尝试了一下使用STM32实现SDR

        使用SDR的时候,总是离不开电脑。但是如果去野外接收,带着电脑总是不方便。虽然有时还是离不开电脑,但是还是想用便携的接收机。所以就想着自己DIY一个。这次使用STM32F4来完成,并且测试一下STM32F4的能力,为大家DIY提供一个思路。

同时,使用SDRpaly时。发现MSI001简直是神器。MSI001使用零中频模式的话,带宽最低可以设置到200k。STM32F4完全可以采下来。这样就可以实现接收一些基础信号了,虽然200K限制很大。最后,搞到了MSI001的数据手册,在寒假的时候打了一块MSI001的板子,之后按照手册用单片机驱了一下,看看能不能出信号。但是不管怎么搞,都不出信号。因为我这里有一个SDRplay。用逻辑分析仪抓了一下,完全按照抓到的东西写进去然而发现,还是驱不起来。

       但是,为了验证STM32F4是否能完成这项工作,我就先参考MCHF等机器的结构,制作一个短波的接收机。来测试STM32F4。

显示使用800X480的屏幕,绘制了简单的ui,效果如下。

 


        接收视频https://www.bilibili.com/video/av49427390

        


        加上瀑布图视频

        



        为了观察各个功能消耗的时间,使用空闲的IO输出状态,使用逻辑分析仪观察。

 


        需要的时间如下

        (1)两个ADC设置采样率为200K,经计算需要5.120ms,测试结果与计算相同。

 


         (2)进行1024点复数FFT运算需要0.625ms。

        (3)FFT结果显示是最耗费时间的,一般在4ms到7ms之间。

        (4)瀑布图显示需要3.699ms。

        (5)125阶fir滤波需要3.058ms。

        (6)滤波加上抽取和AM解调需要3.712ms。

        结论

        经过测试,STM32F4的运算能力确实较强,开启FPU的情况下,FFT只需要0.625ms。在只显示FFT结果的模式下,FFT运算加上其他的一些处理程序需要2.8ms,但是再加上显示程序的4ms到7ms远超5.120ms。这个时候就要丢掉一些缓冲内容。在单独解调的模式下,需要3.712ms,小于5.120ms,单独解调是可行的。但是显示频谱同时解调就很糟糕了,所以不能显示时解调。同时,如果想要瀑布图的范围加宽,对内存的需求也上升了。

         上面这些情况都是在200K的采样率下的结果。如果同MCHF一样,使用48K的采样率的话,时间就很充裕了。但是,就没办法使用msi001了。当然,程序还可以再优化一下,比如把FFT结果显示改为不填充的画点就可以节约一些时间,还有降低FIR滤波器的阶数来换取一点时间。或者减小屏幕分辨率,也会节约时间。解决时间问题和驱动问题,那么stm32F4+msi001的方案还是可行的。

         FM解调没有尝试过,记得kcdemo的项目使用过F4来解调FM。

         经过这次测试。在STM32等平台上搞这种事情,有种吃力不讨好的感觉,并且应用也很受限制。所以我想到还可以使用卡片计算机加SDRpaly的方案。比如使用全志芯片的核心板,加上SDRplay的电路和显示电路,上ubuntu。资源就要好好多。而且不用重复造轮子了。比如使用下面这种。有时间尝试一下是否能够实现。

        一些参考资料

        MCHF接收部分原理图

mcHFx_logic_a_5_Oct_2017.pdf495k17次下载

        很多简易SDR所使用的方案,其实和MCHF相同,都是开关混频。

        有人使用了STM32F429ADC直接采样,搞了个中波(没有覆盖完整)电台。可以参考一下

ARM_Radio.pdf2.26M51次下载


[修改于 3 个月前 - 2019-07-10 22:03:48]

来自 无线电
2019-7-10 18:44:32
1楼

或许可以用2块单片机来解决时间紧张的问题。比如一块负责A/D转换和运算,另一块专用于刷显示、读按键等操作。为降低成本,第二块可以用更廉价的51等(毕竟对运算速度要求不高)。

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2楼
引用 Robot_V1 发表于 1 楼的内容:
或许可以用2块单片机来解决时间紧张的问题。比如一块负责A/D转换和运算,另一块专用于刷显示、读按键等.....

使用两种MCU虽然会降低硬件成本,但开发成本会爆炸。当然更正确的办法是换成STM32F746(我这而有闲置开发板,可以借给楼主)或者H系列,价格依然十分低廉。

宽带FM解调要有一些技巧,尽量采用整数运算,降低精度。窄带FM解调,STM32能够轻松跑。

另外,似乎没有做线性/对数转换,这还将消耗不少的资源。目前显示看起来十分流畅,不错。

如果希望做一个轻量级的作品,并且做到名片盒大小(含电池),个人认为用单板机+ubuntu不是一个好想法,除非是为了学习嵌入式开发。

[修改于 3 个月前 - 2019-07-10 20:04:57]

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3楼

我之前有试过全志A64 + msi2500 + msi001 的方案,msi2500有linux驱动的,USB插入后可以生成一个内核节点读取数据,此外也可以通过 https://github.com/f4exb/libmirisdr-4 这个库来读取到数据,不过后面比较懒就没有深入研究下去了,另外msi001应该是需要提供refclk的,楼主可以检查一下是否有设置正确,我也想抓一下通信协议,不过主要想试试获取msi2500设置下来的VFO频率

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永恒之桔(作者)
4楼
引用 虎哥 发表于 2 楼的内容:
使用两种MCU虽然会降低硬件成本,但开发成本会爆炸。当然更正确的办法是换成STM32F746(我这而.....

确实,现在没有做转换,界面也很简陋。对于处理能力方面,如果还要丰富和完善功能,换成F7确实是个更好的选择。

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永恒之桔(作者)
5楼
引用 smith 发表于 3 楼的内容:
我之前有试过全志A64 + msi2500 + msi001 的方案,msi2500有linux驱动.....

好的,这段时间再看一下是哪里出了问题。请问,refclk是指20脚的REF_IN吗?我这个脚使用有源晶振给的信号,是否可行呢?

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6楼
引用 永恒之桔 发表于 5 楼的内容:
好的,这段时间再看一下是哪里出了问题。请问,refclk是指20脚的REF_IN吗?我这个脚使用有源.....

那个频率应该不是20M的,需要用示波器测一下,我也忘了以前测试是多少,可以再测试一下

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永恒之桔(作者)
7楼
引用 smith 发表于 6 楼的内容:
那个频率应该不是20M的,需要用示波器测一下,我也忘了以前测试是多少,可以再测试一下

我根据数据手册给的24.576M的。只不过我先测一下SDRpaly,看一下是多少。

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2019-7-11 02:22:45
8楼

俺觉得屏幕上FFT更新频率不需要那么高,可以降低一点速度和分辨率,边缘平滑一下会更好


话说之前去LZ宿舍是不是给我演示了个音频FFT??

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9楼

其实这个频谱显示不一定非得要完全覆盖的

例如可以每采样10240个点然后只抽前1024个点来FFT然后显示刷新

只要不是看窄脉冲之类的没什么问题的

[修改于 3 个月前 - 2019-07-11 02:33:04]

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永恒之桔(作者)
10楼
引用 极速外卖 发表于 8 楼的内容:
俺觉得屏幕上FFT更新频率不需要那么高,可以降低一点速度和分辨率,边缘平滑一下会更好话说之前去LZ宿.....

是的,当时用的是F1,搞了个音频的。

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永恒之桔(作者)
11楼

谢谢各位的建议。接下来我再优化一下,尤其是频谱显示的部分。修改显示算法加上降低刷新率,估计会节约不少时间出来。

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2019-7-12 09:11:50
永恒之桔(作者)
12楼

昨天捣鼓了一下,做了一些优化。我尝试了几下,最终把显示频谱的工作划分为了几个部分,在每个5.120ms内完成一部分工作,并且降低了滤波器的阶数。最终把显示和解调放在了一起。

同时运行的视频(可以看到,滤波器阶数降低后,就受到边上较强的台的影响了)


接下来的一段时间,我有时间继续捣鼓一下msi001,争取把它驱起来。

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13楼
引用 永恒之桔 发表于 12 楼的内容:
昨天捣鼓了一下,做了一些优化。我尝试了几下,最终把显示频谱的工作划分为了几个部分,在每个5.120m.....

期待楼主的进一步进展

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14楼
引用 永恒之桔 发表于 12 楼的内容:
昨天捣鼓了一下,做了一些优化。我尝试了几下,最终把显示频谱的工作划分为了几个部分,在每个5.120m.....

FIR可以多用几个,每个阶数少点。解调出来的音频如果不是算法有问题的话,低通一下,感觉听到超声波了。

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2019-7-13 09:05:45
永恒之桔(作者)
15楼
引用 虎哥 发表于 14 楼的内容:
FIR可以多用几个,每个阶数少点。解调出来的音频如果不是算法有问题的话,低通一下,感觉听到超声波了。.....

好的,我去试一下多个FIR。

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2019-7-14 11:52:03
2019-7-14 11:52:03
16楼

双核高频单片机感觉合适

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17楼

Jlink10那个片子就是个成熟的双核

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18楼
引用 永恒之桔 发表于 7 楼的内容:
我根据数据手册给的24.576M的。只不过我先测一下SDRpaly,看一下是多少。

从2500框图看  应该是24/2=12

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2019-7-15 21:35:15
2019-7-15 21:35:15
永恒之桔(作者)
19楼
引用 huangqi412 发表于 18 楼的内容:
从2500框图看  应该是24/2=12

今天我测了一下SDRpaly,给msi001的是24MHz。

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2019-7-16 21:55:06
2019-7-16 21:55:06
20楼

对于IQ调制解调电路验证,先在这里贴个比较方便的声卡IQ软件


http://www.dxatlas.com/vshaper/





http://www.dxatlas.com/Rocky/Advanced.asp



另外,通过和LZ聊天,得知其解调的原理框图和ARM_Radio的差别好像比较大,如果方便最好画个图贴上来


[修改于 3 个月前 - 2019-07-16 21:56:45]

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2019-7-17 14:54:08
永恒之桔(作者)
21楼
引用 极速外卖 发表于 20 楼的内容:
对于IQ调制解调电路验证,先在这里贴个比较方便的声卡IQ软件http://www.dxatlas.c.....

嗯,好多用Softrock的人就用的rocky。论坛好像有人搞过。(就是那个开关混频的电路图)。

处理过程我之前用gnuradio搞过一下,如下图。


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2019-8-2 09:16:44
2019-8-2 09:16:44
22楼

咋不用树莓派嘞,

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2019-8-23 21:26:00
2019-8-23 21:26:00
23楼

还有ebaz4205矿板呀,xilinx zynq 7010 这样是不是更好实现?

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2019-8-25 11:19:48
2019-8-25 11:19:48
24楼

如果考虑成本的话没必要用那么贵的开发板,而且也没必要跑ubuntu这么臃肿的系统。

我建议可以选一个廉价的单核arm核心板+RTOS的方案。比如下面这种核心板只需30块钱,单核ARM-A7,有专门的LCD接口接液晶屏。


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25楼

请问一下你的瀑布图是怎么画的。我用循环缓存画不出来

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2019-8-26 10:27:49
26楼
引用 唐老鸭 发表于 24 楼的内容:
如果考虑成本的话没必要用那么贵的开发板,而且也没必要跑ubuntu这么臃肿的系统。我建议可以选一个廉.....

这款是做运动dv之类的芯片,不太适合做sdr,其实个人觉得最适合的是A33或者R系列的芯片,用usb1接一个msi2500,把软件接收到的数据显示出来。


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