快速傅里叶C语言程序

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简介:本文介绍了使用C语言编写的快速傅里叶变换的程序。

快速傅里叶变换FFT结果的物理意义,单片机keil C51/avr/dsp程序(已验证)

#include <reg52.h> //AT89C52

//#include <iom128.h> //atmeg128

#include <intrinsics.h>

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

快速福利叶变换C函数函数简介:此函数是通用的快速傅里叶变换C语言函数,移植性强,以下部分不依赖硬件。此函数采用联合体的形式表示一个复数,输入为自然顺序的复数(输入实数是可令复数虚部为0),输出为经过FFT变换的自然顺序的复数,使用说明:使用此函数只需更改宏定义FFT_N的值即可实现点数的改变,FFT_N的应该为2的N次方,不满足此条件时应在后面补0

函数调用:FFT(s);

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#include<math.h>

#define PI 3.1415926535897932384626433832795028841//定义圆周率值

#define FFT_N 128 //定义福利叶变换的点数

struct compx {float real,imag;};//定义一个复数结构

struct compx s[FFT_N];//FFT输入输出:从S[1]开始存放,根据大小自己定义

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

函数原型:struct compx EE(struct compx b1,struct compx b2)

函数功能:对两个复数进行乘法运算

输入参数:两个以联合体定义的复数a,b

输出参数:a和b的乘积,以联合体的形式输出

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

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);

}

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

函数原型:void FFT(struct compx *xin,int N)

函数功能:对输入的复数组进行快速傅里叶变换(FFT)

输入参数:*xin复数结构体组的首地址指针,struct型

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

void FFT(struct compx *xin)

{

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(PI/lei);//w为系数商,即当前系数与前一个系数的商

w.imag=-sin(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

}

}

}

}

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

函数原型:void main()

函数功能:测试FFT变换,演示函数使用方法

输入参数:无

输出参数:无

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

void main()

{

int i;

for(i=0;i<FFT_N;i++)//给结构体赋值

{

s[i].real=1+2*sin(2*3.141592653589793*i/FFT_N);//实部为正弦波FFT_N点采样,赋值为1

s[i].imag=0; //虚部为0

}

FFT(s); //进行快速福利叶变换

for(i=0;i<FFT_N;i++)//求变换后结果的模值,存入复数的实部部分

s[i].real=sqrt(s[i].real*s[i].real+s[i].imag*s[i].imag);

while(1);

}

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