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cordic原理与fpga实现(1)

已有 2752 次阅读| 2013-10-30 09:14 |个人分类:算法

 

CORDIC算法的来历与用途大家网上随处可以见到,这里写 一下自己的理解。

将P(x,y)旋转角度a得到新的坐标P’(x’,y’)。这里的坐标变换为:

x’= x cos(a) – y sin(a)  = cos(a)(x-y *tan(a))

y’= y cos(a) + xsin(a) = cos(a)(y+x*tan(a))

旋转角度a为常数时,如果tan(a)=2-i ,即可用移位代替乘法便于快速高效在FPGA中实现。每次都旋转固定角度delta, 则cos(delta)=cos(arctan(2-i)).

从而得到简便计算如下:atan(2^-i)的结果是预先计算好存储下来了

K-i=cos(arctan(2-i))

X-i+1--- =k-i -[x-i -– y-i x di x 2-i]

Y-i+1 -=K-i -[y-I + X-I x d-ix 2-i]

  CORDIC有两种模式

1 rotation模式 每次旋转Z一个角度 直到等于要求的角度 即从极坐标变换到直角坐标

2 vectoring 模式 。旋转使与x轴对齐 y=0时得到的z值即所要旋转的角度,由直角坐标到极坐标的变换

CORDIC算法实现极坐标(polar)到直角坐标系(Cartesian)的变换。

   1:  function [horizonal,vertical]=polar2car(mag, pha);
   2:  x =mag;   %令变量x等于极坐标的幅度,在直角坐标中y分量等于零,使其旋转角度pha,得到的分量即是得到在
   3:  y =0;     %直角坐标系里的坐标
   4:  z=pha;
   5:  d=0;
   6:  i=0;
   7:  k = 0.6073; %K 增益
   8:  x = k*x;
   9:  while i<50
  10:      if z<0 d =-1;
  11:      else d = 1;
  12:      end
  13:      xNew=x-y*d*(2^(-i));
  14:      y=y+x*d*(2^(-i));
  15:      z=z-d*atan(1/2^(i));
  16:      i=i+1;
  17:       
  18:       
  19:      x=xNew;
  20:  end
  21:  horizonal = x;
  22:  vertical = y;

CORDIC算法实现直角坐标到极坐标系的变换。

function [mag, pha]= car2polar(x,y);
  
%y =0;
                     %将直角坐标系中的点(x,y)旋转到x轴,旋转的角度即为其极坐标的相位,在x轴的长度等于极坐标的幅度  
d=0;                 %可用于求相位,幅度
i=0;
z=0;
k = 0.6073; %K 增益

while i<50
    if y<0 d = 1;
    else d = -1;
    end
    xNew=x-y*d*(2^(-i));
    y=y+x*d*(2^(-i));
    z=z-d*atan(1/2^(i));
    i=i+1;
     
     
    x=xNew;
end
 x =  x*k;
 mag=x;
 pha=z;
 
验证:

[a,b]= polar2car( 1,pi/3)

a =

    0.5000


b =

    0.8661

[a,b]=  car2polar( 0.5000, 0.8661)

a =

    1.0001


b =

    1.0472

计算正切值atan只需将直角坐标变换为极坐标的程序中取出最后的角度值,即可得到反正切值。
function [ pha]= cordic_arcsin(c);
  
%y =0;
                       %将点(1,0)旋转至其纵坐标=c,旋转的角度为角度 求反余弦也是同样道理  
d=0;
i=0;
z=0;
x=1;
y=0;
k = 0.6073; %K 增益
 xNew =  x* k;
while i<100
    if y<=c d = 1;
    else d =  -1;
    end
    x =xNew-y*d*(2^(-i));
    y=y+xNew*d*(2^(-i));
    z=z+d*atan(1/2^(i));
    i=i+1;
     
     
     xNew=x;
end
 
 %mag=x;
 pha=z;
 
function [pha]= cordic_arccos(c);
  
%y =0;  
d=0;
i=0;
z=0;
x=1;
y=0;
k = 0.6073; %K 增益
 xNew =  x* k;
while i<100
    if x>=c d = 1;
    else d =  -1;
    end
    x =xNew-y*d*(2^(-i));
    y=y+xNew*d*(2^(-i));
    z=z+d*atan(1/2^(i));
    i=i+1;
     
     
     xNew=x;
end
 
 %mag=x;
 pha=z;
function [  pha]= cordic_arctan(x,y);
  
%y =0;
                    %将点(x,y)旋转到x轴所需要的角度  
d=0;
i=0;
z=0;
k = 0.6073; %K 增益
 x =  x*k;
while i<50
    if y<0 d = 1;
    else d = -1;
    end
    xNew=x-y*d*(2^(-i));
    y=y+x*d*(2^(-i));
    z=z-d*atan(1/2^(i));
    i=i+1;
     
     
    x=xNew;
end

 %mag=x;
 pha=z;
function [sine,cosine] = cordic_sine(angle);
% Initialitation
   %%angle=30 ;
    x = 1;
    y = 0;
    z = angle;
    d = 1;
    
    i = 0;          % Iterative factor
   k = 0.6073;     %K Factor
    xNew = k*x;
 while i < 50
     if z <=0 d =-1;
     else d = 1;
     end
     x= xNew -d*y*2^(-i);
     y=y+d*xNew*2^(-i);
     z=z-d*atan(2^(-i));
     i=i+1;
     xNew=x;
 end
cosine = x
sine = y

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