使用STM32调试FMSDR模块及解调FM电台（2）

3. 调试8027使其发出单音FM信号

3.1 输出24Mhz和验证I2C接口

1. 硬件连接

   将FM_SDR板卡和STM32H750开发板连接。

本文中所有例子中我们都仅给MSI001使用天线，因为QN8027离得很近，发射端不需要使用天线

本程序中操作的管脚如下描述：

2. PWM输出24MHz

QN8027芯片需要输入24MHz的时钟作为参考信号，在这里通过STM32H750的TIMER2产生24M的方波，提供给QN8027作为输入参考信号。

PWM信号的关键参数是频率和占空比，我们分别看一下如何设定TIM2来确定输出PWM的频率和占空比：

PWM的输出频率=计数器计数频率/（计数器的计数上限+1），计数器计数频率在上图中是CK_CNT，它由时钟和触发控制模块输出的CK_PSC经过PSC分频器得到，因此我们在初始化TIM1的时候选择时钟源为CK_INT，预分频器比为1（寄存器中写入为0），这样我们的CK_CNT是240MHz；而计数器的计数上限就是自动重载寄存器APR的值，设定为9；

PWM的占空比，由比较寄存器（CCR1-4的值）和计数器计数上限（APR的值）决定，设定CCR1为4的话，PWM1的占空比即为（4+1）/（9+1）= 50%。

具体TIMER输出PWM方法介绍，可以回顾基础实验“实验六TIM1输出PWM”：

3. 硬件IIC接口配置

芯片的控制接口是I2C协议，要使芯片正常工作，首先I2C接口的操作要正常。这里利用QN8027的I2C支持可读可写，写入0x00寄存器一个值，再读出来。如果读出和写入的一致，说明I2C操作正常，芯片可以被控。这样进行后续调试才有初步把握。

需要配置STM32H750的硬件I2C，然后发出控制字操作8027芯片，确认板卡和芯片正常工作。I2C工作速度设为100K.

也可以使用GPIO模拟I2C时序，可以回顾基础实验“实验十五 矩阵键盘和数码管显示—模拟IIC”。

4. 编写代码

在main中使能PWM输出，和读写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开启pwm，输出24Mhz
QN8027_WriteOneByte(0x00, 0x31);	//向寄存器0x00写入值0x31
HAL_Delay(100);		//延时100ms
qn8027_read_byte = QN8027_ReadOneByte(0x00);	//读取寄存器0x00的值
  while (1)
  {
  }
}

添加QN8027驱动代码

#include "qn8027/qn8027.h"

I2C_HandleTypeDef *qn8027 = &hi2c2; 

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

//在QN8027指定地址读出一个数据
//WriteAddr  :写入数据的目的地址    
//DataToWrite:要写入的数据
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指定地址写入一个数据
//WriteAddr  :写入数据的目的地址    
//DataToWrite:要写入的数据
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,改变寄存器参数配置不同频率
HAL_StatusTypeDef Qn8027_Init(void)
{
	uint32_t i=0;
	HAL_StatusTypeDef errorcode = HAL_OK;

	//设置:输出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测试输出

如果有条件，可以使用示波器测试QN8027_REFCLK管脚，观测有无24M的波形。

6. Qn8027读写测试

在keil中用debug单步调试，先向寄存器0x00写入值0x31，再读取寄存器0x00的值，通过Watch窗口观察变量qn8027_read_byte值为0X31.说明I2C读写正确。

如果读出的值和写入的值一致，说明I2C时序和8027硬件都没有问题。那么我们就可以继续下一步配置。

注意，I2C时序写入这一步看上去虽然简单，却是最经常出问题的步骤。如果遇到8027没有反应，建议用如下方法排查：

1. 电源测试：8027供电是否正常；
2. IO通断测试：使用IO输出高低电平，通过测量确定PCB焊接正确，且插对了孔位；
3. I2C时序测试：确定I2C的上拉电阻正确，使用示波器或逻辑分析仪捕获发出的I2C时序，判断是否I2C配置寄存器有错误；FPGA写的I2C程序，则要特别留意是否有代码bug。
4. 8027如果没有应答，观察是否有虚焊等情况（开发板发货前经过测试，基本上可以排除电源和8027的焊接问题）。

3.2 将H750内部DAC输出的1KHz正弦波调制到98.5MHz

下面，我们将使用单片机的PA4管脚发出单音（正弦波），频率1KHz，峰峰值1600mVpp，直流偏置1.65V。接入FMSDR开发板的调制信号管脚DAC_L。单片机管脚PA15发出24MHz的PWM信号，提供芯片的参考时钟。通过I2C接口控制QN8027芯片。

1. 硬件连接

将FM_SDR板卡和STM32H750开发板连接。

程序中操作的管脚如下描述：

2. DAC输出1kHz正弦波

   STM32H750开发板输出1kHz的正弦波，通过Timer6产生25k频率的触发事件，DAC配置为外部timer6触发中断。正弦波表长度为25字长，每次timer6触发事件发送，在中断服务程序中一直循环发送波表。

也可以使用TIMER事件触发DMA输出波形方法，可以回顾基础实验“实验二十八 DAC应用定时器触发实现DMA输出波形”。

DAC驱动设计

定时器触发DAC做DMA数据传输的实现思路 实现思路框图如下：

3. QN8027设置输出频率为98.5MHZ

   在qn8027.c文件中，添加如下代码，配置qn8027寄存器如下，第一行是寄存器地址，第二行是写入寄存器值。（下表对应98.5M的频点）。寄存器取值参考前面调试文档。

I2C配置和操作在前一小节已经讲解，可以回顾前一小节查看。

4. 编写代码

   在main中使能PWM输出，初始化正弦波码表，开启TIM6和DAC。初始化qn8027频率为98.5M.在TIM6_DAC_IRQHandler中断中更新DAC值。

5. 1khz正弦波输出测试

   用示波器测量DAC输出（PA4管脚），和经过滤波后波形。CH1（黄色）是DAC发出的1Khz正弦波，CH2（蓝色）是经过硬件滤波后qn8027输入管脚的波形。

   

测试点如下图（滤波前波形测量R45下侧，滤波后波形测量R8左右都行）：

6. 98.5MHz FM信号测试

   配置好QN8027后，1KHz的正弦波单音就被调制在98.5MHz上，用FM收音机调到98.5MHz频点上就可以听到这个1KHz的“嘟”声。 注意：如果当地98.5MHz上有电台，可以换一个空白的频点，避开已有的电台。

成品收音机的功能是已知的，用已知来调试未知，是调试的基本思路。

除了使用成品收音机来验证98.5M上FM调制的1KHz信号之外，我们也可以用m302的频谱仪来验证，因为m302的带宽有50MHz，输入的100MHz信号虽然有衰减，但是在频域上还是能看见的。

这里涉及到欠采样理论。欠采样理论不在这里讲解，以图示来说明。

以98M的频点为例，用100M采样。信号是周期连续波，采样脉冲是δ函数。采样过程就相当于时域相乘，对应频域卷积。就是把信号的正负频谱进行搬移。图中画出0附近的几个搬移，-200M，-100M，0，100M，200M。为了看清楚，每对之间的高度画的不一样，便于区分。可以看到，在100M位置的搬移上，-98M落在2M位置。

同样的，如果以10M采样率采样，经过多个奈奎斯特域的翻折，98M的信号也会落到2M位置上。

我们将AIN1连接到FM输出端口，开启FFT功能：

选择打开FFT功能

选择5M带宽（采样率10MSPS），可以看到混叠到1.5MHz的FM信号和4MHz上的时钟信号。如下图。

暂停后将频率轴展宽到1.4M - 1.6M，可以清晰看到混叠到1.5MHz的FM信号：

从实验过程可以看到，欠采样会出现频谱翻折，谐波翻折，混频翻折，会有多个频谱线。所以实际中如果要利用欠采样来采样高频信号，需要添加滤波器。这里只是利用了欠采样来查看QN8027是否发出了设置的频点。

使用成品收音机或者使用频谱仪，确认QN8027发出正确的单音FM信号后，我们就可以使用这个“已知的单音FM信号”来调试MSi001了。单音比直接收电台的音频更简单直观的看到MSi001的采集、解调和滤波各个步骤的波形，并和已知正确波形进行对比。