FPGA 快速傅里叶变换实现与配置

最重要的是起始符和结束符、输入信号要换成补码格式。起始符上升沿代表数据开始输入，结束符上升沿代表数据结束输入。结束符在起始符的前一个时钟信号上升沿开始。

3. 数据处理

获取输出数据的实部、虚部、指数后，首先进行补码转原码，再进行能量谱转换。在输出数据有效的情况下，获取起始符和结束符，注意幅频特性线的对称性，只取前 N/2 部分。

4. 代码实现

// 1024 points FFT and search peak // Use 1024kHz sampling frequency, for the resolution frequency will be about 1kHz
wire signed [11:0] Data_signed;
assign Data_signed = Din[11] ? Din - 12'h800 : Din + 12'h800; // 偏移至有符号范围（-2048~2047）
reg [9:0] sample_count; // 0~1023
always @(posedge clk1024k) begin
    if (sample_count == 10'd1023)
        sample_count <= 0;
    else
        sample_count <= sample_count + 1;
end
// Gain FFT frame
wire sink_sop;
wire sink_eop;
assign sink_sop = (sample_count == 10'd0);
assign sink_eop = (sample_count == 10'd1023);
wire [11:0] real_out;
wire [11:0] imag_out;
wire source_valid;
wire freq_start;
wire freq_end;
wire [5:0] exp;
fft1024 u_fft (
    .clk(clk1024k),
    .reset_n(1),
    .inverse(0),
    .sink_valid(1),
    .sink_sop(sink_sop),
    .sink_eop(sink_eop),
    .sink_real(Data_signed),
    .sink_imag(12'b0),
    .sink_error(2'b00),
    .source_ready(1),
    .source_valid(fft_valid),
    .source_real(real_out),
    .source_imag(imag_out),
    .source_error(),
    .source_sop(freq_start),
    .source_eop(freq_end),
    .source_exp(exp)
);
// Gain magnitude
wire [11:0] real_num;
wire [11:0] imag_num;
wire [23:0] power;
assign real_num = real_out[11] ? (~real_out + 1) : real_out;
assign imag_num = imag_out[11] ? (~imag_out + 1) : imag_out;
assign power = (real_num * real_num) + (imag_num * imag_num);
wire [11:0] magnitude_temp;
wire [17:0] magnitude;
sqrt u_sqrt(
    .radical(power),
    .q(magnitude_temp)
);
assign magnitude = magnitude_temp << exp;
// Get spectrum
reg [9:0] cnt;
reg freq_end_d;
always @(posedge clk1024k) begin
    if (freq_start)
        cnt <= 0;
    else if (fft_valid)
        cnt <= cnt + 1;
    if (fft_valid && cnt <= 10'd512) begin
        // magnitude 即为当前频率下的幅频特性
    end
end

四、注意事项

调试中发现问题常出现在 FFT 模块芯片上，可能是数据输入模式选择的问题。除了 Streaming 输入方式，其他模式或多或少要用到内存，可能导致输出错乱。即使使用 Streaming，起始标志和结束标志也需要仔细推演，避免标志符错位。

建议：1. 不太会使用内存的，建议使用 Streaming；2. 使用 Streaming 输入方式时，起始标志和结束标志需要仔细推演，确保无错位现象。

总结

以上撰写基于实际操作的正确做法，存在小漏洞实属正常。如果是为满足工程需要，使用系统的 IP 核配置比自行编写代码更优，因为自行实现消耗资源较大。