本篇内容将简要分析STM32自带的DSP库文件,其用汇编语言编写,代码执行效率明显优于C语言,ST公司封装好了了库文件,我们不必看懂其汇编代码,只要会调用接口函数即可。 1,代码分析 首先我们需要在一个已经建立好的工程文件里添加如下编译路径: 工程需要添加的文件如下图:
) B$ \4 ^! V O+ ]7 \" Z 为了产生fft变换信号,我们可以自己产生个采样信号:使用三角函数生成采样点,供FFT计算,fx = 4000 * sin(PI2*i*50.0/Fs) + 4000 * sin(PI2*i*2500.0/Fs) + 4000*sin(PI2*i*2550.0/Fs)。* m# x' c5 `. U
模拟采样数据,采样数据中包含3种频率正弦波:50Hz,2500Hz,2550Hz, lBUFIN数组中,每个单元数据高字(高16位)中存储采样数据的实部,低字(低16位)存储采样数据的虚部(总是为0)。
) G+ F8 U; j C3 i8 q 其中dsp_asm_init()函数的作用是产生采样信号,实际工程应用中我们使用的是ADC采样的处理值。dsp_asm_test()函数的作用是进行FFT变换,并计算各次谐波幅值。具体代码参见下面:
) j+ ]9 |, q7 ^7 F6 ~1 r& D5 i- 1 /*
`# R8 m K2 [9 h5 ]% R6 N% m: {9 Q6 v - 2 *********************************************************************************************************$ O1 q! h0 x: J& T. P; U
- 3 * MICIRUM BOARD SUPPORT PACKAGE
& B/ p3 I% F7 ^5 a+ E0 W5 s - 4 *
% I2 _% g; l, [ N) O - 5 * (c) Copyright 2007; Micrium, Inc.; Weston, FL1 T& K$ y2 E3 ]3 L
- 6 *
- y. ]0 X8 J) |8 m; i - 7 * All rights reserved. Protected by international copyright laws.
# `7 e0 t1 ~- r3 E6 o) B2 ?' d9 N) y - 8 * Knowledge of the source code may NOT be used to develop a similar product.
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' z& _# {+ [; Y# h+ ? - 10 * software available. Your honesty is greatly appreciated.: v- [4 v. W; o1 W
- 11 *********************************************************************************************************
$ P& v1 A/ B; \8 d; R* b1 Q - 12 */
$ g# v* ]+ B( k4 z% G' d9 E6 C - 13 5 k# n9 q1 L2 c9 m4 B
- 14 /*
/ A/ u. `4 P3 ?+ e5 l3 g( K2 ?! G - 15 *********************************************************************************************************0 r, x4 {2 U! ~
- 16 *
/ ?. _" x& |3 k - 17 * BOARD SUPPORT PACKAGE- h8 \+ G7 t+ L& o& J% M; E4 `
- 18 *3 U+ q a F! C. y/ U% g
- 19 * ST Microelectronics STM32
: t' A; W6 t1 B, b3 W% d6 N - 20 * with the/ Q" j! Y) w3 ?8 Q- L5 r! C2 D4 {& q
- 21 * STM3210B-EVAL Evaluation Board8 i, M4 F; t4 }8 `: p: w
- 22 *
& ^1 W) ]* o; | v @; U1 X - 23 * Filename : bsp.c' X# C+ {6 u4 {$ h1 `
- 24 * Version : V1.00: z& ^6 o8 X) t' ?( C5 f+ N
- 25 * Programmer(s) : Brian Nagel7 g( T5 ~1 G: q7 `9 V8 \; ?7 V
- 26 *********************************************************************************************************- _! P. K! l1 z' @: o }
- 27 */: N5 ~3 Q* c, }0 |3 c# X! U
- 28 4 Y2 f, r1 ^* \6 r: Y o
- 29 /*7 f2 d4 R( D: z6 n2 Q" l( Y$ w$ ^9 P; X
- 30 *********************************************************************************************************
2 P+ Y6 @. z" r+ V4 |" e - 31 * INCLUDE FILES4 x! a; ^( {0 Z$ S7 `5 n
- 32 *********************************************************************************************************% v! e- A/ u+ }* i6 r/ x
- 33 */
' s1 d6 M4 D2 J" @7 S- R - 34 " _% C) D6 Y+ c4 @7 ^" j. e
- 35 #define DSP_ASM' o1 L: D+ y. o- N- f0 k/ D: l8 C) Y
- 36 #include "stm32f10x.h"
5 |0 N1 c. }" r" y" C - 37 #include "dsp_asm.h"
! L! S& c3 Y, r- x& B5 h; y: ^; q+ p# D - 38 #include "stm32_dsp.h", m/ g' ~! R5 N- D; o! ]" `! P
- 39 #include "table_fft.h"
0 \& \6 g3 U, {/ Q - 40 #include <stdio.h>5 h8 Z- J+ \8 a: G' d
- 41 #include <math.h>8 h; T% A6 I" z+ s7 G7 ]) l
- 42
# ]; ?3 P+ u) S5 y! q% ?: z - 43
6 @& @& }7 O# c0 c( W& A Y - 44 /*: C0 u+ K: L5 V; E( {
- 45 *********************************************************************************************************
8 `- ]: O2 u: k' |6 U - 46 * LOCAL CONSTANTS
! {' k% U0 N# p; k - 47 *********************************************************************************************************( C6 ]4 l! {. v3 M
- 48 */4 O9 H6 Y1 L: Q! k; f! I o
- 49 #define PI2 6.283185307179591 I$ [3 a( ^4 m* f8 |2 f: c" |2 V
- 50 #define NPT_1024 1024' j5 m- O6 ~/ |0 h1 ^+ H9 ~ R
- 51 //#define NPT_256 256; R- z; A4 T$ q/ k* C+ ]
- 52 //#define NPT_1024 1024( F$ \8 G8 c+ r+ W/ ?7 c8 i
- 53
. A: @. [: x z' {9 q - 54 // N=64,Fs/N=50Hz,Max(Valid)=1600Hz
& S! k9 e; d; p* z6 E - 55 #ifdef NPT_64* v& S" D9 G- M4 o ~! A
- 56 #define NPT 64
. D" j, D% z6 x% n& l% E- L - 57 #define Fs 3200
) @+ R# c r* G" n! m; }6 m/ T - 58 #endif7 K+ j1 n5 }# r, O% o. y7 f, D7 u6 W
- 59 9 n0 Z4 R' s4 t4 }( O
- 60 // N=256,Fs/N=25Hz,Max(Valid)=3200Hz3 i3 l$ K. ]7 m0 r5 u: p
- 61 #ifdef NPT_2569 {* R- O* E4 ?0 Y& F0 t4 r" y
- 62 #define NPT 256& N( @, s9 y# e1 P. c3 f8 A
- 63 #define Fs 6400
L5 E1 V% X$ H5 J - 64 #endif
: W& ?2 }4 Z2 Z- |* U6 Q7 q, R2 j - 65 1 Q i3 P! {7 m
- 66 // N=1024,Fs/N=5Hz,Max(Valid)=2560Hz
" D' f# I: V. I - 67 #ifdef NPT_1024
, }+ \$ Y2 ~* J - 68 #define NPT 1024( e4 `6 K) a) ?2 d8 d: @, ~
- 69 #define Fs 5120: O s7 N1 }4 ~2 f( x* N
- 70 #endif
& s: g' m0 B1 s" B- y; G& `# K - 71 / U# v6 ?' n, I
- 72 % r9 V' L' ?- M5 r* G1 D7 k7 R7 b
- 73 /*
- `. |. V$ p; S& r - 74 *********************************************************************************************************
; M$ j4 l! P% D$ w- |5 |* l - 75 * LOCAL DATA TYPES& O4 @: s( b" ^0 c5 p, @( F* h5 B
- 76 *********************************************************************************************************& }& g) E/ c7 i5 C- f9 C. |# Y0 G) A
- 77 */
) e% N, F, M& _5 A* M - 78 0 c/ G/ q y a, \- h# V7 i
- 79 4 l& b7 r# {3 S$ ^
- 80 /*# G; Q# N6 |) a" C
- 81 *********************************************************************************************************
& Z4 B+ C' o+ ` - 82 * LOCAL TABLES
$ A! P1 B/ ]0 \ - 83 *********************************************************************************************************. v& q0 V) @ p: ?: E
- 84 */
: X( K0 n- X9 n& R - 85 & M4 l0 G* k# t" h/ Y! F+ R
- 86
; Y8 |& S1 v4 ]9 X I( a - 87 /*
; a$ _' I! \" l8 l - 88 *********************************************************************************************************; l) T1 F0 I' A8 j8 {
- 89 * LOCAL GLOBAL VARIABLES1 A/ L+ T1 \- H
- 90 *********************************************************************************************************
3 k& B2 s& D$ g: r - 91 */
" y5 |/ l6 A, F S) E! \9 X - 92 long lBUFIN[NPT]; /* Complex input vector */
8 u+ u! d) [* D' t- R+ A( W; b - 93 long lBUFOUT[NPT]; /* Complex output vector */. V3 f; c5 B& R" E5 h
- 94 long lBUFMAG[NPT];/* Magnitude vector */
+ `: @3 c1 g8 O0 a% A% n0 ?- E8 G - 95 /*4 t* ^- N: @& i o V! c- |& f7 ]
- 96 *********************************************************************************************************
* | e8 s Q8 T t: B* i2 | - 97 * LOCAL FUNCTION PROTOTYPES
) B; B) `/ @9 y5 p - 98 *********************************************************************************************************2 S+ F$ u L# X Q
- 99 */
/ @: d5 H. y$ m3 S2 k - 100 void dsp_asm_powerMag(void);
/ {" ^! {7 U3 W3 W: G - 101
0 g8 c8 {% s/ N2 \7 P# }% E: v - 102 /*/ t" v4 k5 R. ?1 A
- 103 *********************************************************************************************************, Z5 g' J1 s% F
- 104 * LOCAL CONFIGURATION ERRORS
4 q( [) }$ W3 V' a4 T M v - 105 *********************************************************************************************************6 F U$ V9 K/ y# T; W1 Y
- 106 */
9 T _0 @' t4 Z7 o" L3 Q# ]/ I - 107
* d$ T+ {& S# l" `) |- _: P9 J% r - 108 6 k1 O: s1 }7 N4 B1 X
- 109 /*# l! R4 v' T0 q( W
- 110 ******************************************************************************************************************************1 E* H6 | r# \* X* n
- 111 ******************************************************************************************************************************
0 z" Y# b$ G9 Q3 V; L5 i V3 R - 112 ** Global Functions8 x! V2 {7 `7 U! f
- 113 ******************************************************************************************************************************
/ ~2 B; D8 y" K6 `! O5 V+ C2 _ - 114 ******************************************************************************************************************************
5 I! K! @4 O2 L& m1 x1 M& q9 v - 115 */) U a2 C$ G" }. u
- 116
& b* r9 W" N$ [ u& t2 I8 y - 117 void dsp_asm_init()) _4 B" D: L: }
- 118 {% a# S) s2 S: _1 s6 i
- 119 u16 i=0;7 N; G$ k$ i$ K3 k
- 120 float fx;4 Z; ?6 n4 U# D |. T8 L, G# a9 V
- 121 for(i=0;i<NPT;i++)7 s) X6 m0 l8 F/ N$ o
- 122 {
! U8 c( j' a/ [& u - 123 fx = 4000 * sin(PI2*i*50.0/Fs) + 4000 * sin(PI2*i*2500.0/Fs) + 4000*sin(PI2*i*2550.0/Fs);
, r G' [" S9 z" c7 B - 124 lBUFIN[i] = ((long)fx)<<16;
3 l% q- A# N* b S$ n* `3 O& e - 125 }
; g* m" k6 ^. \1 C5 ?/ \ - 126 }
: r8 I! g& R! r2 r! m - 127
7 R+ X, V" U- b2 h; \ - 128 void dsp_asm_test()
* D, | j1 B S9 ~( K - 129 {: R" h, O* d# j2 x' v
- 130
6 h1 N+ \$ g5 V$ L; n - 131 #ifdef NPT_64
3 [1 f' F5 n2 z, C% }& w. { - 132 cr4_fft_64_stm32(lBUFOUT, lBUFIN, NPT);3 Y* `) E. ?- C/ m# j; Z
- 133 #endif% [2 |2 E8 y8 M
- 134
0 L4 b5 u6 a, G$ \; L5 V- i4 f3 g G$ G - 135 #ifdef NPT_256
; w) C$ z2 M7 U4 z4 q, V( u* _) k - 136 cr4_fft_256_stm32(lBUFOUT, lBUFIN, NPT);
2 t( _! e1 R0 [ O4 V - 137 #endif
- d O* H6 N& d9 R' ^! k! F - 138
% ^2 ~3 ~# p" }9 K3 a - 139 #ifdef NPT_1024
& t( O6 e- X4 E2 G7 D, u+ k; ], q5 E - 140 cr4_fft_1024_stm32(lBUFOUT, lBUFIN, NPT);1 H1 t- ]) u0 u$ A% a3 d
- 141 #endif
( y5 L2 u f2 M - 142
+ X$ s$ A, U2 d0 z9 }( U3 m - 143 // 计算幅值( C) |) _$ M% n4 H, X
- 144 dsp_asm_powerMag();
O* w0 ?; C: R3 H' ?% D+ } T - 145 # U: ?; K% C6 i* c1 T' l& l! h* Q
- 146 }. ]! {/ d5 P7 k& h8 W5 f( }
- 147 8 P: k8 n3 E1 F7 n3 s4 |
- 148 void dsp_asm_powerMag(void), V( @) p$ m4 u7 t l" G% K# z, b, m
- 149 {
7 g+ x+ D6 L; ?) n) C, F9 Z - 150 s16 lX,lY;: Q) M/ m. ~7 ?, a+ f# F% c
- 151 u32 i;% M& C t1 U4 H; t3 q; s
- 152 for(i=0;i<NPT/2;i++)
7 _) [8 d9 P7 o7 J# _; e, q - 153 {
H" g. F- ^9 q: O! i/ m - 154 lX = (lBUFOUT[i] << 16) >> 16;
. c- ^4 N1 r8 m! D: m - 155 lY = (lBUFOUT[i] >> 16);
: P% m8 Y* [+ y3 o, y9 C2 w4 D+ ^* x - 156 {
& G* a5 A- I! W% s# ~3 z5 g2 a - 157 float X = NPT * ((float)lX) /32768;
+ x) w5 n1 |2 ~+ \. X8 b - 158 float Y = NPT * ((float)lY) /32768;3 T* m4 l$ t% B q
- 159 float Mag = sqrt(X*X + Y*Y)/NPT;, S' V2 V+ a9 p( Q. s5 P
- 160 lBUFMAG[i] = (u32)(Mag * 65536);
* R- D; h0 R% ^. M$ ?- [ - 161 }3 X S4 S' P. ]' J7 V
- 162 }
# L: K# q' `+ }' s* a - 163 }
复制代码- 1 /*2 e6 }+ P7 I, z1 P' F5 o
- 2 *********************************************************************************************************$ v/ s$ Z1 \6 a% o1 q0 d' J1 I; e
- 3 * MICIRUM BOARD SUPPORT PACKAGE1 \: x& z- j8 h# u
- 4 *
% ~- u2 k# b5 e; u; j% l' m - 5 * (c) Copyright 2007; Micrium, Inc.; Weston, FL8 w' Q" g9 O8 }& _
- 6 *
: O& s8 m! {) a! G - 7 * All rights reserved. Protected by international copyright laws.7 A# q! W, d# V* w1 Q
- 8 * Knowledge of the source code may NOT be used to develop a similar product.& @: O6 L; a* [/ y8 D8 |/ q
- 9 * Please help us continue to provide the Embedded community with the finest
s* w5 \" i. O3 e) ` - 10 * software available. Your honesty is greatly appreciated.$ Q2 l# B3 z4 u% ^, k9 B
- 11 *********************************************************************************************************
8 G; g" i( c- f! U } - 12 */
: s! t5 [( `9 F - 13
/ M) a) d% {: Q+ S; N% R- A1 K - 14 /*
) ]# L% u! N; t7 ~2 L1 D) u1 N - 15 *********************************************************************************************************2 ~6 ]; c3 U H$ H# ]0 t( L
- 16 *2 w0 }6 @( g v' B# H! p6 u% ` ], _8 b
- 17 * BOARD SUPPORT PACKAGE; j4 B% ^) z) j5 c& ?' M
- 18 *7 i0 O' b* ]4 w" F1 S6 U- U
- 19 * ST Microelectronics STM32
9 n& n- x) U H - 20 * with the
: j" y4 t3 A" j8 ` - 21 * STM3210B-EVAL Evaluation Board
5 t+ P- P1 ^) f. Z/ M - 22 *
# y0 e# u: O& X" L7 \4 S( Z. U - 23 * Filename : bsp.h3 k0 _6 {! i. U/ O
- 24 * Version : V1.00
5 C4 t* ?9 Z. E7 U/ y0 C9 | - 25 * Programmer(s) : Brian Nagel9 u- _! E4 c. I# I* z$ y* G
- 26 *********************************************************************************************************1 K, \$ i5 K- B/ b" L9 s3 ~- l
- 27 */
) \+ a0 H- ?5 j. _% Z4 `1 | - 28
& a" R: y: g7 H- v# J- q - 29 #ifndef __DSP_ASM_H__) q: y4 J" F% K4 J- N( g7 C
- 30 #define __DSP_ASM_H__
' b& W4 u: Y! K% C: w! ^ - 31 . Q% X0 ]: H g
- 32 /*
2 D9 O: Q) T% E" o - 33 *********************************************************************************************************
$ _ ^; @+ c& J) c - 34 * EXTERNS
, W" a; ], a- l( \ - 35 *********************************************************************************************************; L- F0 j/ D) J' ?% }
- 36 */# y0 ]4 B0 F7 \. ^
- 37 ?& Y# \4 ~" U6 f# \2 ?" i% z
- 38 #ifdef DSP_ASM
5 g/ L4 \& l, S! K7 b$ M8 ?8 @ - 39 #define DSP_EXT4 A8 _5 G8 K4 l3 E# m
- 40 #else" o$ u5 E3 x9 l- j/ E5 f; Y
- 41 #define DSP_EXT extern
) m8 u3 i5 i: Y5 h* F - 42 #endif% f$ {6 j1 j* j2 M
- 43 9 z% q( j0 b2 F0 |
- 44 /*
9 z* {' z7 T c) p - 45 ********************************************************************************************************* v# ?4 Z) {7 r, B. d* r/ y4 ^
- 46 * INCLUDE FILES* [$ k! J- F2 b6 Q7 w- Q' Q k
- 47 *********************************************************************************************************
3 ]* S( M* q6 ]' B - 48 */, ~& v1 i! {" m, k- e% u5 b( \
- 49
) r! g( F- ^: p - 50
" z' B+ ]- i( a8 o0 I7 A - 51
2 W- z- Y5 h$ P7 H. E0 n - 52 ; q3 i% `% U1 Q& p& e8 W
- 53 /*
% t1 G, p! E# y5 {9 y - 54 *********************************************************************************************************5 ^( V6 d7 u2 I6 D& X
- 55 * GLOBAL VARIABLES
- Q0 N- N1 X7 g5 u' l& ^5 [1 X$ ]2 C& ] - 56 *********************************************************************************************************2 M+ U0 u, q7 F/ @4 M$ D( @0 m4 n
- 57 */
) `1 J }/ L- |' @7 i( T - 58
2 C9 ]+ h( c% s" V T - 59 ( {( v: P+ k, z/ r1 h* f" g% ]0 Z
- 60 /*
% O/ O# w6 Y5 j0 _ - 61 *********************************************************************************************************# |8 R. r7 E8 o3 e+ Y# i S
- 62 * MACRO'S6 G' U: q# W5 S8 x
- 63 ********************************************************************************************************** G2 G; B3 n" ~
- 64 */4 [1 o+ |8 ?5 _; a
- 65 # X9 I# z& q- J3 ?& W* ]! J
- 66
5 \+ x Z' H5 o - 67 /*: C" k) B' i( ?$ H1 U* v
- 68 *********************************************************************************************************
1 P9 {. z2 ?4 Y5 O - 69 * FUNCTION PROTOTYPES3 h5 j& a5 W& F
- 70 *********************************************************************************************************
( O. |) f) F' T% H1 p( z! _. ] - 71 */
4 f" w7 y" i4 n+ X - 72 * c$ L& P. q, c$ V" W& {: b6 D& @$ g& Y
- 73 void dsp_asm_test(void);
4 A1 M( s5 W$ R% @ - 74 void dsp_asm_init(void);5 K( Q, m: `: C9 [
- 75 : c" B# H1 C! M) ^0 ] B6 m
- 76 #endif /* End of module include. */
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9 f3 n) J8 l: G: i 着重分析下dsp_asm_powerMag()函数的作用,其函数就是求幅值,首先定义的的一个16位的有符号的数据IX 和IY 这两个只是中间变量,然后定义的i,是32位的无符号型。语句的目的是Mag = sqrt(X*X + Y*Y)/NPT。但直接这么写不符合DSP的计算习惯也就是不符合浮点运算的习惯。因此语句在for函数i写道 lX = (lBUFOUT << 16) >> 16 就是取32位的i的低16位数据,lY = (lBUFOUT >> 16);是取高16位数据。下面的两句
( S2 s- p) H2 U8 m6 {& Y( w' S float X = NPT * ((float)lX) /32768; ! d3 e t; ~/ g6 ]
float Y = NPT * ((float)lY) /32768& M1 r: O( B* f; D2 m* J
目的就是把数据浮点化,至于为什么是除以32768 。可以这么说,浮点化就好像10进制里面的科学计数法。32768=2的15次。除以32768也就是去除了浮点数后面的那个基数,只剩下前面的。比如1991 改写成1.991*10的三次幂,再除以10的三次方,只剩下1.991,便于余下的运算。至于最后一句要乘以65536是因为我们定义的数据和我们需要求得的数据都是无符号32位的,之前已经把32位的数据拆开又分别浮点化了又开了个根号,所以再把它变回来 只需要乘以2的16次,也就是65536.比如说问你什么时候生日,你说是19911030,然而DSP是不习惯这么干的,他需要把它拆开为1991和1030。再写成1.991x10的3次方和1.030x10的3次方。然后才能进行其他的运算。, _. m, S/ a6 d) K) |
这里是ST公司采用了DSP专用芯片(主要是指TI)的写法,也就是说尽管DSP的芯片类型很多,数据变量的定义也各有差异,但原理是一样的,最终还是要采用DSP习惯的运算方式。至于为什么一定要采用浮点运算,因为机器是傻子,然而TI公司的工程师是天才。 main函数中我们只需在while(1)前加上dsp_asm_init(); dsp_asm_test();即可。: y8 \, R8 f5 }; D
2,实验现象 注意FFT运算结果的对称性,也即256点的运算结果,只有前面128点的数据是有效可用的。 ① N=64,Fs/N=50Hz,Max(Valid)=1600Hz,64点FFt,采样率3200Hz,频率分辨率50Hz,测量最大有效频率1600Hz 64点FFT运算结果图(局部): 上图中,数组下标X对应的谐波频率为:N×Fs/64=N×3200/64=N*50Hz. lBUFMAG[1] 对应 50Hz谐波幅值。 上图中由于FFT分辨率50HZ,最大只能识别1600Hz谐波,导致结果中出现错误的数据。 ②N=256,Fs/N=25Hz,Max(Valid)=3200Hz,256点FFt,采样率6400Hz,频率分辨率25Hz,测量最大有效频率3200Hz
1 f1 x& ^1 Z* w* R$ |8 C5 @256点FFT运算结果图(局部): 上图中,数组下标X对应的谐波频率为:N×Fs/256=N×6400/256=N*25Hz. lBUFMAG[2] 对应 2×25 =50Hz谐波幅值 lBUFMAG[100] 对应 100×25=2500Hz谐波幅值 lBUFMAG[102] 对应 102×25=2550Hz谐波幅值 ③N=1024,Fs/N=5Hz,Max(Valid)=2560Hz,1024点FFt,采样率5120Hz,频率分辨率5Hz,测量最大有效频率2560Hz 1024点FFT运算结果图(局部): 上图中,数组下标X对应的谐波频率为:N×Fs/1024=N×5120/1024=N*5Hz. lBUFMAG[10] 对应 10×5 =50Hz谐波幅值 lBUFMAG[500] 对应 500×5=2500Hz谐波幅值 lBUFMAG[510] 对应 510×5=2550Hz谐波幅值 ! W2 A( o* v, u. r) O( i; ^
总结:该工程中模拟信号源为:4000 * sin(PI2*i*50.0/Fs) + 4000 * sin(PI2*i*2500.0/Fs) + 4000*sin(PI2*i*2550.0/Fs)。 信号为1个50Hz、1个2500Hz、1个2550Hz的正弦波混合信号,幅值为均为4000。
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