3. 調試8027使其發出單音FM信號

3.1 輸出24Mhz和驗證I2C接口

1. 硬件連接

   將FM_SDR板卡和STM32H750開發板連接。

本文中所有例子中我們都僅給MSI001使用天線，因為QN8027離得很近，發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的時鐘作為參考信號，在這里通過STM32H750的TIMER2產生24M的方波，提供給QN8027作為輸入參考信號。

PWM信號的關鍵參數是頻率和占空比，我們分別看一下如何設定TIM2來確定輸出PWM的頻率和占空比：

PWM的輸出頻率=計數器計數頻率/（計數器的計數上限+1），計數器計數頻率在上圖中是CK_CNT，它由時鐘和觸發控制模塊輸出的CK_PSC經過PSC分頻器得到，因此我們在初始化TIM1的時候選擇時鐘源為CK_INT，預分頻器比為1（寄存器中寫入為0），這樣我們的CK_CNT是240MHz；而計數器的計數上限就是自動重載寄存器APR的值，設定為9；

PWM的占空比，由比較寄存器（CCR1-4的值）和計數器計數上限（APR的值）決定，設定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，可以回顧基礎實驗“實驗六TIM1輸出PWM”：

3. 硬件IIC接口配置

芯片的控制接口是I2C協議，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寄存器一個值，再讀出來。如果讀出和寫入的一致，說明I2C操作正常，芯片可以被控。這樣進行后續調試才有初步把握。

需要配置STM32H750的硬件I2C，然后發出控制字操作8027芯片，確認板卡和芯片正常工作。I2C工作速度設為100K.

也可以使用GPIO模擬I2C時序，可以回顧基礎實驗“實驗十五 矩陣鍵盤和數碼管顯示—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100ms
qn8027_read_byte = QN8027_ReadOneByte(0x00);	//讀取寄存器0x00的值
  while (1)
  {
  }
}

添加QN8027驅動代碼

#include "qn8027/qn8027.h"

I2C_HandleTypeDef *qn8027 = &hi2c2; 

//初始化QN8027寄存器,設為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指定地址讀出一個數據
//WriteAddr  :寫入數據的目的地址    
//DataToWrite:要寫入的數據
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指定地址寫入一個數據
//WriteAddr  :寫入數據的目的地址    
//DataToWrite:要寫入的數據
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,改變寄存器參數配置不同頻率
HAL_StatusTypeDef Qn8027_Init(void)
{
	uint32_t i=0;
	HAL_StatusTypeDef errorcode = HAL_OK;

	//設置: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測試輸出

如果有條件，可以使用示波器測試QN8027_REFCLK管腳，觀測有無24M的波形。

6. Qn8027讀寫測試

在keil中用debug單步調試，先向寄存器0x00寫入值0x31，再讀取寄存器0x00的值，通過Watch窗口觀察變量qn8027_read_byte值為0X31.說明I2C讀寫正確。

如果讀出的值和寫入的值一致，說明I2C時序和8027硬件都沒有問題。那么我們就可以繼續下一步配置。

注意，I2C時序寫入這一步看上去雖然簡單，卻是最經常出問題的步驟。如果遇到8027沒有反應，建議用如下方法排查：

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

3.2 將H750內部DAC輸出的1KHz正弦波調制到98.5MHz

下面，我們將使用單片機的PA4管腳發出單音（正弦波），頻率1KHz，峰峰值1600mVpp，直流偏置1.65V。接入FMSDR開發板的調制信號管腳DAC_L。單片機管腳PA15發出24MHz的PWM信號，提供芯片的參考時鐘。通過I2C接口控制QN8027芯片。

1. 硬件連接

將FM_SDR板卡和STM32H750開發板連接。

程序中操作的管腳如下描述：

2. DAC輸出1kHz正弦波

   STM32H750開發板輸出1kHz的正弦波，通過Timer6產生25k頻率的觸發事件，DAC配置為外部timer6觸發中斷。正弦波表長度為25字長，每次timer6觸發事件發送，在中斷服務程序中一直循環發送波表。

也可以使用TIMER事件觸發DMA輸出波形方法，可以回顧基礎實驗“實驗二十八 DAC應用定時器觸發實現DMA輸出波形”。

DAC驅動設計

定時器觸發DAC做DMA數據傳輸的實現思路 實現思路框圖如下：

3. QN8027設置輸出頻率為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。（下表對應98.5M的頻點）。寄存器取值參考前面調試文檔。

I2C配置和操作在前一小節已經講解，可以回顧前一小節查看。

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正弦波輸出測試

   用示波器測量DAC輸出（PA4管腳），和經過濾波后波形。CH1（黃色）是DAC發出的1Khz正弦波，CH2（藍色）是經過硬件濾波后qn8027輸入管腳的波形。

   

測試點如下圖（濾波前波形測量R45下側，濾波后波形測量R8左右都行）：

6. 98.5MHz FM信號測試

   配置好QN8027后，1KHz的正弦波單音就被調制在98.5MHz上，用FM收音機調到98.5MHz頻點上就可以聽到這個1KHz的“嘟”聲。 注意：如果當地98.5MHz上有電臺，可以換一個空白的頻點，避開已有的電臺。

成品收音機的功能是已知的，用已知來調試未知，是調試的基本思路。

除了使用成品收音機來驗證98.5M上FM調制的1KHz信號之外，我們也可以用m302的頻譜儀來驗證，因為m302的帶寬有50MHz，輸入的100MHz信號雖然有衰減，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，以圖示來說明。

以98M的頻點為例，用100M采樣。信號是周期連續波，采樣脈沖是δ函數。采樣過程就相當于時域相乘，對應頻域卷積。就是把信號的正負頻譜進行搬移。圖中畫出0附近的幾個搬移，-200M，-100M，0，100M，200M。為了看清楚，每對之間的高度畫的不一樣，便于區分。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，經過多個奈奎斯特域的翻折，98M的信號也會落到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信號和4MHz上的時鐘信號。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：

從實驗過程可以看到，欠采樣會出現頻譜翻折，諧波翻折，混頻翻折，會有多個頻譜線。所以實際中如果要利用欠采樣來采樣高頻信號，需要添加濾波器。這里只是利用了欠采樣來查看QN8027是否發出了設置的頻點。

使用成品收音機或者使用頻譜儀，確認QN8027發出正確的單音FM信號后，我們就可以使用這個“已知的單音FM信號”來調試MSi001了。單音比直接收電臺的音頻更簡單直觀的看到MSi001的采集、解調和濾波各個步驟的波形，并和已知正確波形進行對比。