STM32-F407VG-SDR-(1)中波直采
MicroSound2023/10/01无线电 IP:山东
中文摘要
STM32-F407VG-SDR 中波直采
SDR开发还是一个蛮复杂的任务,上次虽然用python把基本流程跑通了,但是移植到具体的单片机上时还是遇到了不少的困难,突破困难后再看以前遇到的问题可能简单的不值一提,
由于基础差,sdr依赖的知识点又比较多,在未突破前几乎是困难重重,但是最终突破后的成就感还是令人欣慰的。

SDR开发还是一个蛮复杂的任务,上次虽然用python把基本流程跑通了,但是移植到具体的单片机上时还是遇到了不少的困难,突破困难后再看以前遇到的问题可能简单的不值一提,

由于基础差,sdr依赖的知识点又比较多,在未突破前几乎是困难重重,但是最终突破后的成就感还是令人欣慰的。

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workflow.png

这是我设计的流程图

初期为了简化硬件依赖,尽可能充分利用单片机内的自带资源,架构采用的是中波直采架构,

直采架构的优点是不用因硬件变频而需再引入si5351和模拟开关

天线信号,经过LNA低噪放大,直接进入单片机的ADC引脚进行采样,ADC的采样率设置的是2.4M理论上讲可以接收1.2M以内的中波信号

数字化的射频信号经DDC数字下变频,分解为IQ信号,

由于经过下变频,此时的IQ信号在基带,已经不需要2.4M的采样率,下一步经过DEC数据抽取降低到48K,

48K的IQ信号经过AM解码转变为音频数字信号

音频数字信号经过dac转换为模拟信号

模拟信号再经LM386放大后驱动喇叭

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LNA.png

这是我设计的LNA的电路图,为了简化低通网滤波,我直接用磁棒天线和可调电容调谐到一个固定的频率

在LNA上我卡了很长一段时间,最初犯了一个低级而致命的错误,LNA放大倍数不够而导致无法采集到足够的射频信号,因中波信号强度在10uv-到100uv,

经过一级放大有时信号太弱

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lna-20倍.png

这是我放大20倍时的信号波形,可以看到峰峰值只有4mv,此时经过ad转换后无法进行后续解析出音频信号

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lna-400倍.png

这是我增加一级放大后,20x20=400倍的信号波形,可以很明显的看到AM信号了,你们可能想象不到当我看到这个AM波形时自己激动的心情无法言表

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项目依赖.png

这是项目的依赖列表

单片机我选用的是stm32f407vg,选用f4主要是看中f4具有浮点运算能力

开发工具我还是选用我熟悉的vscode

插件还是platfromio

框架是选用的stm32cube框架,也就是基于HAL库来进行的单片机编程

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由于是用stm32cubeide进行的可视化配置,我这里把核心配置做一个说明

工程配置.png

工程配置,代码生成勾选第一个选项

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时钟配置.png

时钟配置144M,这样PCLK2为72M,二分频后36M,36M/15=2.4M可以达到f407的最大采样率

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sys配置.png

SYS配置Timebase Source为SysTick

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rcc配置.png

RCC配置时钟为外部晶振

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adc配置.png

ADC1采用通道IN0,时钟二分频,12位精度,数据右对齐,开启持续转换,开启DMA请求,为了达到最大采样率,使用软件启动

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adc-dma配置.png

DMA开启循环模式,内存指针递增,数据宽度半字

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dac配置.png

DAC开启通道1,启用缓存,time6触发

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dac-dma配置.png

DMA开启循环模式,内存指针递增,数据宽度半字

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tim6配置.png

启用TIM6,72分频,计数模式向上,计数装填21,这样72M/72/21=47.6K,开启自动装填,触发事件为updateEvent

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项目结构.png

这是项目结构

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docs.png

docs是相关截图说明文件

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include.png

include是头文件

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dsp.h.png

dsp.h只公开了compute_lo,process_sig两个函数

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main.h.png

main.h是公共头文件和常量

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src-core.png

src/core文件夹下的内容是通过stm32cubeide可视化工具配置自动生成的代码原样复制过来的,这里面的文件不建议直接修改,方便后期在可视化工具变更后同步覆盖

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dsp.c.png

dsp.c文件是dsp处理的核心文件,几乎所有的dsp相关处理逻辑都在这里,为了提高性能,调用了cmsis-dsp库函数

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lo_iq.png

lo_i,lo_q是NCO查表数据变量

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compute_lo.png

compute_lo是根据选择的频率生成NCO查表数据

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mix_sig.png

mix_sig是数字混频函数

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sum_filter.png

sum_filter是我自己编写的移动求和过滤抽取器,后面会用多级cic进行替代

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demod_am.png

demod_am是am解码函数

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int2float.png

int2float是把数字射频信号映射到[-1,1]之间方便混频,混频数据值也在[-1,1]这个范围

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float2int.png

float2int是把[-1,1]范围的数据重新映射到[0,4096]之间

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process_sig.png

process_sig是把上面的dsp处理逻辑串联起来进行数据处理

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main.c.png

main.c是程序主文件

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adc-value.png

adc_value,dac_value是adc,dac数据存储变量

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Error_Handler.png

Error_Handler是异常处理函数

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SystemClock_Config.png

SystemClock_Config是系统时钟配置函数

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main.png

main函数是程序入口文件,在这里进行硬件初始化设置

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HAL_ADC_ConvHalfCpltCallback.png

HAL_ADC_ConvHalfCpltCallback,HAL_ADC_ConvCpltCallback是adc采集一半和完成回调,回调函数里面把adc数据传递给process_sig进行数据处理,处理后的音频数据填充到dac

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add_hardfloat.py.png platformio.png

这里有个注意事项就是platfromio默认配置是未开启浮点运算的,需要增加一个脚本和配置项才能正常启用浮点运算

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test.python.png

Test目录是我用python写的算法测试

creatSignal是模拟信号创建

sum_filter是滑动求和过滤器

compute_lo是NCO数据表创建

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compte-lo.png

sum-filter.png

我们来测试一下NCO数据表创建和滑动求和过滤器

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项目工程介绍完了,我们来试听一下效果,由于未进行进一步的滤波处理,噪音较大,但是能够出声,说明整体逻辑是正确的,这是艰难而伟大的一步跨越,为后续学习优化奠定了基础。

项目地址:direct-rf-v1中分支

XXXXXXXXXXXXXXXXX/zhuxianguo/stm32-f407vg-sdr

视频链接:

【STM32-F407VG-SDR-中波直采架构-哔哩哔哩】 XXXXXXXXXXXXXX/ohKx7ZD

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为保证文章的完整性,补充项目代码和视频文件如下:

项目代码:

attachment icon stm32-f407vg-sdr-v1.zip 921.08KB ZIP 17次下载

视频文件:

STM32-F07VG-SDR.mp4 点击下载

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[修改于 9个月5天前 - 2023/10/14 20:05:04]

来自:电子信息 / 无线电动手实践:实验报导严肃内容:专业科普
8
8
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~~空空如也
zkf0100007
9个月19天前 IP:湖南
925757

厉害厉害,赞一个

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3DA502
9个月11天前 修改于 9个月11天前 IP:河南
926066

天线这里是20*20的放大

在三极管这边稍微处理一下,调个工作点,可能就直接出音频了

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MicroSound作者
9个月9天前 IP:北京
926150
引用3DA502发表于2楼的内容
天线这里是20*20的放大在三极管这边稍微处理一下,调个工作点,可能就直接出音频了

实际AM信号完全可以不用IQ解调,用数字半波检波,IQ信号优势更多的是可以解调SSB边带信号,ASK,FSK,PSK等数字信号,这里用IQ信号解调AM纯粹是因为AM信号算法最简单,方便学习信号处理入门而已

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leifeng
8个月25天前 IP:广东
926540

牛!后面可以考虑使用内置高速ADC的芯片实现更多的功能了



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c150
4个月12天前 IP:湖北
930079

每当看到这种帖子,总能让我为之一振,感觉到了未来和希望。

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cctv8139
3个月11天前 IP:浙江
930923

新结构的中波收音,挺复杂的

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WernerPleischner
1个月4天前 IP:广东
932902

没抗混叠滤波器

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MicroSound作者
2天9时前 IP:北京
934168
引用WernerPleischner发表于7楼的内容
没抗混叠滤波器

有前置lc选频的

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2009/05/06注册,5时8分前活动

今日种种,似水无痕。

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