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第18章 DSP控制函數-更好用的SIN，COS計算
本期教程主要講解控制函數中的cos和sin函數數值的獲取，這裏使用的函數比起第13章中使用的sin和cos函數數值的獲取要方便很多。
目錄
18.1 初學者重要提示
- Matlab2018a手動加載數據的方法在第13章的13.6章節進行了說明。
如果要看Matlab2012，參考第1版DSP教程：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=3886 。
18.2 DSP基礎運算指令
本章用到的DSP指令在前面章節都已經講解過。
18.3 浮點數SIN和COS
使用表查找法和線性插值方式來計算正弦和餘弦值。
18.3.1 函數arm_sin_cos_f32
函數原型：
void arm_sin_cos_f32(
float32_t theta,
float32_t * pSinVal,
float32_t * pCosVal)
函數描述：
這個函數用於浮點方式計算正弦和餘弦值。
函數參數：
- 第1個參數參數是角度。這裏輸入角度-180到179就能得到一個週期的正弦或者餘弦數值。
- 第2個參數是轉換後求出的sin值。
- 第3個參數是轉換後求出的cos值。
18.3.2 使用舉例
程序設計：
/*
*********************************************************************************************************
* 函 數 名: DSP_SIN_COS
* 功能說明: 浮點數cos和sin計算
* 形 參: 無
* 返 回 值: 無
*********************************************************************************************************
*/
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);
}
}
實驗現象：
- 通過matlab繪製sin函數的輸出數據的曲線（繪製方法見第10章的10.4小節）
- 通過matlab繪製cos函數的輸出數據的曲線（繪製方法見第10章的10.4小節）
參數theta的單位是角度。這裏輸入角度 -2^31 ~ 2^31-1 就能得到一個週期的正弦或者餘弦數值
18.4 定點數SIN和COS
使用表查找法和線性插值方式來計算正弦和餘弦值。
18.4.1 函數arm_sin_cos_q31
函數原型：
void arm_sin_cos_f32(
float32_t theta,
float32_t * pSinVal,
float32_t * pCosVal)
函數描述：
這個函數用於定點方式計算正弦和餘弦值。
函數參數：
- 第1個參數參數是角度。這裏輸入角度 -2^31 ~ 2^31-1 就能得到一個週期的正弦或者餘弦數值。
- 第2個參數是轉換後求出的sin值。
- 第3個參數是轉換後求出的cos值。
18.4.2 使用舉例
程序設計：
/*
*********************************************************************************************************
* 函 數 名: DSP_SIN_COS
* 功能說明: 浮點數cos和sin計算
* 形 參: 無
* 返 回 值: 無
*********************************************************************************************************
*/
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);
}
}
實驗現象：
- 通過matlab繪製sin函數的輸出數據的曲線（繪製方法見第13章的13.6小節）
- 通過matlab繪製cos函數的輸出數據的曲線（繪製方法見第13章的13.6小節）
18.5 Clarke 正變換和逆變換
暫時沒有研究。
18.6 Park 正變換和逆變換
暫時沒有研究。
18.7 實驗例程說明（MDK）
配套例子：
V6-213_DSP控制函數（三角函數）
實驗目的：
- 學習DSP控制函數（三角函數）
實驗內容：
- 啓動一個自動重裝軟件定時器，每100ms翻轉一次LED2。
- 按下按鍵K1，浮點數格式求sin和cos值。
- 按下按鍵K2, 定點數格式求sin和cos值。
使用AC6注意事項
特別注意附件章節C的問題
上電後串口打印的信息：
波特率 115200，數據位 8，奇偶校驗位無，停止位 1。
詳見本章的3.4 4.4，5.4小節。
程序設計：
系統棧大小分配：
硬件外設初始化
硬件外設的初始化是在 bsp.c 文件實現：
/*
*********************************************************************************************************
* 函 數 名: bsp_Init
* 功能說明: 初始化所有的硬件設備。該函數配置CPU寄存器和外設的寄存器並初始化一些全局變量。只需要調用一次
* 形 參：無
* 返 回 值: 無
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
/*
STM32F407 HAL 庫初始化，此時系統用的還是F407自帶的16MHz，HSI時鐘:
- 調用函數HAL_InitTick，初始化滴答時鐘中斷1ms。
- 設置NVIV優先級分組爲4。
*/
HAL_Init();
/*
配置系統時鐘到168MHz
- 切換使用HSE。
- 此函數會更新全局變量SystemCoreClock，並重新配置HAL_InitTick。
*/
SystemClock_Config();
/*
Event Recorder：
- 可用於代碼執行時間測量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。
- 默認不開啓，如果要使能此選項，務必看V5開發板用戶手冊第8章
*/
#if Enable_EventRecorder == 1
/* 初始化EventRecorder並開啓 */
EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
EventRecorderStart();
#endif
bsp_InitKey(); /* 按鍵初始化，要放在滴答定時器之前，因爲按鈕檢測是通過滴答定時器掃描 */
bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定時器 */
bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */
bsp_InitExtIO(); /* 初始化擴展IO */
bsp_InitLed(); /* 初始化LED */
}
主功能：
主程序實現如下操作：
- 啓動一個自動重裝軟件定時器，每100ms翻轉一次LED2。
- 按下按鍵K1，浮點數格式求sin和cos值。
- 按下按鍵K2, 定點數格式求sin和cos值。
/*
*********************************************************************************************************
* 函 數 名: main
* 功能說明: c程序入口
* 形 參: 無
* 返 回 值: 錯誤代碼(無需處理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
uint8_t ucKeyCode; /* 按鍵代碼 */
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); /* 啓動1個100ms的自動重裝的定時器 */
/* 進入主程序循環體 */
while (1)
{
bsp_Idle(); /* 這個函數在bsp.c文件。用戶可以修改這個函數實現CPU休眠和喂狗 */
/* 判斷定時器超時時間 */
if (bsp_CheckTimer(0))
{
/* 每隔100ms 進來一次 */
bsp_LedToggle(2);
}
ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 讀取鍵值, 無鍵按下時返回 KEY_NONE = 0 */
if (ucKeyCode != KEY_NONE)
{
switch (ucKeyCode)
{
case KEY_DOWN_K1: /* K1鍵按下，浮點數格式求sin和cos值 */
DSP_SIN_COS();
break;
case KEY_DOWN_K2: /* K2鍵按下，定點數格式求sin和cos值 */
DSP_SIN_COS_Q31();
break;
default:
/* 其他的鍵值不處理 */
break;
}
}
}
}
18.8 實驗例程說明（IAR）
配套例子：
V6-213_DSP控制函數（三角函數）
實驗目的：
- 學習DSP控制函數（三角函數）
實驗內容：
- 啓動一個自動重裝軟件定時器，每100ms翻轉一次LED2。
- 按下按鍵K1，浮點數格式求sin和cos值。
- 按下按鍵K2, 定點數格式求sin和cos值。
上電後串口打印的信息：
波特率 115200，數據位 8，奇偶校驗位無，停止位 1。
詳見本章的3.4 4.4，5.4小節。
程序設計：
系統棧大小分配：
硬件外設初始化
硬件外設的初始化是在 bsp.c 文件實現：
/*
*********************************************************************************************************
* 函 數 名: bsp_Init
* 功能說明: 初始化所有的硬件設備。該函數配置CPU寄存器和外設的寄存器並初始化一些全局變量。只需要調用一次
* 形 參：無
* 返 回 值: 無
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
/*
STM32F407 HAL 庫初始化，此時系統用的還是F407自帶的16MHz，HSI時鐘:
- 調用函數HAL_InitTick，初始化滴答時鐘中斷1ms。
- 設置NVIV優先級分組爲4。
*/
HAL_Init();
/*
配置系統時鐘到168MHz
- 切換使用HSE。
- 此函數會更新全局變量SystemCoreClock，並重新配置HAL_InitTick。
*/
SystemClock_Config();
/*
Event Recorder：
- 可用於代碼執行時間測量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。
- 默認不開啓，如果要使能此選項，務必看V5開發板用戶手冊第8章
*/
#if Enable_EventRecorder == 1
/* 初始化EventRecorder並開啓 */
EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
EventRecorderStart();
#endif
bsp_InitKey(); /* 按鍵初始化，要放在滴答定時器之前，因爲按鈕檢測是通過滴答定時器掃描 */
bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定時器 */
bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */
bsp_InitExtIO(); /* 初始化擴展IO */
bsp_InitLed(); /* 初始化LED */
}
主功能：
主程序實現如下操作：
- 啓動一個自動重裝軟件定時器，每100ms翻轉一次LED2。
- 按下按鍵K1，浮點數格式求sin和cos值。
- 按下按鍵K2, 定點數格式求sin和cos值。
/*
*********************************************************************************************************
* 函 數 名: main
* 功能說明: c程序入口
* 形 參: 無
* 返 回 值: 錯誤代碼(無需處理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
uint8_t ucKeyCode; /* 按鍵代碼 */
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); /* 啓動1個100ms的自動重裝的定時器 */
/* 進入主程序循環體 */
while (1)
{
bsp_Idle(); /* 這個函數在bsp.c文件。用戶可以修改這個函數實現CPU休眠和喂狗 */
/* 判斷定時器超時時間 */
if (bsp_CheckTimer(0))
{
/* 每隔100ms 進來一次 */
bsp_LedToggle(2);
}
ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 讀取鍵值, 無鍵按下時返回 KEY_NONE = 0 */
if (ucKeyCode != KEY_NONE)
{
switch (ucKeyCode)
{
case KEY_DOWN_K1: /* K1鍵按下，浮點數格式求sin和cos值 */
DSP_SIN_COS();
break;
case KEY_DOWN_K2: /* K2鍵按下，定點數格式求sin和cos值 */
DSP_SIN_COS_Q31();
break;
default:
/* 其他的鍵值不處理 */
break;
}
}
}
}
18.9 總結
本期教程就跟大家講這麼多，有興趣的可以深入研究下算法的實現。