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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

18.3.1 函数arm_sin_cos_f32

18.3.2 使用举例

18.4 定点数SIN和COS

18.4.1 函数arm_sin_cos_q31

18.4.2 使用举例

18.5 Clarke 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

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

如果要看Matlab2012，参考第1版DSP教程：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=3886 。

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：

RAM空间用的DTCM：

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)
{/* 配置MPU */MPU_Config();/* 使能L1 Cache */CPU_CACHE_Enable();/* STM32H7xx HAL 库初始化，此时系统用的还是H7自带的64MHz，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400MHz- 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V7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FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    
}

MPU配置和Cache配置：

数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区（本例子未用到AXI SRAM），FMC的扩展IO区。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: MPU_Config
*    功能说明: 配置MPU
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void MPU_Config( void )
{MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;/* 禁止 MPU */HAL_MPU_Disable();/* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate，Write allocate */MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);/* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);/*使能 MPU */HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
*    功能说明: 使能L1 Cache
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void CPU_CACHE_Enable(void)
{/* 使能 I-Cache */SCB_EnableICache();/* 使能 D-Cache */SCB_EnableDCache();
}

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：

RAM空间用的DTCM：

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)
{/* 配置MPU */MPU_Config();/* 使能L1 Cache */CPU_CACHE_Enable();/* STM32H7xx HAL 库初始化，此时系统用的还是H7自带的64MHz，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400MHz- 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V7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FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    
}

MPU配置和Cache配置：

数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区（本例子未用到AXI SRAM），FMC的扩展IO区。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: MPU_Config
*    功能说明: 配置MPU
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void MPU_Config( void )
{MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;/* 禁止 MPU */HAL_MPU_Disable();/* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate，Write allocate */MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);/* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);/*使能 MPU */HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
*    功能说明: 使能L1 Cache
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void CPU_CACHE_Enable(void)
{/* 使能 I-Cache */SCB_EnableICache();/* 使能 D-Cache */SCB_EnableDCache();
}

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;}}}
}