STM32-F407VG-SDR-中波直采

LoveVirus

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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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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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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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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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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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，代码生成勾选第一个选项

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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Timebase Source为SysTick

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RCC配置时钟为外部晶振

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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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DMA开启循环模式，内存指针递增，数据宽度半字

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DAC开启通道1，启用缓存，time6触发

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DMA开启循环模式，内存指针递增，数据宽度半字

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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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这是项目结构

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docs是相关截图说明文件

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include是头文件

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dsp.h只公开了compute_lo，process_sig两个函数

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main.h是公共头文件和常量

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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_i,lo_q是NCO查表数据变量

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compute_lo是根据选择的频率生成NCO查表数据

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mix_sig是数字混频函数

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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是am解码函数

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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是把[-1,1]范围的数据重新映射到[0,4096]之间

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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是程序主文件

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adc_value，dac_value是adc，dac数据存储变量

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Error_Handler是异常处理函数

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SystemClock_Config是系统时钟配置函数

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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，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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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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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分支

https://gitee.com/zhuxianguo/stm32-f407vg-sdr

视频链接：

【STM32-F407VG-SDR-中波直采架构-哔哩哔哩】 https://b23.tv/ohKx7ZD

longshort

做SDR最枯燥、也是最有興味的精髓是信號解調，搞明白相闗的數學變換過程，就可以寫自己的函數了。

guizi676

很棒的项目，后续应该可以通过数字滤波降噪

iffi123

我记得老外有做一个叫arm radio的收音机，是用F429开发板外加电路实现中波直采的，提供了电路和算法实现

这是它的主页  https://hackaday.io/project/171053-arm-radio-for-system-workbench

LoveVirus

iffi123 发表于 2023-10-1 22:06
我记得老外有做一个叫arm radio的收音机，是用F429开发板外加电路实现中波直采的，提供了电路和算法实现

...

这个项目有在看，不过还没完全理解这个项目的算法

girlexplorer

非常好。

可惜老衲不懂c语言。如果源码是basic就好了，老衲可以研究学习一下dsp变频检波原理。

估计至少99%的坛友搞不懂数字信号的变频检波原理。
模拟信号或多或少知道一些。

分立元件

流程图中文就好了，有几个没有看懂是什么意思，简单的应该这样吧：AD采集—数字信号处理—DA转换—功放—喇叭

LoveVirus

hongo 发表于 2023-10-2 10:51
先用两个9018做模拟射频放大，然后送到STM32单片机直接对射频信号进行AD转换，得到的数据用一个预定接 ...

是这个流程，不过我发现我构造的nco表有一点问题，后面会修正这个问题

分立元件

hongo 发表于 2023-10-2 10:51
先用两个9018做模拟射频放大，然后送到STM32单片机直接对射频信号进行AD转换，得到的数据用一个预定接 ...

为什么要用90度的信号混频呢，直接数字解调不可以啊，搞的好复杂

LoveVirus

  2023-10-2 14:35 为什么要用90度的信号混频呢，直接数字解调不可以啊，搞的好复杂

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

HenryYam

楼主这个实践非常好！

接收效果试听中背景噪声较大，这是信号最强的电台吗？

如果电台信号够强，不变频直接检波然后进DAC，是否噪声仍然较大？

据说STM32的ADC本底噪声大，不知道是否这个原因。如果是的话，外挂性能更好的ADC或许能解决。

LoveVirus

HenryYam 发表于 2023-10-2 21:24
楼主这个实践非常好！

接收效果试听中背景噪声较大，这是信号最强的电台吗？

嗯，噪音比较大，一是目前未进行更近一步的滤波处理，stm32自带的adc底噪问题也可以测试下