第18章       DSP控制函数-更好用的SIN，COS计算

本期教程主要讲解控制函数中的cos和sin函数数值的获取，这里使用的函数比起第13章中使用的sin和cos函数数值的获取要方便很多。

18.1 初学者重要提示

18.2 DSP基础运算指令

18.3 浮点数SIN和COS

18.4 定点数SIN和COS

18.5 Clark正变换和逆变换

18.6 Park正变换和逆变换

18.7 实验例程说明(MDK)

18.8 实验例程说明(IAR)

18.9 总结

18.1 初学者重要提示

1、  Matlab2018a手动加载数据的方法在第13章的13.6章节进行了说明。

18.2 DSP基础运算指令

本章用到的DSP指令在前面章节都已经讲解过。

18.3 浮点数SIN和COS

使用表查找法和线性插值方式来计算正弦和余弦值。

18.3.1 函数arm_sin_cos_f32

函数原型：

void arm_sin_cos_f32(

float32_t theta,

float32_t * pSinVal,

float32_t * pCosVal)

函数描述：

这个函数用于浮点方式计算正弦和余弦值。

函数参数：

第1个参数参数是角度。这里输入角度-180到179就能得到一个周期的正弦或者余弦数值。

第2个参数是转换后求出的sin值。

第3个参数是转换后求出的cos值。

18.3.2 使用举例

程序设计：

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

* 函 数 名: DSP_SIN_COS

* 功能说明: 浮点数cos和sin计算

* 形 参: 无

* 返 回 值: 无

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

static void DSP_SIN_COS(void)

{

int16_t i;

float32_t pSinVal;

float32_t pCosVal;for(i = -180; i < 180; i++)

{

arm_sin_cos_f32(i,&pSinVal, &pCosVal);

printf("i = %d pSinVal = %f pCosVal = %f\r\n", i, pSinVal, pCosVal);

}

}

实验现象：

通过matlab绘制sin函数的输出数据的曲线(绘制方法见第10章的10.4小节)

通过matlab绘制cos函数的输出数据的曲线(绘制方法见第10章的10.4小节)

参数theta的单位是角度。这里输入角度 -2^31 ~ 2^31-1 就能得到一个周期的正弦或者余弦数值

18.4 定点数SIN和COS

使用表查找法和线性插值方式来计算正弦和余弦值。

18.4.1 函数arm_sin_cos_q31

函数原型：

void arm_sin_cos_f32(

float32_t theta,

float32_t * pSinVal,

float32_t * pCosVal)

函数描述：

这个函数用于定点方式计算正弦和余弦值。

函数参数：

第1个参数参数是角度。这里输入角度 -2^31 ~ 2^31-1 就能得到一个周期的正弦或者余弦数值。

第2个参数是转换后求出的sin值。

第3个参数是转换后求出的cos值。

18.4.2 使用举例

程序设计：

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

* 函 数 名: DSP_SIN_COS

* 功能说明: 浮点数cos和sin计算

* 形 参: 无

* 返 回 值: 无

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

static void DSP_SIN_COS(void)

{

int16_t i;

float32_t pSinVal;

float32_t pCosVal;for(i = -180; i < 180; i++)

{

arm_sin_cos_f32(i,&pSinVal, &pCosVal);

printf("i = %d pSinVal = %f pCosVal = %f\r\n", i, pSinVal, pCosVal);

}

}

实验现象：

通过matlab绘制sin函数的输出数据的曲线(绘制方法见第13章的13.6小节)

通过matlab绘制cos函数的输出数据的曲线(绘制方法见第13章的13.6小节)

18.5 Clarke 正变换和逆变换

暂时没有研究。

18.6 Park 正变换和逆变换

暂时没有研究。

18.7 实验例程说明(MDK)

配套例子：

V7-213_DSP控制函数(三角函数)

实验目的：

学习DSP控制函数(三角函数)

实验内容：

启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。

按下按键K1，浮点数格式求sin和cos值。

按下按键K2, 定点数格式求sin和cos值。

使用AC6注意事项

特别注意附件章节C的问题

上电后串口打印的信息：

波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1。

详见本章的3.4  4.4，5.4小节。

程序设计：

系统栈大小分配：

硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：

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

* 函 数 名: bsp_Init

* 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次

* 形 参：无

* 返 回 值: 无

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

void bsp_Init(void)

{/*STM32F407 HAL 库初始化，此时系统用的还是F407自带的16MHz，HSI时钟:

- 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。

- 设置NVIV优先级分组为4。*/HAL_Init();/*配置系统时钟到168MHz

- 切换使用HSE。

- 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。*/SystemClock_Config();/*Event Recorder：

- 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。

- 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V5开发板用户手册第8章*/

#if Enable_EventRecorder == 1

/*初始化EventRecorder并开启*/EventRecorderInitialize(EventRecordAll,1U);

EventRecorderStart();#endifbsp_InitKey();/*按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描*/bsp_InitTimer();/*初始化滴答定时器*/bsp_InitUart();/*初始化串口*/bsp_InitExtIO();/*初始化扩展IO*/bsp_InitLed();/*初始化LED*/}

主功能：

主程序实现如下操作：

启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。

按下按键K1，浮点数格式求sin和cos值。

按下按键K2, 定点数格式求sin和cos值。

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

* 函 数 名: main

* 功能说明: c程序入口

* 形 参: 无

* 返 回 值: 错误代码(无需处理)

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

int main(void)

{

uint8_t ucKeyCode;/*按键代码*/bsp_Init();/*硬件初始化*/PrintfLogo();/*打印例程信息到串口1*/PrintfHelp();/*打印操作提示信息*/bsp_StartAutoTimer(0, 100); /*启动1个100ms的自动重装的定时器*/

/*进入主程序循环体*/

while (1)

{

bsp_Idle();/*这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗*/

/*判断定时器超时时间*/

if (bsp_CheckTimer(0))

{/*每隔100ms 进来一次*/bsp_LedToggle(2);

}

ucKeyCode= bsp_GetKey(); /*读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0*/

if (ucKeyCode !=KEY_NONE)

{switch(ucKeyCode)

{case KEY_DOWN_K1: /*K1键按下，浮点数格式求sin和cos值*/DSP_SIN_COS();break;case KEY_DOWN_K2: /*K2键按下，定点数格式求sin和cos值*/DSP_SIN_COS_Q31();break;default:/*其他的键值不处理*/

break;

}

}

}

}

18.8 实验例程说明(IAR)

配套例子：

V7-213_DSP控制函数(三角函数)

实验目的：

学习DSP控制函数(三角函数)

实验内容：

启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。

按下按键K1，浮点数格式求sin和cos值。

按下按键K2, 定点数格式求sin和cos值。

上电后串口打印的信息：

波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1。

详见本章的3.4  4.4，5.4小节。

程序设计：

系统栈大小分配：

硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：

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

* 函 数 名: bsp_Init

* 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次

* 形 参：无

* 返 回 值: 无

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

void bsp_Init(void)

{/*STM32F407 HAL 库初始化，此时系统用的还是F407自带的16MHz，HSI时钟:

- 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。

- 设置NVIV优先级分组为4。*/HAL_Init();/*配置系统时钟到168MHz

- 切换使用HSE。

- 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。*/SystemClock_Config();/*Event Recorder：

- 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。

- 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V5开发板用户手册第8章*/

#if Enable_EventRecorder == 1

/*初始化EventRecorder并开启*/EventRecorderInitialize(EventRecordAll,1U);

EventRecorderStart();#endifbsp_InitKey();/*按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描*/bsp_InitTimer();/*初始化滴答定时器*/bsp_InitUart();/*初始化串口*/bsp_InitExtIO();/*初始化扩展IO*/bsp_InitLed();/*初始化LED*/}

主功能：

主程序实现如下操作：

启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。

按下按键K1，浮点数格式求sin和cos值。

按下按键K2, 定点数格式求sin和cos值。

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

* 函 数 名: main

* 功能说明: c程序入口

* 形 参: 无

* 返 回 值: 错误代码(无需处理)

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

int main(void)

{

uint8_t ucKeyCode;/*按键代码*/bsp_Init();/*硬件初始化*/PrintfLogo();/*打印例程信息到串口1*/PrintfHelp();/*打印操作提示信息*/bsp_StartAutoTimer(0, 100); /*启动1个100ms的自动重装的定时器*/

/*进入主程序循环体*/

while (1)

{

bsp_Idle();/*这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗*/

/*判断定时器超时时间*/

if (bsp_CheckTimer(0))

{/*每隔100ms 进来一次*/bsp_LedToggle(2);

}

ucKeyCode= bsp_GetKey(); /*读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0*/

if (ucKeyCode !=KEY_NONE)

{switch(ucKeyCode)

{case KEY_DOWN_K1: /*K1键按下，浮点数格式求sin和cos值*/DSP_SIN_COS();break;case KEY_DOWN_K2: /*K2键按下，定点数格式求sin和cos值*/DSP_SIN_COS_Q31();break;default:/*其他的键值不处理*/

break;

}

}

}

}

18.9 总结

本期教程就跟大家讲这么多，有兴趣的可以深入研究下算法的实现。