cordic算法详解
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cordic算法求角度的verilog实现摘要:1.引言2.Cordic 算法简介3.Verilog 实现角度计算的Cordic 算法4.结论正文:1.引言Cordic 算法是一种高效的计算三角函数的算法,特别是在数字信号处理、图像处理和通信系统等领域中。
Cordic 算法的基本思想是将三角函数的计算分解为简单的移位、加法和查表操作。
在此文中,我们将讨论如何使用Verilog 硬件描述语言实现Cordic 算法来计算角度。
2.Cordic 算法简介Cordic 算法是一种用于计算正切、余切、正割和余割等三角函数的算法。
其优点在于避免了除法运算,从而降低了计算的复杂度。
Cordic 算法的核心思想是将三角函数的计算分解为一系列简单的移位、加法和查表操作。
3.Verilog 实现角度计算的Cordic 算法在Verilog 中实现Cordic 算法非常简单。
首先,我们需要定义一个查找表,用于存储Cordic 算法所需的所有参数。
接下来,我们需要实现一个状态机,用于控制算法的执行流程。
最后,我们需要实现一个查表模块,用于根据输入角度和查找表的参数值计算三角函数值。
下面是一个简单的Verilog 代码示例,用于实现Cordic 算法计算角度的功能:```verilogmodule cordic_algorithm(input wire clk,input wire reset,input wire [15:0] in_angle,output reg [15:0] out_angle);// 定义查找表reg [15:0] lookup_table [0:15] = "{16"h0000, 16"h0024, 16"h0048, 16"h0072, 16"h0096, 16"h00B0, 16"h00D4, 16"h00F8,16"h010C, 16"h012E, 16"h014C, 16"h0168, 16"h0184,16"h01AD, 16"h01CE, 16"h01EF};// 定义状态机reg [3:0] state;reg [31:0] accumulator;reg [31:0] result;always @(posedge clk or posedge reset) beginif (reset) beginstate <= 4"b0;accumulator <= 32"b0;result <= 32"b0;end else begincase (state)4"b0: begin// 初始化累积器和结果寄存器accumulator <= 32"b0;result <= 32"b0;state <= 4"b1;end4"b1: begin// 计算结果result = accumulator;state <= 4"b2;end4"b2: begin// 查找表查找result = lookup_table[result];state <= 4"b3;end4"b3: begin// 更新累积器accumulator = (accumulator << 1) + (in_angle << (32 - 1));state <= 4"b0;endendcaseendendassign out_angle = result;endmodule```4.结论本文介绍了如何使用Verilog 硬件描述语言实现Cordic 算法来计算角度。
cordic算法求角度的verilog实现摘要:1.引言2.CORDIC 算法原理3.Verilog 实现4.测试与结果5.结论正文:1.引言CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer,坐标旋转数字计算法)算法是一种求解正切、余切、正弦、余弦等三角函数的算法。
该算法通过迭代坐标旋转的方式,实现角度的精确计算。
在FPGA 设计和数字信号处理领域,CORDIC 算法有着广泛的应用。
本文将介绍一种基于Verilog 的CORDIC 算法实现,以及如何用于求解角度。
2.CORDIC 算法原理CORDIC 算法的基本思想是利用简单的移位、加法和查表运算,迭代计算三角函数值。
以计算正切函数为例,假设输入角度为θ,初始化两个坐标轴(I 和Q)的值都为1,然后进行迭代计算:1)计算k*I + d*Q,其中k 为角度的整数部分,d 为角度的小数部分,I 为余弦值,Q 为正弦值。
2)更新I 和Q 的值:I = I * cos(d) - Q * sin(d),Q = I * sin(d) + Q *cos(d)。
3)判断是否达到精度要求,如果满足则输出结果,否则继续迭代。
3.Verilog 实现以下是一个基于Verilog 的CORDIC 算法求角度的实现:```verilogmodule cordic_algorithm(input wire clk,input wire reset,input wire angle_in,output reg angle_out);reg [31:0] I;reg [31:0] Q;reg [31:0] k;reg [31:0] d;always @(posedge clk or posedge reset) beginif (reset) beginI <= 1;Q <= 1;k <= 0;d <= 0;end else begin// 计算k*I + d*Q[31:0] temp_k = {angle_in[31:0], k[31]};[31:0] temp_d = {angle_in[31:0], d[31]};k <= temp_k;d <= temp_d;// 更新I 和Q 的值I <= I * cos(d) - Q * sin(d);Q <= I * sin(d) + Q * cos(d);// 判断是否达到精度要求if (abs(angle_in - (I + Q)) < 1) beginangle_out <= 32"b0;end else beginangle_out <= 32"b1;endendendendmodule```4.测试与结果为了验证CORDIC 算法的正确性,我们可以编写测试平台并在FPGA 上运行。
CORDIC(COordinate Rotation DIgital Computer)算法是一种基于硬件实现的迭代算法,常用于数字信号处理中的相位和幅度值的估算。
该算法通过迭代旋转输入的坐标,从而快速计算出所需的值。
在估算相位和幅度值的应用中,CORDIC算法可以有效地降低硬件资源的消耗,提高计算效率。
下面将详细介绍CORDIC算法在估算相位和幅度值中的应用。
相位值的估算------相位是描述信号在时间上的相对位置的参数。
在数字信号处理中,通常需要快速估算信号的相位。
CORDIC算法可以通过迭代旋转输入的坐标,快速得到信号的相位值。
具体来说,CORDIC 算法通过旋转输入的坐标,使得相位差逐渐减小,最终达到所需的相位值。
CORDIC算法的实现步骤如下:1. 初始化输入坐标为零,迭代次数为零。
2. 执行迭代过程,每次迭代旋转输入坐标一次,根据旋转角度和迭代次数计算出新的坐标。
3. 判断迭代是否达到所需的相位值,如果没有达到则继续迭代,否则输出结果。
通过CORDIC算法估算相位值具有以下优点:* 硬件资源消耗少,适用于资源受限的环境。
* 计算效率高,能够快速得到所需的相位值。
幅度值的估算------幅度是描述信号振幅大小的参数。
在数字信号处理中,通常需要快速估算信号的幅度。
CORDIC算法同样可以通过迭代旋转输入的坐标,快速得到信号的幅度值。
具体来说,CORDIC 算法通过旋转输入的坐标,使得幅度逐渐增大,最终达到所需的幅度值。
CORDIC算法的实现步骤如下:1. 初始化输入坐标为零,迭代次数为零,幅度值为零。
2. 执行迭代过程,每次迭代旋转输入坐标一次,根据旋转角度和迭代次数更新输入坐标、迭代次数和幅度值。
3. 判断迭代是否达到所需的幅度值,如果没有达到则继续迭代,否则输出结果。
通过CORDIC算法估算幅度值具有以下优点:* 适用于各种信号处理场景,包括调制、解调、滤波等。
* 计算效率高,能够快速得到所需的幅度值。
cordic反旋转迭代算法
CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)反旋转迭代算法是一种用于计算旋转、平移和缩放的数学算法。
它可以用于计算三角函数、对数函数以及其他一些数学函数。
CORDIC算法的核心思想是通过迭代的方式将一个向量旋转到目标方向,同时伴随着一个缩放因子的变化。
具体步骤如下:
1. 初始化:给定一个初始向量(x, y)和一个目标旋转角度θ。
2. 迭代计算:重复以下步骤直到达到预设的精度或迭代次数:
- 对于每一次迭代,计算旋转角度d为θ的2^(-n)倍,其中n为迭代次数。
- 根据旋转角度d,计算cos(d)和sin(d)的近似值。
- 根据近似值和当前向量的x、y分量,计算旋转后的新向量(x', y')。
- 更新当前向量的x、y分量为新向量的x、y分量。
3. 输出结果:当达到预设的精度或迭代次数后,向量(x, y)即为旋转后的结果。
CORDIC算法的关键之处在于通过迭代的方式逼近旋转角度,并且利用三角函数的近似值进行计算,从而减少了计算量。
此外,CORDIC算法还可以通过反向迭代来实现反旋转操作。
总结起来,CORDIC反旋转迭代算法是一种通过迭代逼近旋转角度,并利用三角函数的近似值计算旋转后向量的算法。
它可以用于计算旋转、平移和缩放等数学运算。
cordic核相位计算
CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer,坐标旋转数字计算机)是一种用于计算三角函数(如正弦、余弦、反正弦、反余弦)和超越函数(如对数、指数)的算法。
它最初是为了在数字计算机上执行旋转和平移操作而开发的,但后来被发现可以用于计算各种三角函数和超越函数。
CORDIC算法通过迭代的方式,将旋转操作分解为一系列微小的旋转步骤,每一步都只涉及简单的移位和加减运算。
这种迭代的特性使得CORDIC算法非常适合硬件实现,尤其是在没有专门的三角函数计算单元的情况下。
因此,CORDIC算法被广泛应用于数字信号处理、通信系统、图形处理器和其他需要高效计算三角函数的领域。
在CORDIC算法中,相位计算是其中一个重要的应用。
通过迭代的方式,CORDIC可以有效地计算给定角度的正弦和余弦值,从而间接地计算出该角度的相位值。
通过不断迭代,CORDIC可以在有限的步骤内逼近任意给定的相位角度,因此在相位计算中具有很高的效率和精度。
总的来说,CORDIC算法通过迭代的方式,将复杂的三角函数和
超越函数计算转化为简单的移位和加减运算,使得在没有专门的三角函数计算单元的情况下,也能高效地进行这些计算。
在相位计算中,CORDIC算法可以通过迭代逼近任意给定的相位角度,具有高效和精确的特点。
因此,CORDIC算法在相位计算以及其他三角函数和超越函数计算方面有着广泛的应用。
cordic算法求角度的verilog实现-回复Cordic算法,全称为Coordinate Rotation Digital Computer算法,是一种用于计算三角函数以及其它相关函数的数值方法,它以固定点运算和迭代的方式实现高效的角度计算。
在本文中,我们将详细解释Cordic算法的原理,并给出一个Verilog的实现。
一、Cordic算法的原理Cordic算法是通过将一个向量旋转到目标角度来求角度的方法。
具体而言,Cordic算法使用一个旋转矩阵,通过一系列迭代将原始向量旋转到目标角度。
在每一次迭代中,算法会根据当前向量的角度与目标角度的差值,选择旋转矩阵中的一个旋转角度,将当前向量旋转一定的角度。
二、Cordic算法的基本流程Cordic算法的基本流程如下:1. 初始化:将初始向量以及目标角度设置为输入参数;2. 迭代计算:通过一系列的迭代,将原始向量旋转到目标角度;3. 输出结果:将最终的向量的角度作为输出结果。
三、Cordic算法的迭代计算在Cordic算法的迭代计算中,每一次迭代都会选择一个旋转角度,并将当前向量旋转到该角度。
为了提高计算效率,Cordic算法中使用了一种近似的旋转角度,称为Cordic常数。
四、Cordic常数的计算Cordic常数是在Cordic算法中用于近似旋转角度的固定常数。
Cordic常数的计算是一个关键的步骤,通常使用二进制表示法进行计算。
Cordic 常数可以根据所需的精度和性能来调整,一般越精确的结果会需要更多的迭代次数。
五、Cordic算法的Verilog实现下面是Cordic算法的Verilog实现的基本代码框架:verilogmodule cordic(input [N-1:0] x_in,input [N-1:0] y_in,input [M-1:0] angle_in,output [N-1:0] x_out,output [N-1:0] y_out);定义Cordic常数parameter M = 32; Cordic常数的位宽parameter [M-1:0] c = ; Cordic常数的值定义迭代次数parameter K = ; 迭代次数定义内部变量reg [N-1:0] x_internal;reg [N-1:0] y_internal;always *begin初始化内部变量x_internal = x_in;y_internal = y_in;迭代计算for (i = 0; i < K; i = i + 1)beginif (y_internal > 0)beginx_internal = x_internal + (y_internal >> i);y_internal = y_internal - (x_internal >> i);angle_in = angle_in - c[i];endelsebeginx_internal = x_internal - (y_internal >> i);y_internal = y_internal + (x_internal >> i);angle_in = angle_in + c[i];endendendassign x_out = x_internal;assign y_out = y_internal;endmodule六、Cordic算法的应用Cordic算法在计算机图形学、数字信号处理等领域有着广泛的应用。
cordic 正弦算法 c语言Cordic(COordinate Rotation DIgital Computer)算法是一种用于计算三角函数(如正弦和余弦)的快速算法。
它可以在没有乘法器的情况下实现高效的三角函数计算,因此在一些资源受限的环境中非常有用,比如嵌入式系统或者硬件设计中。
Cordic算法的核心思想是通过迭代的方式,将一个给定角度的旋转分解成一系列微小的旋转,每次旋转都可以通过简单的移位和加减操作来实现。
这样的迭代过程可以在有限的步数内逼近目标角度,从而计算出正弦和余弦值。
下面是一个简单的C语言实现的Cordic正弦算法的示例:c.#include <stdio.h>。
#include <math.h>。
#define N 15 // 迭代次数。
void cordic_sine_cosine(double beta, double s, double c) {。
int i;double factor = 1.0;double angle = 0.0;double K = 0.6072529350088812561694; // K =0.6072529350088812561694 for 16 iterations.for (i = 0; i < N; i++) {。
double sigma = (beta < 0) ? -1 : 1;double temp = c;c += sigma factor s;s -= sigma factor temp;beta -= sigma angle;factor = K;angle = atan(1.0 / (1 << i));}。
}。
int main() {。
double angle = 45.0; // 输入角度。
double radian = angle M_PI / 180; // 角度转换为弧度。
cordic指数运算cCORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)是一种用于计算三角函数和其它复杂函数的算法。
在CORDIC中,指数运算通常是通过迭代旋转操作实现的。
以下是CORDIC中指数运算的简要描述:1.初始化:首先,需要初始化一些参数,如初始角度、旋转方向等。
2.迭代旋转:CORDIC使用一系列旋转操作,每次旋转一个小角度,通过迭代达到目标角度。
这些旋转操作通常是通过微调旋转矩阵实现的。
3.计算指数:在每次旋转后,可以通过一系列的位移和累加操作来逼近目标指数。
这涉及到一些查表和迭代的过程。
4.迭代终止:当达到预定的迭代次数或满足精度要求时,迭代过程终止,得到最终的指数值。
在C语言中,CORDIC算法的实现可能涉及到使用循环结构和一些基本的数学运算,例如加法、乘法和位移操作。
以下是一个简单的伪代码示例:```c#include<stdio.h>#include<math.h>#define ITERATIONS16double cordic_exp(double angle){double x=1.0;//初始值double y=0.0;double z=angle;for(int i=0;i<ITERATIONS;++i){double x_temp=x;x+=y*pow(2,-i);y-=x_temp*pow(2,-i);z-=atan(pow(2,-i));}return x;}int main(){double result=cordic_exp(1.0);//计算e的近似值printf("e的近似值:%f\n",result);return0;}```请注意,这只是一个简单的示例,实际的CORDIC实现可能会更加复杂,具体取决于所需的精度和性能。
CORDIC算法原理与实现引言概述在计算机科学和数学领域,CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)算法是一种用于计算旋转和坐标转换的迭代算法。
由Jack E. Volder于1959年提出,CORDIC算法以其高效、简单的特性在数字信号处理、图形学和通信等领域得到了广泛应用。
本文将深入探讨CORDIC算法的原理和实现,揭示其在现代计算中的重要性。
正文内容1. CORDIC算法的基本原理1.1 旋转向量的基本概念CORDIC算法的核心思想是通过迭代旋转一个向量,使其逐步趋近于目标向量。
这里,向量旋转可以通过一系列坐标变换和旋转操作来完成。
在CORDIC中,旋转角度通常是一个固定的、预先设定的角度,如45度或30度。
1.2 坐标旋转的迭代过程CORDIC算法通过一系列迭代步骤,逐渐调整向量的坐标,使其最终趋近于目标向量。
每一步迭代都包括一个旋转和坐标调整操作,通过这种方式,算法能够在有限次迭代后收敛到所需的结果。
1.3 旋转因子的选择与优化CORDIC算法中,旋转因子的选择对算法的性能有着重要影响。
通过合理选择旋转因子,可以使得迭代过程更快速、更精确。
优化旋转因子的选择是CORDIC算法在不同应用中取得高性能的关键。
1.4 旋转模式与运算精度CORDIC算法支持不同的旋转模式,包括旋转、缩放和坐标转换等。
在应用中,需要根据具体问题选择合适的旋转模式。
此外,算法的运算精度也受到迭代次数的影响,需要权衡计算速度和精度。
1.5 硬件实现与软件实现CORDIC算法可以通过硬件电路实现,也可以通过软件编程实现。
硬件实现通常能够提供更高的运算速度,而软件实现更加灵活,适用于不同的计算平台。
选择合适的实现方式取决于具体应用的要求和硬件资源的可用性。
2. CORDIC算法的应用领域2.1 数字信号处理在数字信号处理领域,CORDIC算法常被用于计算旋转和相位调制等操作。
cordic频偏补偿算法《基于CORDIC算法的数字通信系统频偏补偿方法详解》。
一、啥是CORDIC频偏补偿算法呀?在数字通信系统里呀,信号传输的时候可能会出现频率偏移的问题。
就好比你听广播,有时候会觉得声音怪怪的,这可能就是因为频率没对好。
CORDIC频偏补偿算法呢,就是一种用来解决这个频率偏移问题的方法。
它能把跑偏的频率给调整回来,让信号传输更准确。
比如说,在无线通信中,手机和基站之间通信的时候,如果频率偏了,那通话质量就会受到影响,这时候CORDIC频偏补偿算法就能派上用场啦。
二、CORDIC频偏补偿算法的原理是啥呢?CORDIC算法的核心思想其实就是通过一系列的旋转操作来逼近我们想要的结果。
想象一下,你要把一个歪了的东西摆正,你可能会一点点地去调整它的角度,CORDIC 算法就是类似这样的操作。
它通过不断地旋转信号的相位,来找到正确的频率。
举个例子哈,假设有一个信号的频率本来应该是100Hz,但是因为一些干扰变成了105Hz,这时候CORDIC算法就会根据接收到的信号,计算出这个5Hz的偏差,然后通过一系列的旋转操作,把频率从105Hz调整回100Hz。
具体来说呢,它会根据预先设定好的一些角度值,一步一步地调整信号的相位,直到频率偏差被纠正过来。
三、CORDIC频偏补偿算法的实现步骤是咋样的呀?(一)信号采样。
首先呀,我们得对接收到的信号进行采样。
就好比你要知道一个人的体温,得先用体温计去量一下。
在数字通信里,我们用采样的方法来获取信号的信息。
比如说,我们每隔一定的时间间隔就对信号取一个值,这样就得到了一系列的采样点。
假设我们的采样频率是1000Hz,那就意味着每秒会采1000个点。
(二)计算相位差。
接下来,要计算信号的相位差。
这就像是你要知道一个东西歪了多少度一样。
我们通过比较接收到的信号和本地参考信号的相位,来算出它们之间的差值。
比如说,本地参考信号的相位是30度,接收到的信号相位是35度,那相位差就是5度。
cordic算法求角度的verilog实现
目录
1.引言
2.CORDIC 算法简介
3.CORDIC 算法求角度的 Verilog 实现
4.结论
正文
1.引言
CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer,坐标旋转数字计算机)算法是一种使用简单的移位、加法和查表运算来实现基本的三角函数(正弦、余弦)以及其他一些数学函数(例如反正切、指数、对数等)的高效算法。
在数字信号处理、图像处理、通信等领域有着广泛的应用。
在本文中,我们将介绍如何使用 Verilog 硬件描述语言实现 CORDIC 算法来计算角度。
2.CORDIC 算法简介
CORDIC 算法的基本思想是通过迭代坐标旋转来逼近目标函数值。
对于求解正弦和余弦函数,CORDI 算法分别采用两种不同的迭代方式。
(1)正弦函数的迭代方式:首先通过逆时针旋转,然后通过查表得到对应的正弦值。
接着对旋转后的坐标进行缩放,再进行逆时针旋转,最后再查表得到对应的正弦值。
这个过程需要迭代多次,每次迭代后,正弦值都会更接近目标值。
(2)余弦函数的迭代方式:与正弦函数类似,不同之处在于首先通过顺时针旋转,然后通过查表得到对应的余弦值。
接着对旋转后的坐标进行缩放,再进行顺时针旋转,最后再查表得到对应的余弦值。
这个过程同
样需要迭代多次,每次迭代后,余弦值都会更接近目标值。
3.CORDIC 算法求角度的 Verilog 实现
在 Verilog 中实现 CORDIC 算法求角度,需要首先定义一个查找正弦和余弦值的查表。
然后通过循环实现迭代过程,其中涉及到移位、加法和查表操作。
CORDIC 算法简介CORDIC 算法是一种旋转坐标的方法.设起点坐标为(1)(1)(,)x y ,终点坐标为(2)(2)(,)x y 。
由三角函数知识,得到旋转后的新坐标为(2)(1)(1)(1)(1)(2)(1)(1)(1)(1)cos sin cos (tan )sin cos cos (tan )x x y x y yx y x y θθθθθθθθ=-=-=+=+把cos θ去掉后相当于把旋转后矢量的模减小了,为了保证最终的结果正确,一般在结果的后面乘上一个系数K 。
如果把θ约束成tan 2(0,1,2,)i i L θ-==,则正切项的乘法就变成了简单的二进制的移位运算,没旋转一次,i 加1,由于在/2~/2ππ-内,无论θ正负,cos θ始终是正值,因而可以讲上式改为11(tan )(tan )i i i i i i i i x K x y y K y x θθ++=-⎧⎨=+⎩其中,cos(arctan 2)1/1i i i K d -===±(当逆时针旋转时1i d =+,顺时针旋转时1i d =-)。
又因为(1)1arctan 2arctan 2arctan 22i i i --+-><所以arctan 22i i π∞-=>∑事实上arctan 299.883ii ∞-=>∑也就是说,假设我们从X 轴开始旋转,通过一些列逐次减少的角度旋转后,只要迭代的次数足够多,就可以实现/2~/2ππ-内任意角度的旋转,并且通过加法和移位运算得到目的的横坐标和纵坐标。
每次旋转后得到的实际矢量和目标矢量之间的误差角度(目标角度减去实际角度)如下式:1[arctan 2]i i i Z Z -+=其中,0Z 为目标矢量角度,若0i Z <,则1i d =+。
实际迭代后累计角度为:1[arctan 2]i i i i a a d -+=+其中,00a =。
cordic算法原理CORDIC算法原理。
CORDIC算法是一种用于计算三角函数、双曲函数和其他复杂函数的算法,它可以在不使用乘法器和除法器的情况下进行高效的计算。
CORDIC算法的全称是Coordinate Rotation Digital Computer,即坐标轮换数字计算机。
它最初是由Volder 在1959年提出的,用于计算超宽带信号处理中的正弦和余弦函数。
CORDIC算法在数字信号处理、通信系统、图像处理、雷达系统、全局定位系统(GPS)等领域得到了广泛的应用。
CORDIC算法的原理非常简单,它利用一系列的旋转和缩放操作来逼近目标函数的值。
通常情况下,CORDIC算法使用一个旋转因子K,通过不断地迭代旋转和缩放操作,最终得到目标函数的值。
CORDIC算法的核心思想是将复杂的函数计算问题转化为简单的旋转和缩放操作,从而实现高效的计算。
在CORDIC算法中,旋转和缩放操作是通过一系列的迭代步骤来实现的。
在每一步迭代中,输入数据会被旋转一个固定的角度,同时进行缩放操作,直到达到预先设定的精度要求。
通过不断地迭代旋转和缩放操作,最终得到目标函数的值。
CORDIC算法的迭代步骤非常简单,只需要进行加法、减法和移位操作,因此可以在不使用乘法器和除法器的情况下进行高效的计算。
在实际应用中,CORDIC算法通常用于计算三角函数和双曲函数。
以计算正弦函数为例,CORDIC算法可以通过一系列的旋转和缩放操作来逼近正弦函数的值。
首先,输入数据会被旋转一个固定的角度,然后进行缩放操作,不断地迭代直到达到预先设定的精度要求。
通过这种方式,可以高效地计算出正弦函数的值,而且不需要使用乘法器和除法器。
除了计算三角函数和双曲函数,CORDIC算法还可以用于解决其他复杂的函数计算问题。
例如,在数字信号处理中,CORDIC算法可以用于计算复数的幅度和相位,从而实现高效的信号处理。
在通信系统中,CORDIC算法可以用于计算信号的相位调制和解调制,提高系统的性能和效率。
CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)是一种用于计算三角函数和其他相关函数的算法。
它可以用来计算欧拉公式中的复数指数部分,即计算形如e^(iθ) 的表达式。
欧拉公式表达为: e^(ix) = cos(x) + i * sin(x),其中i 是虚数单位。
CORDIC算法的关键思想是通过一系列旋转步骤,将所需的角度转化为一系列简单的旋转角度,如±π/2, ±π/4, ±π/8 等。
每个旋转步骤都可以通过乘以一个旋转因子来实现。
通过迭代地进行这些旋转步骤,最终可以得到所需的角度的近似值。
以下是使用CORDIC算法计算欧拉公式的伪代码:
1. 初始化x 和y 为1 和0,z 为所需的角度θ。
2. 进行迭代计算:
- 对于每个迭代步骤i,计算旋转因子k_i = atan(2^(-i))。
- 如果z 大于0,将x, y 和z 更新为x - y * 2^(-i), x * 2^(-i) + y,并将z 减去k_i。
- 如果z 小于0,将x, y 和z 更新为x + y * 2^(-i), y - x * 2^(-i),并将z 增加k_i。
- 重复上述步骤直到达到所需的精度。
3. 最终得到的x 和y 分别对应于欧拉公式中的cos(θ) 和sin(θ)。
通过使用CORDIC算法,可以高效地计算欧拉公式中的复数指数部分,从而实现对复数的计算。
COR算法反正切CORDIC算法的原理基于一个关键的观察:任何复数可以通过一个旋转变换转化为实部等于1的复数。
因此,对于给定的a+bi,我们可以的到一个旋转角度θ,使得旋转后的复数具有实部为1,虚部为0。
而这个旋转角度正好是所求的反正切的角度。
CORDIC算法通过多次迭代计算旋转角度的近似值,并将旋转后的复数的实部和虚部逐步逼近1和0,从而逼近反正切的角度。
具体来说,算法的步骤如下:1.初始化:假设要计算的角度为θ,初始值为0。
定义一个旋转因子K,初始值为1、定义一个系数d,初始值为12.迭代计算:通过多次迭代,逐步逼近旋转后的复数的实部和虚部。
-若θ大于0,则执行以下操作:- 将θ减去arctan(d/K)。
-将实部乘以K,将虚部除以K。
-将d乘以2-若θ小于0,则执行以下操作:- 将θ加上arctan(d/K)。
-将实部除以K,将虚部乘以K。
-将d乘以2-重复以上操作,直到θ趋近于0。
3.输出结果:经过多次迭代后,得到的旋转角度即为所求的反正切的角度。
CORDIC算法的优点是简单高效,只需要使用加法、减法、乘法和移位等基本运算即可实现。
它可以在硬件实现中得到高度优化,特别适合用于嵌入式系统和低功耗应用。
此外,CORDIC算法还具有可并行计算和迭代次数可控等优点,使得它成为一种广泛应用的反正切计算方法。
另外,CORDIC算法不仅可以用于计算反正切函数,还可以用于计算正弦、余弦、双曲正弦、双曲余弦等三角函数。
因此,它在许多数学和工程应用中具有广泛的用途。
综上所述,CORDIC算法是一种用于计算反正切函数的迭代算法。
它通过旋转坐标轴、逼近旋转后的复数的实部和虚部来逼近所求的角度。
该算法简单高效,并且可以在硬件实现中得到优化,特别适合用于嵌入式系统和低功耗应用。
此外,CORDIC算法还可以用于计算其他三角函数,具有广泛的应用前景。
cordic下变频原理Cordic下变频原理引言:在现代通信系统中,频率的变换和调整是非常常见的操作。
而Cordic(Coordinate Rotation Digital Computer)算法是一种经典的数字信号处理算法,广泛应用于各种数学运算中,特别是在频率变换中。
本文将介绍Cordic下变频的原理及其应用。
一、Cordic算法简介:Cordic算法是一种通过迭代旋转坐标系的方法来进行各种数学运算的算法。
其基本思想是将一个复杂的运算转化为一系列简单的旋转运算。
Cordic算法的优势在于其简单性和迭代的可重复性,适用于各种数字信号处理应用。
二、Cordic下变频原理:Cordic下变频是指利用Cordic算法来实现频率的变换。
在频率变换中,我们需要将输入信号的频率在一定范围内进行调整,以满足特定的需求。
Cordic算法通过旋转坐标系来实现频率的变换。
具体来说,Cordic下变频可以分为以下几个步骤:1. 初始化:首先需要确定变频的目标频率,以及所需的精度和迭代次数。
通常,我们将目标频率表示为一个固定的角度。
2. 旋转计算:根据目标频率的角度,我们可以通过迭代的方式来计算旋转角度。
通过不断调整旋转角度,我们可以逐步逼近目标频率。
3. 旋转更新:在每一次迭代中,我们会根据计算出的旋转角度来更新坐标系。
通过旋转坐标系,我们可以实现对输入信号的频率变换。
4. 输出计算:最后,我们需要根据旋转后的坐标系来计算输出信号的频率。
通过将旋转后的坐标系投影到输出轴上,我们可以得到变频后的信号。
三、Cordic下变频的应用:Cordic下变频在数字信号处理中有着广泛的应用。
其中,最常见的应用是在通信系统中的频率调整和频谱分析中。
通过Cordic下变频,我们可以实现信号的频率调整,以满足不同的通信需求。
Cordic下变频还可以应用于正交频分复用(OFDM)系统中。
OFDM系统是一种广泛应用于无线通信的调制技术,其中频率的变换是必不可少的操作。
基于CORDIC算法的反余弦运算一、概述反三角函数是在数学和工程学中非常重要的一类函数,其中反余弦函数是其中的一种。
在实际应用中,我们经常需要计算反余弦函数,其计算结果广泛用于信号处理、图形学、航空航天等领域。
在计算机科学中,为了高效地计算反余弦函数值,我们需要采用一种有效的算法来实现。
CORDIC算法就是其中之一。
二、CORDIC算法概述CORDIC算法(COordinate Rotation DIgital Computer)是一种用于计算旋转和超越函数的数值算法。
它最初由J.V. At本人ya于1956年提出,并由Jack E. Volder在1959年对其进行了改进和推广,成为了一种非常有效的算法。
CORDIC算法的核心思想是通过旋转矩阵将一个复杂的函数转化为简单的旋转运算,并且利用迭代的方式逐步逼近函数的值。
CORDIC算法具有硬件实现简单、运算可并行等优点,在数字信号处理、图形处理和通信系统中得到了广泛的应用。
三、CORDIC算法的原理1. 旋转因子的选取CORDIC算法使用一系列可以表示为二进制角度的旋转因子。
在反余弦运算中,我们需要使用反余弦函数的级数展开式,通过旋转因子来逼近反余弦函数的值。
2. 迭代计算CORDIC算法采用一个迭代的方式不断逼近反余弦函数的值。
在每一步迭代中,通过旋转步骤来逐步逼近目标值。
3. 硬件实现由于CORDIC算法中的旋转操作可以表示为移位和加减操作,因此可以很容易地在硬件上实现。
这使得CORDIC算法在嵌入式系统和数字信号处理器(DSP)中得到了广泛的应用。
四、CORDIC算法的反余弦运算实现1. 反余弦函数的级数展开式反余弦函数可以表示为一个无穷级数的形式:arccos(x) = π/2 - x - 1/2 x^3 - 3/8 x^5 - 5/16 x^7 - ...,其中|x| < 1。
2. CORDIC算法的迭代步骤在反余弦函数的计算中,我们可以采用CORDIC算法的迭代步骤来逼近反余弦函数的值。
CORDICThe calculus courses provide us with tools to compute the values of trigonometric functions,for example,via series expansions, polynomial,and rational function approximations.However,these implementations tend to require multiplication and division operations that make them expensive in hardware.In contrast,CORDIC(COrdinate Rotation Digital Computer)algorithms need only adders,shifters and comparators for computing a wide range of elementary functions.The method is especially efficient whenfixed point implementations of signal processing algorithms on hardware are considered.For example,CORDIC is extremely popular in hardware accelerators and also in SIMD(Single-Instruction Multiple Data)realizations.Furthermore,almost all function calculators employ CORDIC. Intel processors used CORDIC for trigonometric functions till80486.CORDIC is a good choice for hardware solutions such as FPGA in which cost(gate count)minimization is more important than throughput maximization.In software implementations CORDIC enables most of the code and data be shared between routines for trigonometric and hyperbolic functions,helping to conserve memory.CORDIC algorithm is often used to implement rotations needed in modulators and demodulators.CORDIC algorithm was introduced in1959by Volder for implementing a real-time navigation computer for aeronautical appli-cations.The algorithm was initially formulated for computing the values of trigonometric functions.In early1970s the CORDIC techniques were extended to exponential,logarithm,forward and inverse circular and hyperbolic functions,ratios and square roots(Walther1971).Its concepts have also been developed to include calculation of the Discrete Fourier Transform(Despain 1974).More recently(Bajard et al1994)efficient hardware technique known as BKM for computing complex exponentials and trigonometric functions was proposed and has since been very widely applied.13.1CORDIC Fundamentals:Vector RotationIn this section,we consider computation of vector rotation illustrated in Fig.1,which maps vector(x,y)to(x′,y′)according to the equationsx′=x cosφ−y sinφ(1)y′=y cosφ+x sinφwhereφis a rotation angle.Note that four multiplications and two additions are needed to compute x′and y′provided that the values of cosφand sinφare available.1If this is not the case,we might consider computing them digitally by series expansion, which is obviously complex.Figure1:Rotation of vector(x,y)vector byφdegrees.3.1.1Concatenation of rotationsAs afirst step towards the CORDIC implementation,we note that ifφ=φa+φb,we mayfirst map(x,y)to(x′′,y′′)using the angleφa,and then map(x′′,y′′)to(x′,y′)using the angleφb.So,it is possible to concatenate mappings for angles φi,(i=0,...,N−1)in order to evaluate the mapping forφ= N−1i=0φi.In the following,we will denote with(x i,y i)and(x i+1,y i+1)the input and output to the rotation byφi:x i+1=x i cosφi−y i sinφi(2)y i+1=y i cosφi+x i sinφi3.1.2Applying arithmetic shift and additionTo proceed,let us assume that−π/2<φi<π/ing tanφ=sinφ/cosφ,equation(2)can be rewritten asx i+1=cosφi(x i−y i tanφi)(3)y i+1=cosφi(y i+x i tanφi)which suggests the computational structure shown in Fig.2.Note that cosφi=cos(−φi)and tanφi=−tan(−φi),so the mapping for a negative angle−φi is the same as forφi except the change of signs in the terms involving the tangent. Multiplication by a power of two corresponds to the arithmetic shift operation,which is cheap to implement.The main idea of the CORDIC algorithm is that multiplication by tanφi can be based on shifting,whentanφi=±2−i,i∈{0,1,2,...}.Under this condition,(3)becomesx i+1=cosφi(x i−d i·y i·2−i)y i+1=cosφi(y i+d i·x i·2−i)(4)3Figure2:Organizing computations of the transform.For some specific anglesφi,multiplication by tanφi can be replaced by an arithmetic shift and some sign manipulation.where d i=+1,ifφi>0,and d i=−1,ifφi<0.Thus,substituting d i=−1for d i=+1corresponds to swapping of signs of the second terms within parentheses,that is,subtraction becomes addition and vice versa.3.1.3Gain compensationHowever,(4)contains still multiplications by cosφi,and if several rotations were concatenated,we would have lots of multipli-cations.To solve the problem,wefirst notice thatφi=arctan(2−i),i∈{0,1,2,...}and√cosφi=cos(arctan(2−i))=1/√Then we divide both sides of(4)by cosφi=1/√1+2−2i.Now,the right hand sides contain just the the shift-and-addition parts of computation,and we get x i+1 and y i+1amplified by the gain a i.To see,how to compensate for the gain,let us multiply by a constant A i both sides in(5),and let A i+1=a i A i.As a result,we get recursive equationsx i+1·A i+1=x i A i−d i·y i A i·2−iy i+1·A i+1=y i A i+d i·x i A i·2−i.(6) These equations give the output of a chain of blocks,where just the shift-add parts of the rotations are computed,and multiplications by cosφi are neglected.After N such steps,we must multiply the results by1/A N to get x N and y N.The value of the gain A N can be calculated usingA N=N−1 i=0√Table1:The gain values tabulated till iteration9.Iteration i Iteration i0516273849component might not be needed as d i’s can be precomputed and tabulated.In the table below we have precalculated thefirst six entries of an arctan(2−i)look-up table.Table2:Precalculated thefirst six entries of an arctan(2−i).Iteration i arctan(2−i)[deg]0.7854126.570.245037.130.06245 1.793.2Using the CORDIC algorithmThe CORDIC algorithm is usually employed in two ways with the number of iterations isfixed in the beginning:1.rotate an input vector by given angle and output the resulting vector2.rotate the given input vector onto the x axis and output the require rotation angle73.2.1Example:Rotating an input vectorLet us initialize z i with the value of the desired rotation angle and then start the iterations of the algorithm using the following equationsx i+1·a i=x i−d i·y i·2−iy i+1·a i=y i+d i·x i·2−iz i+1=z i−d i·arctan(2−i)whered i= −1if z i<0+1otherwiseThe following is an example on rotating an input vector by30degreesFor the reasons of simplicity we initially calculate the resulting angle at four bits of precision(for some reason this expression is used in literature although the relationship between the angle and2−i is a non-linear one).Initially,we let z0=30and start iterating the angle calculations.Notice that this gives us the values of d(direction)needed in calculating the vector coordinates at each iteration.i d i z i+1[deg][deg]0+130.00−45.00=−15.00−15.0026.570.500/0.10002+111.57−14.04=−2.47−2.477.130.125/0.00104......We assume(x0,y0)=(1,0),and notice that z0=30is greater or equal to0,so d0=1,and getx1=x0−d0·y0·2−0=1y1=y0+d0·x0·2−0=1z1=z0−d0·arctan(2−0)=−15degreesNow z1=−15<0,so d1=−1,and the next iteration becomesx2=x1−d1·y1·2−1=1.5y2=y1+d1·x1·2−1=1.5z2=z1−d1·arctan(2−1)=11.57degreesFor convenience,in this example the outcomes of the calculations are presented decimal to avoid the additional understanding effort from binary-to-decimel conversions.In reality,everything should be done in binary arithmetics.As the angle z2is now positive,d2=1.Thenx3=x2−d2·y2·2−2=1.375y3=y2+d2·x2·2−2=0.875z3=z2−d2·arctan(2−2)=−2.47degreesThe angle z3is negative,so d3=−1.We getx4=x3−d3·y3·2−3=1.484y4=y3+d3·x3·2−3=0.703z4=z3−d3·arctan(2−3)=4.66degreesFinally,we perform(a rough)gain correction to obtain0.6073·x4=0.9010.6073·y4=0.4269We can repeat the above calculation in binary representation in which the multiplications by2−i become respective arithmetic shifts to the right.3.3Angle/radius calculation using rotatorThe rotator algorithm can be modified to compute the polar coordinates of the Cartesian coordinates2.The idea is to determine rotationφfor which y′=0in(1).Let us denote the unknown radius with r and the unknown angle withα.When y′=0,φmust be−α,and thereforex′=x cosφ−y sinφ=(r cosα)cos(−α)−(r sinα)sin(−α)=r,so after rotation x′will give the unknown radius(see Fig.4).3.3.1Determining rotation directionsLogic for determining the rotation direction d i must be based on checking the value of y i.Let us assume that the point(x i,y i) lies in the I or IV quadrant,that is,x i≥0.We note that if y i<0we should rotate counterclockwise,and if y i>0,we should rotate clockwise.Let z i correspond to the sum of rotations in clockwise direction,that is,it will converge toα.Then,we have the angle accumulation formulaz i+1=z i−d i·arctan(2−i)(10) with the decision rule(11)d i= −1if y i A i>0+1otherwise.Figure4:Rectangular to polar transform problem:determine the transform,which maps(x,y)to a point on x-axis.3.3.2Extending the range of x coordinateTo use the algorithm for negative x,we must perform an initial rotation which gives x0≥0.One approach is just to consider the sign of ly,if y≥0and we rotate by−π/2,then x0=−y sin(−π/2)=y≥0.On the other hand,if y≤0and we rotate byπ/2,then x0=−y≥0.d init= −1if y>0+1otherwise.(12) and the initial values arex0=−d init·y y0=d init·x z0=−d init·π/2(13)With this initialization,the result z N will converge toαin the range[−π,π].113.3.3The algorithmTo summarize,the rotator transform defined in(1)can be solved with the following steps:ing(12)and(13),compute the initial values of x0=x0A0,y0=y0A0and z0.2.Iterate N times(i=0,...,N−1):(a)Determine the rotation direction d i using(11).(b)Compute x i+1A i+1and y i+1A i+1using shift-add arithmetic based on(6).(c)Update the sum of angles,z i+1,using(10).pensate for the gain A N in the result to obtain x N,which corresponds to the radius coordinate r.z N gives the anglecoordinateα.Example2.Let(x,y)=(3,4).As y>0,d init=−1.First iterations of the algorithm are shown in Fig.5.As A5=1.6457, x5after gives quite accurately the radius r=i y i A i d i[deg][deg]0−3.00+1+7.00+45.0026.572−2.50+1+8.13+57.537.134+0.39−1+8.23+53.98Figure5:CORDIC iterations for mapping(3,4)to polar coordinates.3.4Implementation aspectsAn important notice:in particular the inverse trigonometric function calculations using the simpliest CORDIC algorithms may in some cases suffer from numerical precision problems.Consult the literature for techniques that avoid the problems.They are only slightly more complicated.The benefits of CORDIC algorithms are usually best achived in hardware and SIMD implementations.A rule of thumb in scalar software implementations is that if a hardware multiplier is available,it should be used.Then the trigonometric functions can be conveniently and efficiently computed via series expansions.Notice,however,that in many cases the CORDIC algorithms may converge faster!Many practical CORDIC implementations are based on bit serial binary arithmetics,because bit parallel operations and iterative implementations require a versatile arithmetic shifter(barrel shifter).A pipelined multistage realization may then be an attractive alternative as such an approach also provides a higher throughput.There are several possible optimizations available with CORDIC implementations.For instance,the rotation angles may be13known beforehand.This is the case when rotators are parts in DCT transform computations.Then we dont need to accumulate the angles,and we only need to know the sequence of directions d i.Furthermore,if the sign of the direction may get values-1,0,1,the number of iterations can be reduced.Figure6:A sketch of CORDIC hardware in which the iteration loops have been rolled open.143.4.1Historical noteVolder wasnt thefirst one to invent the CORDIC algorithm.Henry Briggs(1561-1630)in his book Arithmetica Logaritmica in 1624(!),described similar methods to calculate tables of logarithms(btw,invented by Neper,1550-1617).In his start of studies in1977Olli spent a fortune on a programmable HP calculator,and he was astonished to read from the manual that the algorithm for computing the logarithms etc.was based on a method devised by Briggs more than350year earlier.If you are interested you canfind a partial English translation of Arithmetica Logaritmica at /his-tory/Miscellaneous/Briggs/index.html3.5CORDIC example in binary formIn the following we present the earlier example in a binary form progressing through the solution step by step.For the purpose of demonstration we will use s9.5fixed point number format recognizing that this selection may not yield the most precise results.However,this enables us to see some of the difficulties in maintaining the precision.3.5.1ScalingStarting from the easiest element,the scale factor to compensate for CORDIC algorithm gain when the number of iterations is infinite is approximately0.6073.As this scale factor may be needed to correct for thefinal results of CORDIC viax=0.6073·x iy=0.6073·y i15we notice that it would be convenient to be able to implement the multiplication with arithmetic shifts and adds.We immediately see that0.6073·x≈0.5·x+0.125·x−0.015625·x=0.6093·xHere the error due to scaling is approximately0.33%if the number of iterations is infinite.That can be implemented as the following combination of shifts and adds(ashr(x,n)is arithmetic shift right of x by n bits and, ashl(x,n)is arithmetic shift left of x by n bits):0.6073·x≈ashr(x,1)+ashr(x,3)−ashr(x,6)Now,if x=1that is expressed as0001.00000in binary s9.5format,we get0.6073·x≈0000.10000+0000.00100+0000.00000=0000.10100=0.625The error is2.9%,10times the one with our decimal experiment!Another alternative that results in a better precision with s9.5format is0.6073·x≈ashr[(ashl(x,2)+x−ashr(x,3)),3]=ashr[0100.00000+0001.00000+1111.11100,3]=ashr[0100.11100,3]=0000.10011=0.59375The error is2.2%is now smaller,but still a sizable one.In practical implementations we simply connect the signal lines in a manner that corresponds to each shift.3.5.2Using the CORDIC iterations for vector rotationOur task is to rotate an input vector by30degrees.So,first z0=30=0.523rad=0000.10001.What are the errors in this case?16i d i z i+1rad/s9.5rad/s9.50+10000.10001−0000.11001=0111.110000000.011110.500/0.10002+10000.001000.125/0.00104......=0.25=−14.33degrees32We may recall that in our decimal arithmetics solution the result for the angle in thefirst iteration was−15degrees.However, there is nothing to worry,the error is just a characteristic of binary arithmetics.When designing a CORDIC implementation we need to pay careful attention to the precision of the solution.In theory,each iteration gives one more bit of precision,but the tabulated atan(2−i)values set the limit for the number of iterations.When the number of iterations increases,the more precision is needed for the atan(2−i)to determine the direction of rotations. At this point it is also good to remember that the location of the decimal point is only an agreement.As a reminder of the reality,we do not mark it in the binary words in the formulas.17Now z1=111111000<0,so d1=−1,and the next iteration becomesx2=x1−d1·y1·2−1=000100000+ahsr(000100000,1)=1.5y2=y1+d1·x1·2−1=000100000+ahsr(000010000,1)=0.5z2=z1−d1·arctan(2−1)=000000111==7。