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[应用相关] STM32与AD9361组成的行人导航

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 楼主 | 2019-10-11 16:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
硬件部分包括
AD9361身寸频板和AD9361控制母板,控制母板集成了FPGA和ARM;软件部分
为AD9361的控制程序。FPGA产生AD9361发射的基带信号以及处理AD9361接
收后经过正交下变频的基带信号,并计算得到接收信号的相位。AD9361的控制通
过ARM实现,STM32配置AD9361相关的寄存器,设置合理的参数,对发射信
号进行调制,对接收信号进行解调。


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 楼主 | 2019-10-13 09:57 | 显示全部楼层
    软件定义的无线电(Software Defined Radio  SD助在国内外都受到了很大的重
视,这是一种新的无线通信的概念和体制,具有天线智能、中频宽带、硬件通用、
软件构件、动态重构等特点。那么软件无线电的定义究竟是什么呢?不管是在20
世纪90年代软件无线电的概念刚开始流行的过去,还是在软件无线电己经有了很
大发展和很多应用的今天,对于“软件无线电”这个术语都没有一致的、统一的、
完整的定义。

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 楼主 | 2019-10-13 09:57 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-10-13 10:00 | 显示全部楼层
    通过以上关于软件无线电的定义可以清楚地知道:在通信领域中,软件无线
电有着广阔的应用,同时在诸如雷达、导航、电子战、遥感、遥测、遥控等与无
线电工程的相关领域中也有很大的应用;软件无线电是一种体系、一种结构、一
种设计方法、一种设计理念,而不仅仅是一部无线电台;软件无线电的硬件平台
是越简单越好,越小越好,也因此零中频结构被广泛的应用;软件无线电的功能
软件方面要实现构件化,这样就可以更方便的去重构、去升级。只要设计的无线
电设备或者是无线电系统具有了以上这些特性,那么它才能称得上是真正的“软件
无线电”。

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 楼主 | 2019-10-13 10:00 | 显示全部楼层
    零中频技术的发展大约经历了10年的时间,开始的时候是中频技术:无线电
信号即射频信号进入天线,转换成中频信号,然后再转换成基带信号即I路信号和
Q路信号,信号具有较低的频率。信号在发射和接收中的变换可以表示为发射方
向:基带令中频令射频,接收方向:射频令中频令基带。传统的发射接收都要在射
频信号和基带信号之间进行多步(一下变、二下变、……)的转换。对发射来说,
首先将基带信号转换成中频信号,然后中频信号再转换成射频信号;对接收来说,
首先将射频信号转换成中频信号,然后再将中频信号转换成基带信号处理。中间
有中频信号转换就会需要中频滤波器、中频放大器,这样无疑会增大功耗和尺寸。
虽然现在无线需求在快速的增长,但是功耗和空间的预算并没有随之增长。事实
上,在功耗和空间节省需求不断增强的条件下,降低碳排放和减小物理尺寸也是
非常重要的。所以,为了实现这些目标,消除了中频滤波器、中频放大器的零中
频技术就更加的引人关注。

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 楼主 | 2019-10-13 10:00 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-10-13 10:01 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-10-13 10:02 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-10-13 10:03 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-10-13 10:03 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-10-13 10:03 | 显示全部楼层
    本设计中,AD9361径制模块是通过配置AD9361奇存器的值采设置AD9361
的各种参数,使AD9361模块可以发射信号,然后通过下方的天线TX 1,  TX2发
射出去,接收天线RX1接收带有相位延时的信号,然后传输给AD9361器件,
AD9361对接收的信号进行处理转化为数字信号,数字信号再传输给FPGA进行处
理,进而得到所求的相位差,最后求出距离。方案框图中包含三个部分:AD9361
控制模块、AD9361射频模块和天线。AD9361控制模块包括FPGA和STM32,它
们之间是通过串行外设接口(Serial Peripheral Interface  SPI)通信协议进行通信
的。本设计中,对AD9361的寄存器配置是通过ARM处理器STM32编程实现的,
配置AD9361的内部寄存器,进而来设置载波频率、数据速率、时钟频率、收发
通道等,以此来实现信道的功能;FPGA处理经由AD9361传输过来的数字信号,
同时与ARM处理器STM32进行通信,通过对数字信号的处理求出相位,进而求
出距离。

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 楼主 | 2019-10-13 10:04 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-10-13 10:04 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-10-13 10:04 | 显示全部楼层
    由图4.1和图4.5可知,SRF AD9361 V2.0开发套件的母板具有以下特点:
包含4个调试LED、一个普通S OMHz晶振、一个1 OMHz的温补晶振、一个GPS
约束时钟子系统(14bit DAC+VTCXO )、授时型Ublox GPS模块、FPGA可定制
的Altera EP4CE55 ,  ARM带浮点运算单元并且最大频率可达168MHz的
STM32F407, USB2.0转串口模块(支持双串口,每个串口最大速率9216000Baud/s ) ,
配置为路由器或者普通网卡的WiFi、手动复位键(复位FPGA, FPGA复位ARM,
ARM复位SRF AD9361 V2.0射频模块、ARM对SRF AD9361 V2.0射频模块配
置完成后通知FPGA ) o

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 楼主 | 2019-10-13 10:05 | 显示全部楼层
    ARM微处理器采用的是STM32F407单片机(Microcontroller Unit  MCU )
具有可以提供168MHz工作频率的CortexTM-M4内核(具有浮点单元)性能。
STM32F407单片机采用意法半导体90纳米工艺,具有自适应的实时(ART)加速
器和动态功耗调整功能。在运行模式下,从Flash存储器执行时,实现低至238
}A/NIFIz的电流消耗,并且还具有512KB}1MB Flash和192KB SRAM,尺寸小至
10*10 mm、具有100176的引脚封装。STM32F407单片机具有出色的创新型设计,
还具有符合IEEE 15 8 8 v2标准要求的以太网MAC10/100接口和能够连接CMO S
照相机传感器的8一14位并行照相机接口。

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 楼主 | 2019-10-13 10:05 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-10-13 10:05 | 显示全部楼层
    鞋载雷达的程序设计框图如图5.1所示,分为发射和接收。发射使用两个发射
通道,接收对应使用两个接收通道,其中两个发射通道的电路是一样的,两个接
收通道的电路是一样的,将AD9361设置为双发双收模式。关于发射和接收具体
的程序设计是:发射包括AD9361寄存器配置、FPGANCO, AD9361发射通道三
个部分;接收包括AD9361寄存器配置、AD9361接收通道、FPGA数字信号处理
三个部分。

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 楼主 | 2019-10-13 10:07 | 显示全部楼层
    发射三个部分的功能如下:
    ARM中AD9361寄存器配置部分的功能主要是对AD9361内部寄存器进行配
置,通过配置AD9361寄存器来设置信号在发射过程中所需要的各种参数。
    FPGA部分主要实现两个功能。第一个功能是NCO IP核生成工程所需要的基
带信号、处理AD9361输出的数字信号。FPGA通过12bit的数字接口与AD9361
进行发射信号和接收信号的传输。第二个功能是将ARM中的寄存器配置分配到
AD9361寄存器中。根据工程使用的软件无线电开发套件的原理手册,ARM中
AD9361的寄存器配置需要通过FPGA才能分配到对应的AD9361内部寄存器中。
    AD9361发射通道功能主要是在发射过程中将基带信号调制到载波信号上并
发射出去。AD9361器件提供发射器所有必要的数字处理、混合信号和RF模块,
可以实现一个直接变频系统,基带信号在AD9361中将调制到5.8GHz的载波上发
身寸出去。
    接收三个部分的功能如下:
    ARM中AD9361寄存器配置部分的功能主要是对AD9361内部寄存器进行配
置,通过配置AD9361寄存器来设置信号在接收过程中所需要的各种参数。
    AD9361接收通道的功能主要是将天线接收过来的信号进行解调处理,最后将
数字信号传输给FPGAo  AD9361中含有接收器所有必要模块,将接收到的RF信
号进行解调、正交变换将其转换成可供FPGA使用的数字信号。
    接收中的FPGA主要功能是通过12bit的数字接口与AD9361进行接收端数字
信号的传输,传输过来的是经过AD9361解调处理后的数字信号,FPGA对AD9361
传输过来的数字信号进行处理求出相位。在这个过程中,利用Quartus中的滤波器、
乘法器等IP核和Cordic算法(坐标旋转数字计算方法)对数字信号进行处理,最
后通过反正切求出相位。

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 楼主 | 2019-10-13 10:07 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-10-13 10:07 | 显示全部楼层
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