3. 調(diào)試8027使其發(fā)出單音FM信號(hào)

3.1 輸出24Mhz和驗(yàn)證I2C接口

1. 硬件連接

   將FM_SDR板卡和STM32H750開發(fā)板連接。

本文中所有例子中我們都僅給MSI001使用天線，因?yàn)镼N8027離得很近，發(fā)射端不需要使用天線

本程序中操作的管腳如下描述：

2. PWM輸出24MHz

QN8027芯片需要輸入24MHz的時(shí)鐘作為參考信號(hào)，在這里通過(guò)STM32H750的TIMER2產(chǎn)生24M的方波，提供給QN8027作為輸入?yún)⒖夹盘?hào)。

PWM信號(hào)的關(guān)鍵參數(shù)是頻率和占空比，我們分別看一下如何設(shè)定TIM2來(lái)確定輸出PWM的頻率和占空比：

PWM的輸出頻率=計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)頻率/（計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)上限+1），計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)頻率在上圖中是CK_CNT，它由時(shí)鐘和觸發(fā)控制模塊輸出的CK_PSC經(jīng)過(guò)PSC分頻器得到，因此我們?cè)诔跏蓟疶IM1的時(shí)候選擇時(shí)鐘源為CK_INT，預(yù)分頻器比為1（寄存器中寫入為0），這樣我們的CK_CNT是240MHz；而計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)上限就是自動(dòng)重載寄存器APR的值，設(shè)定為9；

PWM的占空比，由比較寄存器（CCR1-4的值）和計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)上限（APR的值）決定，設(shè)定CCR1為4的話，PWM1的占空比即為（4+1）/（9+1）= 50%。

具體TIMER輸出PWM方法介紹，可以回顧基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)“實(shí)驗(yàn)六TIM1輸出PWM”：

3. 硬件IIC接口配置

芯片的控制接口是I2C協(xié)議，要使芯片正常工作，首先I2C接口的操作要正常。這里利用QN8027的I2C支持可讀可寫，寫入0x00寄存器一個(gè)值，再讀出來(lái)。如果讀出和寫入的一致，說(shuō)明I2C操作正常，芯片可以被控。這樣進(jìn)行后續(xù)調(diào)試才有初步把握。

需要配置STM32H750的硬件I2C，然后發(fā)出控制字操作8027芯片，確認(rèn)板卡和芯片正常工作。I2C工作速度設(shè)為100K.

也可以使用GPIO模擬I2C時(shí)序，可以回顧基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)“實(shí)驗(yàn)十五 矩陣鍵盤和數(shù)碼管顯示—模擬IIC”。

4. 編寫代碼

在main中使能PWM輸出，和讀寫QN8027寄存器

int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM2_Init();
  MX_I2C2_Init();
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_1);//tim2開啟pwm，輸出24Mhz
QN8027_WriteOneByte(0x00, 0x31);	//向寄存器0x00寫入值0x31
HAL_Delay(100);		//延時(shí)100ms
qn8027_read_byte = QN8027_ReadOneByte(0x00);	//讀取寄存器0x00的值
  while (1)
  {
  }
}

添加QN8027驅(qū)動(dòng)代碼

#include "qn8027/qn8027.h"

I2C_HandleTypeDef *qn8027 = &hi2c2; 

//初始化QN8027寄存器,設(shè)為98.5M輸出
uint8_t qn8027_98_5M_reg_tbl[][2]=
{
	0x00, 0x31, 
	0x01, 0xC2,
	0x02, 0xB9,
	0x03, 0x80,
	0x04, 0xB2,
	0x10, 0x32,
	0x11, 0x81, 
};

//在QN8027指定地址讀出一個(gè)數(shù)據(jù)
//WriteAddr  :寫入數(shù)據(jù)的目的地址    
//DataToWrite:要寫入的數(shù)據(jù)
uint8_t QN8027_ReadOneByte(uint8_t ReadAddr)
{				  
	uint8_t temp=0;		  

	HAL_I2C_Mem_Read(qn8027,QN8027_READ,ReadAddr,1,&temp,1,20);

	return temp;
}
//在QN8027指定地址寫入一個(gè)數(shù)據(jù)
//WriteAddr  :寫入數(shù)據(jù)的目的地址    
//DataToWrite:要寫入的數(shù)據(jù)
HAL_StatusTypeDef QN8027_WriteOneByte(uint8_t WriteAddr,uint8_t DataToWrite)
{		
	HAL_StatusTypeDef errorcode = HAL_OK;

	errorcode = HAL_I2C_Mem_Write(qn8027,QN8027_WRITE,WriteAddr,1,&DataToWrite,1,20);
	return errorcode;
}

//Qn8027初始化，初始化成98.5M,改變寄存器參數(shù)配置不同頻率
HAL_StatusTypeDef Qn8027_Init(void)
{
	uint32_t i=0;
	HAL_StatusTypeDef errorcode = HAL_OK;

	//設(shè)置:輸出98.5M
	for(i=0;i< (sizeof(qn8027_98_5M_reg_tbl)/2);i++)
	{
		errorcode = QN8027_WriteOneByte(qn8027_98_5M_reg_tbl[i][0],qn8027_98_5M_reg_tbl[i][1]);  
	}
	return errorcode;
}

5. PWM測(cè)試輸出

如果有條件，可以使用示波器測(cè)試QN8027_REFCLK管腳，觀測(cè)有無(wú)24M的波形。

6. Qn8027讀寫測(cè)試

在keil中用debug單步調(diào)試，先向寄存器0x00寫入值0x31，再讀取寄存器0x00的值，通過(guò)Watch窗口觀察變量qn8027_read_byte值為0X31.說(shuō)明I2C讀寫正確。

如果讀出的值和寫入的值一致，說(shuō)明I2C時(shí)序和8027硬件都沒有問題。那么我們就可以繼續(xù)下一步配置。

注意，I2C時(shí)序?qū)懭脒@一步看上去雖然簡(jiǎn)單，卻是最經(jīng)常出問題的步驟。如果遇到8027沒有反應(yīng)，建議用如下方法排查：

1. 電源測(cè)試：8027供電是否正常；
2. IO通斷測(cè)試：使用IO輸出高低電平，通過(guò)測(cè)量確定PCB焊接正確，且插對(duì)了孔位；
3. I2C時(shí)序測(cè)試：確定I2C的上拉電阻正確，使用示波器或邏輯分析儀捕獲發(fā)出的I2C時(shí)序，判斷是否I2C配置寄存器有錯(cuò)誤；FPGA寫的I2C程序，則要特別留意是否有代碼bug。
4. 8027如果沒有應(yīng)答，觀察是否有虛焊等情況（開發(fā)板發(fā)貨前經(jīng)過(guò)測(cè)試，基本上可以排除電源和8027的焊接問題）。

3.2 將H750內(nèi)部DAC輸出的1KHz正弦波調(diào)制到98.5MHz

下面，我們將使用單片機(jī)的PA4管腳發(fā)出單音（正弦波），頻率1KHz，峰峰值1600mVpp，直流偏置1.65V。接入FMSDR開發(fā)板的調(diào)制信號(hào)管腳DAC_L。單片機(jī)管腳PA15發(fā)出24MHz的PWM信號(hào)，提供芯片的參考時(shí)鐘。通過(guò)I2C接口控制QN8027芯片。

1. 硬件連接

將FM_SDR板卡和STM32H750開發(fā)板連接。

程序中操作的管腳如下描述：

2. DAC輸出1kHz正弦波

   STM32H750開發(fā)板輸出1kHz的正弦波，通過(guò)Timer6產(chǎn)生25k頻率的觸發(fā)事件，DAC配置為外部timer6觸發(fā)中斷。正弦波表長(zhǎng)度為25字長(zhǎng)，每次timer6觸發(fā)事件發(fā)送，在中斷服務(wù)程序中一直循環(huán)發(fā)送波表。

也可以使用TIMER事件觸發(fā)DMA輸出波形方法，可以回顧基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)“實(shí)驗(yàn)二十八 DAC應(yīng)用定時(shí)器觸發(fā)實(shí)現(xiàn)DMA輸出波形”。

DAC驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

定時(shí)器觸發(fā)DAC做DMA數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)思路 實(shí)現(xiàn)思路框圖如下：

3. QN8027設(shè)置輸出頻率為98.5MHZ

   在qn8027.c文件中，添加如下代碼，配置qn8027寄存器如下，第一行是寄存器地址，第二行是寫入寄存器值。（下表對(duì)應(yīng)98.5M的頻點(diǎn)）。寄存器取值參考前面調(diào)試文檔。

I2C配置和操作在前一小節(jié)已經(jīng)講解，可以回顧前一小節(jié)查看。

4. 編寫代碼

   在main中使能PWM輸出，初始化正弦波碼表，開啟TIM6和DAC。初始化qn8027頻率為98.5M.在TIM6_DAC_IRQHandler中斷中更新DAC值。

5. 1khz正弦波輸出測(cè)試

   用示波器測(cè)量DAC輸出（PA4管腳），和經(jīng)過(guò)濾波后波形。CH1（黃色）是DAC發(fā)出的1Khz正弦波，CH2（藍(lán)色）是經(jīng)過(guò)硬件濾波后qn8027輸入管腳的波形。

   

測(cè)試點(diǎn)如下圖（濾波前波形測(cè)量R45下側(cè)，濾波后波形測(cè)量R8左右都行）：

6. 98.5MHz FM信號(hào)測(cè)試

   配置好QN8027后，1KHz的正弦波單音就被調(diào)制在98.5MHz上，用FM收音機(jī)調(diào)到98.5MHz頻點(diǎn)上就可以聽到這個(gè)1KHz的“嘟”聲。 注意：如果當(dāng)?shù)?8.5MHz上有電臺(tái)，可以換一個(gè)空白的頻點(diǎn)，避開已有的電臺(tái)。

成品收音機(jī)的功能是已知的，用已知來(lái)調(diào)試未知，是調(diào)試的基本思路。

除了使用成品收音機(jī)來(lái)驗(yàn)證98.5M上FM調(diào)制的1KHz信號(hào)之外，我們也可以用m302的頻譜儀來(lái)驗(yàn)證，因?yàn)閙302的帶寬有50MHz，輸入的100MHz信號(hào)雖然有衰減，但是在頻域上還是能看見的。

這里涉及到欠采樣理論。欠采樣理論不在這里講解，以圖示來(lái)說(shuō)明。

以98M的頻點(diǎn)為例，用100M采樣。信號(hào)是周期連續(xù)波，采樣脈沖是δ函數(shù)。采樣過(guò)程就相當(dāng)于時(shí)域相乘，對(duì)應(yīng)頻域卷積。就是把信號(hào)的正負(fù)頻譜進(jìn)行搬移。圖中畫出0附近的幾個(gè)搬移，-200M，-100M，0，100M，200M。為了看清楚，每對(duì)之間的高度畫的不一樣，便于區(qū)分。可以看到，在100M位置的搬移上，-98M落在2M位置。

同樣的，如果以10M采樣率采樣，經(jīng)過(guò)多個(gè)奈奎斯特域的翻折，98M的信號(hào)也會(huì)落到2M位置上。

我們將AIN1連接到FM輸出端口，開啟FFT功能：

選擇打開FFT功能

選擇5M帶寬（采樣率10MSPS），可以看到混疊到1.5MHz的FM信號(hào)和4MHz上的時(shí)鐘信號(hào)。如下圖。

暫停后將頻率軸展寬到1.4M - 1.6M，可以清晰看到混疊到1.5MHz的FM信號(hào)：

從實(shí)驗(yàn)過(guò)程可以看到，欠采樣會(huì)出現(xiàn)頻譜翻折，諧波翻折，混頻翻折，會(huì)有多個(gè)頻譜線。所以實(shí)際中如果要利用欠采樣來(lái)采樣高頻信號(hào)，需要添加濾波器。這里只是利用了欠采樣來(lái)查看QN8027是否發(fā)出了設(shè)置的頻點(diǎn)。

使用成品收音機(jī)或者使用頻譜儀，確認(rèn)QN8027發(fā)出正確的單音FM信號(hào)后，我們就可以使用這個(gè)“已知的單音FM信號(hào)”來(lái)調(diào)試MSi001了。單音比直接收電臺(tái)的音頻更簡(jiǎn)單直觀的看到MSi001的采集、解調(diào)和濾波各個(gè)步驟的波形，并和已知正確波形進(jìn)行對(duì)比。