   506,   507,   508,   509,   509,   510,   510,   510,   511,   511,   511, \

}



#define SIN_SCALED_LUT_512                                                                                      \

{                                                                                                               \

    0,     6,    13,    19,    25,    31,    38,    44,    50,    56,    63,    69,    75,    81,    87,    94, \

  100,   106,   112,   118,   124,   130,   136,   142,   148,   154,   160,   166,   172,   178,   184,   190, \

  196,   201,   207,   213,   218,   224,   230,   235,   241,   246,   252,   257,   263,   268,   273,   279, \

  284,   289,   294,   299,   304,   309,   314,   319,   324,   329,   334,   338,   343,   348,   352,   357, \

  361,   366,   370,   374,   379,   383,   387,   391,   395,   399,   403,   407,   410,   414,   418,   421, \

  425,   428,   432,   435,   438,   441,   445,   448,   451,   454,   456,   459,   462,   465,   467,   470, \

  472,   474,   477,   479,   481,   483,   485,   487,   489,   491,   492,   494,   496,   497,   499,   500, \

  501,   502,   503,   505,   505,   506,   507,   508,   509,   509,   510,   510,   510,   511,   511,   511, \

  511,   511,   511,   511,   510,   510,   510,   509,   509,   508,   507,   506,   505,   505,   503,   502, \

  501,   500,   499,   497,   496,   494,   492,   491,   489,   487,   485,   483,   481,   479,   477,   474, \

  472,   470,   467,   465,   462,   459,   456,   454,   451,   448,   445,   441,   438,   435,   432,   428, \

  425,   421,   418,   414,   410,   407,   403,   399,   395,   391,   387,   383,   379,   374,   370,   366, \

  361,   357,   352,   348,   343,   338,   334,   329,   324,   319,   314,   309,   304,   299,   294,   289, \

  284,   279,   273,   268,   263,   257,   252,   246,   241,   235,   230,   224,   218,   213,   207,   201, \

  196,   190,   184,   178,   172,   166,   160,   154,   148,   142,   136,   130,   124,   118,   112,   106, \

  100,    94,    87,    81,    75,    69,    63,    56,    50,    44,    38,    31,    25,    19,    13,     6, \

    0,    -6,   -13,   -19,   -25,   -31,   -38,   -44,   -50,   -56,   -63,   -69,   -75,   -81,   -87,   -94, \

 -100,  -106,  -112,  -118,  -124,  -130,  -136,  -142,  -148,  -154,  -160,  -166,  -172,  -178,  -184,  -190, \

 -196,  -201,  -207,  -213,  -218,  -224,  -230,  -235,  -241,  -246,  -252,  -257,  -263,  -268,  -273,  -279, \

 -284,  -289,  -294,  -299,  -304,  -309,  -314,  -319,  -324,  -329,  -334,  -338,  -343,  -348,  -352,  -357, \

 -361,  -366,  -370,  -374,  -379,  -383,  -387,  -391,  -395,  -399,  -403,  -407,  -410,  -414,  -418,  -421, \

 -425,  -428,  -432,  -435,  -438,  -441,  -445,  -448,  -451,  -454,  -456,  -459,  -462,  -465,  -467,  -470, \

 -472,  -474,  -477,  -479,  -481,  -483,  -485,  -487,  -489,  -491,  -492,  -494,  -496,  -497,  -499,  -500, \

 -501,  -502,  -503,  -505,  -505,  -506,  -507,  -508,  -509,  -509,  -510,  -510,  -510,  -511,  -511,  -511, \

 -511,  -511,  -511,  -511,  -510,  -510,  -510,  -509,  -509,  -508,  -507,  -506,  -505,  -505,  -503,  -502, \

 -501,  -500,  -499,  -497,  -496,  -494,  -492,  -491,  -489,  -487,  -485,  -483,  -481,  -479,  -477,  -474, \

 -472,  -470,  -467,  -465,  -462,  -459,  -456,  -454,  -451,  -448,  -445,  -441,  -438,  -435,  -432,  -428, \

 -425,  -421,  -418,  -414,  -410,  -407,  -403,  -399,  -395,  -391,  -387,  -383,  -379,  -374,  -370,  -366, \

 -361,  -357,  -352,  -348,  -343,  -338,  -334,  -329,  -324,  -319,  -314,  -309,  -304,  -299,  -294,  -289, \

 -284,  -279,  -273,  -268,  -263,  -257,  -252,  -246,  -241,  -235,  -230,  -224,  -218,  -213,  -207,  -201, \

 -196,  -190,  -184,  -178,  -172,  -166,  -160,  -154,  -148,  -142,  -136,  -130,  -124,  -118,  -112,  -106, \

 -100,   -94,   -87,   -81,   -75,   -69,   -63,   -56,   -50,   -44,   -38,   -31,   -25,   -19,   -13,    -6, \

}



#define REV_LUT_512                                                                                             \

{                                                                                                               \

    0,   256,   128,   384,    64,   320,   192,   448,    32,   288,   160,   416,    96,   352,   224,   480, \

   16,   272,   144,   400,    80,   336,   208,   464,    48,   304,   176,   432,   112,   368,   240,   496, \

    8,   264,   136,   392,    72,   328,   200,   456,    40,   296,   168,   424,   104,   360,   232,   488, \

   24,   280,   152,   408,    88,   344,   216,   472,    56,   312,   184,   440,   120,   376,   248,   504, \

    4,   260,   132,   388,    68,   324,   196,   452,    36,   292,   164,   420,   100,   356,   228,   484, \

   20,   276,   148,   404,    84,   340,   212,   468,    52,   308,   180,   436,   116,   372,   244,   500, \

   12,   268,   140,   396,    76,   332,   204,   460,    44,   300,   172,   428,   108,   364,   236,   492, \

   28,   284,   156,   412,    92,   348,   220,   476,    60,   316,   188,   444,   124,   380,   252,   508, \

    2,   258,   130,   386,    66,   322,   194,   450,    34,   290,   162,   418,    98,   354,   226,   482, \

   18,   274,   146,   402,    82,   338,   210,   466,    50,   306,   178,   434,   114,   370,   242,   498, \

   10,   266,   138,   394,    74,   330,   202,   458,    42,   298,   170,   426,   106,   362,   234,   490, \

   26,   282,   154,   410,    90,   346,   218,   474,    58,   314,   186,   442,   122,   378,   250,   506, \

    6,   262,   134,   390,    70,   326,   198,   454,    38,   294,   166,   422,   102,   358,   230,   486, \

   22,   278,   150,   406,    86,   342,   214,   470,    54,   310,   182,   438,   118,   374,   246,   502, \

   14,   270,   142,   398,    78,   334,   206,   462,    46,   302,   174,   430,   110,   366,   238,   494, \

   30,   286,   158,   414,    94,   350,   222,   478,    62,   318,   190,   446,   126,   382,   254,   510, \

    1,   257,   129,   385,    65,   321,   193,   449,    33,   289,   161,   417,    97,   353,   225,   481, \

   17,   273,   145,   401,    81,   337,   209,   465,    49,   305,   177,   433,   113,   369,   241,   497, \

    9,   265,   137,   393,    73,   329,   201,   457,    41,   297,   169,   425,   105,   361,   233,   489, \

   25,   281,   153,   409,    89,   345,   217,   473,    57,   313,   185,   441,   121,   377,   249,   505, \

    5,   261,   133,   389,    69,   325,   197,   453,    37,   293,   165,   421,   101,   357,   229,   485, \

   21,   277,   149,   405,    85,   341,   213,   469,    53,   309,   181,   437,   117,   373,   245,   501, \

   13,   269,   141,   397,    77,   333,   205,   461,    45,   301,   173,   429,   109,   365,   237,   493, \

   29,   285,   157,   413,    93,   349,   221,   477,    61,   317,   189,   445,   125,   381,   253,   509, \

    3,   259,   131,   387,    67,   323,   195,   451,    35,   291,   163,   419,    99,   355,   227,   483, \

   19,   275,   147,   403,    83,   339,   211,   467,    51,   307,   179,   435,   115,   371,   243,   499, \

   11,   267,   139,   395,    75,   331,   203,   459,    43,   299,   171,   427,   107,   363,   235,   491, \

   27,   283,   155,   411,    91,   347,   219,   475,    59,   315,   187,   443,   123,   379,   251,   507, \

    7,   263,   135,   391,    71,   327,   199,   455,    39,   295,   167,   423,   103,   359,   231,   487, \

   23,   279,   151,   407,    87,   343,   215,   471,    55,   311,   183,   439,   119,   375,   247,   503, \

   15,   271,   143,   399,    79,   335,   207,   463,    47,   303,   175,   431,   111,   367,   239,   495, \

   31,   287,   159,   415,    95,   351,   223,   479,    63,   319,   191,   447,   127,   383,   255,   511, \

}



#endif

#endif

只看该作者 · 2023-6-20 16:30

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/**************************************************************************//**

 * @file     main.c

 * @version  V1.00

 * @brief    Perform Fast Fourier Transform with ADC samples.

 *

 * @copyright (C) 2019 Nuvoton Technology Corp. All rights reserved.

*****************************************************************************/

#include <stdio.h>

#include <math.h>

#include "NuMicro.h"

#include "fft_lut.h"



/* Select the macro FFT_N_POINT_SEL defined in fft_lut.h.

 * The look-up table for fft algorithm requires user indicates specific data length.

 */



/* System clock frequency */

#define PLL_CLOCK                   (48000000)



/* The parameter SAMPLE_RATE is configurable. It is based on your application.

 * The unit of SAMPLE_RATE is hertz.

 */

#define SAMPLE_RATE                 (1024)



/* The parameter SAMPLE_DATA_RSHIFT is configurable, the purpose is to truncate

 * the data size by right shifting the raw ADC data, and it can prevent the buffer

 * from overflow when calculating a large amount N point of FFT. The longer data

 * length is selected, the higher SAMPLE_DATA_RSHIFT is required. If the spectrum

 * buffer is overflow, try to increase the SAMPLE_DATA_RSHIFT parameter.

 */

#define SAMPLE_DATA_RSHIFT          (5)

#define SHRINK(x)                   ((x) >> SAMPLE_DATA_RSHIFT)





/* Macros to simplify the math presentations for FFT algorithm */

#define COS(angle_index)            (g_ai16cos[angle_index])

#define SIN(angle_index)            (g_ai16sin[angle_index])

#define REV(origin_index)           (g_ai16rev[origin_index])



/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/* Define Function Prototypes                                                                               */

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

void SYS_Init(void);

void UART0_Init(void);

void TIMER0_Init(void);

void ADC_Init(void);

void Remove_DC_Component(int *pi32DataBuffer, uint32_t u32Len);

void NuFFT(int *pi32RealBuffer, int *pi32ImageBuffer, uint32_t u32Len);

void Display_Spectrum(int *pi32Spectrum, uint32_t u32Len, uint32_t u32SampleRate);

void Display_AdcData(int *pi32Data, uint32_t u32Len);



/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/* Define global variables and constants                                                                    */

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

const uint8_t g_u8AdcChannel = 2;



/* Look-up table for FFT twiddle factors and the bit-reversal index */

const int16_t g_ai16cos[SEQUENCE_LEN] = COS_LUT;

const int16_t g_ai16sin[SEQUENCE_LEN] = SIN_LUT;

const int16_t g_ai16rev[SEQUENCE_LEN] = REV_LUT;



/* The data buffer for storing the ADC data samples and the output spectrum */

int g_i32RealBuffer [SEQUENCE_LEN];

int g_i32ImageBuffer[SEQUENCE_LEN];

int g_i32Spectrum   [SEQUENCE_LEN];



/* Global variables for handing ADC conversions */

volatile uint32_t g_u32AdcConvNum = 0;





/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/*  Function:    SYS_Init                                                                                   */

/*  Parameters:  None.                                                                                      */

/*  Returns:     None.                                                                                      */

/*  Description: System and periphial module clock setting.                                                 */

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

void SYS_Init(void)

{

    /* Enable HIRC clock (Internal RC 48MHz) */

    CLK_EnableXtalRC(CLK_PWRCTL_HIRCEN_Msk);



    /* Enable HIRC clock (Internal RC 48MHz) */

    CLK_EnableXtalRC(CLK_PWRCTL_HXTEN);



    /* Wait for HIRC clock ready */

    CLK_WaitClockReady(CLK_STATUS_HIRCSTB_Msk);



    CLK_WaitClockReady(CLK_STATUS_HXTSTB_Msk);



    /* Set core clock as PLL_CLOCK from PLL (From HXT if HXT is enabled)*/

    CLK_SetCoreClock(PLL_CLOCK);



    /* Enable UART module clock */

    CLK_EnableModuleClock(UART0_MODULE);



    /* Select UART module clock source as HIRC/2 and UART module clock divider as 1 */

    CLK_SetModuleClock(UART0_MODULE, CLK_CLKSEL1_UARTSEL_HIRC_DIV2, CLK_CLKDIV0_UART(1));



    /* Enable TMR0 module clock */

    CLK_EnableModuleClock(TMR0_MODULE);



    /* Set TMR0 module clock source as HIRC/2 */

    CLK_SetModuleClock(TMR0_MODULE, CLK_CLKSEL1_TMR0SEL_HXT, 0);



    /* Enable ADC module clock */

    CLK_EnableModuleClock(ADC_MODULE);



    /* Set ADC clock source to PCLK0=48MHz, set divider to 3, ADC clock will be 16 MHz */

    CLK_SetModuleClock(ADC_MODULE, CLK_CLKSEL1_ADCSEL_PCLK0, CLK_CLKDIV0_ADC(3));



    /* Update core clock */

    SystemCoreClockUpdate();





    /* Set GPB multi-function pins for UART0 RXD and TXD */

    SYS->GPB_MFPL = SYS_GPB_MFPL_PB0MFP_UART0_RXD | SYS_GPB_MFPL_PB1MFP_UART0_TXD;



    /* Set PD.2 and PD.3 to input mode */

    PD->MODE &= ~(GPIO_MODE_MODE2_Msk | GPIO_MODE_MODE3_Msk);



    /* Set PD2 and PD3 to ADC mode for ADC input channel 2 and 3 */

    SYS->GPD_MFPL &= ~(SYS_GPD_MFPL_PD2MFP_Msk | SYS_GPD_MFPL_PD3MFP_Msk);

    SYS->GPD_MFPL |= (SYS_GPD_MFPL_PD2MFP_ADC_CH2 | SYS_GPD_MFPL_PD3MFP_ADC_CH3);



    /* Disable the digital input paths of ADC analog pins */

    GPIO_DISABLE_DIGITAL_PATH(PD, BIT2 | BIT3);

}



/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/*  Function:    UART0_Init                                                                                 */

/*  Parameters:  None.                                                                                      */

/*  Returns:     None.                                                                                      */

/*  Description: Initialize UART0 module, setting buadrate is 115200 bps                                    */

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

void UART0_Init(void)

{

    /* Reset UART0 */

    SYS_ResetModule(UART0_RST);



    /* Configure UART0 and set UART0 baud rate */

    UART_Open(UART0, 115200);

}



/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/*  Function:    TIMER0_Init                                                                                */

/*  Parameters:  None.                                                                                      */

/*  Returns:     None.                                                                                      */

/*  Description: Initialize TIMER0 module. Setup timeout trigger ADC.                                       */

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

void TIMER0_Init(void)

{

    uint32_t u32Freq;



    /* Set TIMER0 working frequency to SAMPLE_RATE */

    u32Freq = TIMER_Open(TIMER0, TIMER_PERIODIC_MODE, SAMPLE_RATE);



    if (u32Freq != SAMPLE_RATE)

    {

        printf("# Warning. Sample rate does not equal to the pre-defined setting.\n\r");

    }



    /* Enable timer timeout interrupt trigger ADC */

    TIMER0->CTL |= TIMER_TRGSRC_TIMEOUT_EVENT | TIMER_TRG_TO_ADC | TIMER_CTL_INTEN_Msk;



    printf(" CTL:0x%08X\n\r", TIMER0->CTL);

    printf(" CMP:0x%08X\n\r", TIMER0->CMP);



}



/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/*  Function:    ADC_Init                                                                                   */

/*  Parameters:  None.                                                                                      */

/*  Returns:     None.                                                                                      */

/*  Description: Initialize ADC module channel 2. Enable TIMER trigger ADC function.                        */

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

void ADC_Init(void)

{

    /* Set the ADC operation mode as single, input mode as single-end and enable the analog input channel 2 */

    ADC_Open(ADC, ADC_ADCR_DIFFEN_SINGLE_END, ADC_ADCR_ADMD_SINGLE, 0x1 << g_u8AdcChannel);



    /* Enable TIMER Trigger ADC */

    ADC_EnableTimerTrigger(ADC, ADC_ADCR_TRGS_TIMER, 0);



    /* Power on ADC module */

    ADC_POWER_ON(ADC);



    /* Clear the A/D interrupt flag for safe */

    ADC_CLR_INT_FLAG(ADC, ADC_ADF_INT);



    /* Enable the ADC interrupt */

    ADC_EnableInt(ADC, ADC_ADF_INT);

    NVIC_EnableIRQ(ADC_IRQn);

}



/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/*  Function:    Remove_DC_Component                                                                        */

/*  Parameters:  pi32DataBuffer is the raw data buffer pointer.                                             */

/*  Parameters:  u32Len is the length of the raw data buffer.                                               */

/*  Returns:     None.                                                                                      */

/*  Description: None.                                                                                      */

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

void Remove_DC_Component(int *pi32DataBuffer, uint32_t u32Len)

{

    uint32_t i, u32Mean, u32Accumulate = 0;



    for (i = 0; i < u32Len; i++)

    {

        u32Accumulate += pi32DataBuffer[i];

    }



    u32Mean = u32Accumulate / u32Len;



    for (i = 0; i < u32Len; i++)

    {

        pi32DataBuffer[i] -= u32Mean;

    }

}



/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/*  Function:    NuFFT                                                                                      */

/*  Parameters:  pi32RealBuffer  is the pointer to the real  part of the data buffer.                       */

/*  Parameters:  pi32ImageBuffer is the pointer to the image part of the data buffer.                       */

/*  Parameters:  u32Len indicates the length of the data sequence.                                          */

/*  Returns:     None.                                                                                      */

/*  Description: Fast Fourier Transform Algorithm. Transform the time-domain data                           */

/*               sequence into a frequency-domain spectrum.                                                 */

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

void NuFFT(int *pi32RealBuffer, int *pi32ImageBuffer, uint32_t u32Len)

{

    const uint32_t N = u32Len;

    const uint32_t u32TotalStage = log(N) / log(2);



    uint32_t u32Stage, u32Span, u32Node, u32Twiddle, u32Angle;

    int32_t i32X1Real, i32X1Image, i32X2Real, i32X2Image;



    /* Iterations for log2(N) FFT butterfly stages */

    for (u32Stage = 0; u32Stage < u32TotalStage; u32Stage++)

    {

        /* Span indicates the buffer index for constituting a butterfly matrix */

        u32Span = pow(2, u32Stage);



        for (u32Twiddle = 0; u32Twiddle < u32Span; u32Twiddle++)

        {

            u32Angle = (N >> 1) / u32Span * u32Twiddle;



            for (u32Node = u32Twiddle; u32Node < N; u32Node += 2 * u32Span)

            {

                /* Get the real and image part of the input variable X1 */

                i32X1Real  = pi32RealBuffer [u32Node];

                i32X1Image = pi32ImageBuffer[u32Node];



                /* Get the real and image part of the input variable X2 */

                i32X2Real  = pi32RealBuffer [u32Node + u32Span];

                i32X2Image = pi32ImageBuffer[u32Node + u32Span];



                /* Y1 = X1 + X2 * twiddle factor

                 * The real part is   real * cos() + image * sin()

                 * The image part is -real * sin() + image * cos()

                 */

                pi32RealBuffer [u32Node] = i32X1Real  + RESCALE(i32X2Real * COS(u32Angle)) + RESCALE(i32X2Image * SIN(u32Angle));

                pi32ImageBuffer[u32Node] = i32X1Image - RESCALE(i32X2Real * SIN(u32Angle)) + RESCALE(i32X2Image * COS(u32Angle));



                /* Y2 = X1 - X2 * twiddle factor

                 * The real part is  -real * cos() - image * sin()

                 * The image part is  real * sin() - image * cos()

                 */

                pi32RealBuffer [u32Node + u32Span] = i32X1Real  - RESCALE(i32X2Real * COS(u32Angle)) - RESCALE(i32X2Image * SIN(u32Angle));

                pi32ImageBuffer[u32Node + u32Span] = i32X1Image + RESCALE(i32X2Real * SIN(u32Angle)) - RESCALE(i32X2Image * COS(u32Angle));

            }

        }

    }

}



/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/*  Function:    Display_Spectrum                                                                           */

/*  Parameters:  pi32Spectrum is the spectrum buffer pointer.                                               */

/*  Parameters:  u32Len is the length of the spectrum buffer.                                               */

/*  Parameters:  u32SampleRate is the frequency of TIMER trigger EADC.                                      */

/*  Returns:     none.                                                                                      */

/*  Description: Show the detail informations from the spectrum bffer.                                      */

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

void Display_Spectrum(int *pi32Spectrum, uint32_t u32Len, uint32_t u32SampleRate)

{

    const float  fconstResolution = (float)u32SampleRate / (float)u32Len;



    int i, i32Base, i32Accumulate = 0;



    printf("+-----------------------------------------------------------+\n\r");

    printf("Spectrum Parameters         \n\r");

    printf("# Sample rate: %d Hz        \n\r", u32SampleRate);

    printf("# Data length: %d samples   \n\r", u32Len);

    printf("# Resolution : %.2f Hz      \n\r", fconstResolution);

    printf("+-----------------------------------------------------------+\n\r");

    printf("#Index     #Frequency(Hz)     #Amplitude     #Ratio \n\r");



    for (i = 0; i < u32Len; i++)

    {

        i32Accumulate += pi32Spectrum[i];

    }



    for (i = 0; i < u32Len; i++)

    {

        i32Base = (i <= u32Len / 2) ? (i) : (i - u32Len);



        printf(" %-7d    %-15.2f    %-11d    %.2f%%\n\r", i, (float)(fconstResolution * i32Base), pi32Spectrum[i], (float)pi32Spectrum[i] / (float)i32Accumulate * 100);



    }



    printf("+-----------------------------------------------------------+\n\r");

    printf("FFT complete\n\r");

}



/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/*  Function:    Display_AdcData                                                                            */

/*  Parameters:  pi32Spectrum is the Time Domian Data buffer pointer.                                       */

/*  Parameters:  u32Len is the length of the Data.                                                          */

/*  Returns:     none.                                                                                      */

/*  Description: Show the detail informations from the spectrum bffer.                                      */

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

void Display_AdcData(int *pi32Data, uint32_t u32Len)

{

    int i;

    printf("+-----------------------------------------------------------+\n\r");

    printf("| Display Time-Domain Data                                  +\n\r");

    printf("+-----------------------------------------------------------+\n\r");

    printf("#Index before reversal    #Index after reversal    #ADC Data \n\r");



    for (i = 0; i < u32Len; i++)

    {

        printf(" %-22d    %-21d    %d\n\r", i, REV(i), pi32Data[REV(i)]);

    }

}



/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/*  Function:    ADC_IRQHandler                                                                             */

/*  Parameters:  None.                                                                                      */

/*  Returns:     None.                                                                                      */

/*  Description: Interrupt service routine for EADC interrupt.                                              */

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

void ADC_IRQHandler(void)

{

    /* clear the A/D conversion flag */

    ADC_CLR_INT_FLAG(ADC, ADC_ADF_INT);



    /* Toggle PB.0 to indicate an ADC data conversion is complete */

    PB0 ^= 1;



    /* Place the time-domain signal into the real part buffer */

    g_i32RealBuffer [REV(g_u32AdcConvNum)] = SHRINK(ADC_GET_CONVERSION_DATA(ADC, g_u8AdcChannel));



    /* The image part buffer is initialized to zeros */

    g_i32ImageBuffer[REV(g_u32AdcConvNum)] = 0;



    /* Increase the buffer index by 1 */

    g_u32AdcConvNum++;

}



/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/*  Function:    main                                                                                       */

/*  Parameters:  None.                                                                                      */

/*  Returns:     None.                                                                                      */

/*  Description: main routine of the example.                                                               */

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

int32_t main(void)

{

    int i;



    /* Unlock protected registers */

    SYS_UnlockReg();



    /* Init System, peripheral clock and multi-function I/O */

    SYS_Init();



    /* Lock protected registers */

    SYS_LockReg();



    /* Init UART0 for printf */

    UART0_Init();



    /* Init TIMER0 to trigger ADC sampling later. */

    TIMER0_Init();



    /* Init ADC channel 2.  */

    ADC_Init();



    printf("\n");

    printf("+-----------------------------------------------------------+\n\r");

    printf("|            Fast Fourier Transform Example Code            |\n\r");

    printf("+-----------------------------------------------------------+\n\n\r");

    printf("# Demonstrate the decimate-in-time(DIT) radix-2 FFT          \n\r");

    printf("# This example code supports 3 kinds of data length:         \n\r");

    printf("    * 128 samples                                            \n\r");

    printf("    * 256 samples                                            \n\r");

    printf("    * 512 samples                                            \n\r");

    printf("# Please confirm the selected length of fft sequence is [%d].\n\r", SEQUENCE_LEN);

    printf("    Otherwise, change the fft sequence length settings and   \n\r");

    printf("    re-compile again to acquire the correct look-up table.   \n\r");

    printf("# Connect PD.2 to the signal source.                         \n\r");

    printf("# Press any key to start ADC capturing....\n\n\r");

    getchar();





    /* Reset the ADC numbers of conversion and Start A/D conversion */

    g_u32AdcConvNum = 0;



    PB0 = 0;

    GPIO_SetMode(PB, BIT0, GPIO_MODE_OUTPUT);



    /* Start capturing data. */

    TIMER_Start(TIMER0);



    while (g_u32AdcConvNum != SEQUENCE_LEN)

    {

        /* Wait for the number of ADC data samples reach SEQUENCE_LEN samples. */

        __NOP();

    }



    /* Stop TIMER trigger EADC */

    TIMER_Stop(TIMER0);



    /* Disable EDC module */

    ADC_Close(ADC);



    /* Disable ADC IP clock */

    CLK_DisableModuleClock(ADC_MODULE);



    /* Disable TIMER0 IP clock */

    CLK_DisableModuleClock(TMR0_MODULE);



    /* Disable External Interrupt */

    NVIC_DisableIRQ(ADC_IRQn);



    Display_AdcData(g_i32RealBuffer, SEQUENCE_LEN);



    /* Remove the DC component from the spectrum by zero-mean the time-domain signal before

       performing FFT. Otherwise, it will remain a high DC component at the 0 Hz point. */

    Remove_DC_Component(g_i32RealBuffer, SEQUENCE_LEN);



    /* Transform the time domain signal into frequency domain */

    NuFFT(g_i32RealBuffer, g_i32ImageBuffer, SEQUENCE_LEN);



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

    {

        /* The amplitude of the spectrum could be presented as the sum of square of the real part and the complex part. */

        g_i32Spectrum[i] = (((g_i32RealBuffer[i] * g_i32RealBuffer[i]) + (g_i32ImageBuffer[i] * g_i32ImageBuffer[i])));

    }



    Display_Spectrum(g_i32Spectrum, SEQUENCE_LEN, SAMPLE_RATE);



    while (1);

}