本文为鄙人的本科毕业设计，在此对文章略作摘录记录于此。本设计存在诸多不成熟的地方，参考时请务必仔细甄别&思考，欢迎讨论。

摘要

本设计拟在STM32上通过软件无线电平台实现一个射频无线电收发平台，该平台可以用于无线电信号的调制与解调，最终确定了发送端的零中频架构与接收端的低中频架构，并同时确定了发送板、核心板、接收板的系统结构。

​硬件设计部分主要涉及滤波器设计、阻抗匹配、信号屏蔽与信号调理电路。最终选用巴特沃斯滤波器作为接收机的前端滤波器，RC滤波器作为ADC的抗混叠滤波器；对于阻抗匹配主要涉及微带线与共面波导两种结构，文中分别予以介绍与计算；对于信号屏蔽部分主要介绍了合理接地与可靠退耦两种方法，通过良好的设计来保证信号的可靠传输；信号调理部分涉及外部输入输出信号的阻抗、功率与频率匹配，本设计中主要通过运算放大器来实现调理。

​软件设计部分主要包括信号的调制解调、下采样、滤波与人机交互。其中FM信号的解调通过差分近似微分实现，信号的调制通过控制PWM输出定时器的自动重装载值实现，下采样通过定点取均值实现，滤波器通过FIR滤波器实现。人机交互部分使用到OLED、按键、扬声器、3.5mm耳机孔等外设，通过软件逻辑实现合理的人机交互。

在课题的最后，还使用到了示波器、频谱仪、信号发生器与网络分析仪来对设计进行分析。通过分析输出信号频谱、滤波器幅频特性、天线驻波比与解调路径波形频谱等指标，最终确定本设计的总体性能指标。通过方案设计、软硬件实现、测试验证等步骤，本课题最终实现了设计的全部流程。但受限于成本、仪器指标、开发周期的限制，本设计仍有诸多不足之处。

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概要

在本项目中，为了降低数字信号处理过程中的主控制器成本，我们不得不使用MCU（微控制器）来替代传统的FPGA与DSP。然而对于MCU而言，实时的数字信号处理是一项非常艰巨的任务。因为每执行一次运算都要重复取指、译码、执行等操作，这些操作累加起来将会消耗非常多的时间。但是只要思想不滑坡，方法总比困难多！

举一个最简单的例子，在STM32F103C8T6上，使用定时器来触发进入中断的最小间隔为3us（HAL库）。这就意味着如果需要在这样的中断里面更新DAC的数值，它的最大采样率就仅为333Ksps，远小于手册标称1Msps。但是好在STM32为我们提供了非常多方便的外设可供调用。在上面的例子中，我们可以使用DMA+DAC的架构从数组中直接更新DAC的取值，实测采样率一直到4Msps都可以提供较好的波形。

借助DMA我们实现了传统MCU架构中无法实现的高速信号搬移（外设->内存、内存->外设、内存->内存），但是信号的实时处理仍然是一个很头疼的问题。然而这个问题已经由ARM的工程师解决了，他们在CMSIS-DSP包中提供了非常多的快速的数学运算方法，包括基本数学运算、矩阵运算、滤波、DSP、统计运算等等。直接使用这些最聪明的工程师的成果，会帮助你实现最快的运算速度与最好的兼容性（所有的ARM类型处理器都可使用）。

在本文中，我们将会介绍一个产生信号并采集滤波的例子：

• 调制波输出：使用STM32内置的DAC输出一个50Hz、100Hz与1KHz等幅度叠加的调制信号，使用DMA更新数据，采样率为100Ksps。
• 调制波采集：使用内置ADC1对上述产生的数据通过DMA进行乒乓操作采集处理，并将其通过串口发送到电脑分析，采样率为5Ksps。
• 降采样：数据采集完成后，对其进行5倍的降采样，使其采样率变为1Ksps。
• FIR滤波：再对上述降采样的信号进行一次FIR滤波，滤除200Hz的信号，仅保留50Hz的信号。
• FFT分析：在STM32上运行一个实时的FFT运算，离线分析降采样后的数据在频域表现如何。

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