如何获取控制函数中的cos和sin函数数值？

  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

  

•   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 = %frn", 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 = %frn", 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();
#endif
   
    bsp_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：
  
/*
*********************************************************************************************************
*    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();
#endif
   
    bsp_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;
            }
        }
    }
}

  18.9 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。