QN8027性能调试

在今天上午博文信标的调频发送给出了制作QN8027实验板的过程。下面就对该实验板进行功能测试。

一、实验硬件模块

1. I2C总结单片机实验板

由于QN8027需要使用I2C总线进行控制，所使用的STM32F030的I2C总线控制板与在小型化RDA5807调频收音模块实验板博文中所使用的I2C总线控制板是相同的。I2C实验板在博文“RDA5807 FM收音机模块”中进行了介绍。

I2C 控制电路板

SPIF030 Hardware：

SPIF030 原理图:

SPIF030 原理图

SPIF030 PCB和电路板

SPIF030 PCB和电路板

SPIF030 Firmware:
D:\zhuoqing\window\ARM\IAR\STM32\Application\Test\2020\GeneralFSPIF030
该软件是一个通用软件测试平台。其中包括有多个项目所遗留下来的代码片段。

2. 搭建面包板上的实验电路

QN8027实验板接口

下图显示了QN8027的实验接口。

QN8027实验板接口

在面包板上搭建实验电路板，将AN8027的I2C总线与SPIF030的I2C总结连接起来。在面包板上，从左到右的模块分别是：

1	名称	功能
1	3.3V稳压	将5V工作电源转换成3.3V
2	STM32单片机	编程产生I2C总线控制命令
3	QN8027	QN8027实验转接板

实验电路板

二、软件调试

1. 测试软件

测试软件所在目录：
D:\zhuoqing\window\ARM\IAR\STM32\Application\Test\2020\GeneralFSPIF030\Src\main.c

2. QN8027 I2C protocl

（1） QN8027 I2C Address: 0x2C
0x58: Writing Address;
0x59: Reading Address;

（2） I2C Data

QN8027 I2C Protocl

Notes:

The default IC address is 0x2C.
“0x58” for a WRITE operation, “0x59” for a READ operation.

3. QN8027所有控制寄存器地址和功能描述：

QN8027 Control Register Description

（1） System ： 0x00

System Control Register

（2） Channel Setting（0x01）

Low eight bits of the channel setting index

注：高2位发送频道设置位在System（0x00）寄存器的底2位。

（3） GPLT (0x02)

GPLT Register

(4) REG_XTL (0x03)

XTL Control Register

(5) REG_VGA (0x04)

VGA Control Register

(6) Chip ID (0x05)

ID of Chip Register

(7) Chip ID 2 (0x06)

ID of Chip Register

(8) Status Register (0x07)

Status Register

4. I2C 初步读写实验

（1）修改 I2C控制板 Genral FSPIF030的I2C配置文件。

修改I2C配置文件

（2）读写Chip register:

产生QN8027.H, QN8027.C 两个文件，其中集成了如下底层函数来读写QN8027内部寄存器。

/*
**==============================================================================
** QN8027.H:            -- by Dr. ZhuoQing, 2020-03-07
**
**  Description:
**
**==============================================================================
*/
#ifndef __QN8027__
#define __QN8027__
//------------------------------------------------------------------------------
#ifdef QN8027_GLOBALS#define QN8027_EXT
#else#define QN8027_EXT extern
#endif // QN8027_GLOBALS
//------------------------------------------------------------------------------
//==============================================================================//------------------------------------------------------------------------------#define QN8027_I2C_ADD          0x58void QN8027I2CWrite(uint8_t * pucData, int nLength);
void QN8027I2CRead(uint8_t * pucData, int nLength);
void QN8027ReadRegister(unsigned char ucAddress, unsigned char * pucReg);
void QN8027WriteRegister(unsigned char ucAddress, unsigned char ucReg);
void QN8027ReadRegisterDim(unsigned char ucAddress, unsigned char * pucReg, unsigned char ucNumber);//==============================================================================
//             END OF THE FILE : QN8027.H
//------------------------------------------------------------------------------
#endif // __QN8027__

/*
**==============================================================================
** QN8027.C:             -- by Dr. ZhuoQing, 2020-03-07
**
**==============================================================================
*///------------------------------------------------------------------------------
#include "stm32f0xx_hal.h"
#include "stm32f0xxa.h"#define QN8027_GLOBALS        1              // Define the global variables
#include "QN8027.H"//------------------------------------------------------------------------------//------------------------------------------------------------------------------
extern I2C_HandleTypeDef hi2c1;void QN8027I2CWrite(uint8_t * pucData, int nLength) {HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, QN8027_I2C_ADD, pucData, nLength, 10);
}void QN8027I2CRead(uint8_t * pucData, int nLength) {HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, QN8027_I2C_ADD, pucData, nLength, 10);
}//------------------------------------------------------------------------------
void QN8027ReadReigster(unsigned char ucAddress, unsigned char * pucReg) {QN8027I2CWrite(&ucAddress, 1);QN8027I2CRead(pucReg, 1);
}void QN8027ReadRegisterDim(unsigned char ucAddress, unsigned char * pucReg, unsigned char ucNumber) {QN8027I2CWrite(&ucAddress, 1);QN8027I2CRead(pucReg, ucNumber);
}void QN8027WriteRegister(unsigned char ucAddress, unsigned char ucReg) {unsigned char ucWrite[2];ucWrite[0] = ucAddress;ucWrite[1] = ucReg;QN8027I2CWrite(ucWrite, 2);
}
//==============================================================================
//                END OF THE FILE : QN8027.C
//------------------------------------------------------------------------------

在主程序读取所有寄存器的内容：

    if(++nShowCount >= 500) {nShowCount = 0;unsigned char ucReg[19];QN8027ReadRegisterDim(0x0, ucReg, 19);int i;for(i = 0; i < 19; i ++) printf("%02x ", ucReg[i]);printf("\r\n");}

读取的QN8027的内部19个寄存机的值为：

01 00 a9 10 b2 41 44 02 00 00 00 00 00 00 00 00 7f 81 06

其中0x5,0x6对应的是QN8027的CHIP ID，它们分别是：0x41, 0x44。

QN8027性能测试

1. 初始话程序

//------------------------------------------------------------------------------
void QN8027Init(void) {QN8027WriteRegister(0x00, 0x81);        // Set the All the register to default valuesWaitTime(20);                           // Delay 20MSQN8027WriteRegister(0x03, 0x10);        // Using the default settingQN8027WriteRegister(0x04, 0x33);        // Set the OSC frequency : 12MHzQN8027WriteRegister(0x00, 0x41);QN8027WriteRegister(0x00, 0x1);WaitTime(20);QN8027WriteRegister(0x01, 0x7e);QN8027WriteRegister(0x02, 0xb9);QN8027WriteRegister(0x00, 0x22);
}

读出的寄存器值：

22 7e b9 10 33 41 44 55 00....7f 81 06

寄存器00,01所对应的发送频道设定值CH=027e。根据手册中计算输出频率的公式：

FRF=(76+0.05CH)F_{RF} = \left( {76 + 0.05CH} \right)FRF=(76+0.05CH)
根据上面数值，此时输出频率应该为：107.9MHz.

2. 输出频谱

使用DSA815频谱仪测量QN8027天线输出信号。

DSA815频谱仪测量QN8027天线输出

测试实际输出频谱，如下图所示，对应的峰值在108Mhz，与前面所设置的位置基本相同。

QN8027 输出频谱

3. 设置QN8027的频谱

使用如下的代码来修改输出的频率。

//------------------------------------------------------------------------------
void QN8027SetFrequency(float fMHz) {unsigned int nChannel = (unsigned int)(fMHz - 76) * 20;unsigned char uc00 = (unsigned char)(nChannel >> 8) | 0x20;unsigned char uc01 = (unsigned char)(nChannel & 0xff);unsigned char ucDim[2];ucDim[0] = uc00;ucDim[1] = uc01;QN8027WriteRegisterDim(0x00, ucDim, 2);}

在主程序初始化之后，使用QN8027SetFrequency设置输出频谱为90MHz。测量所得到的输出频谱为：

设置输出频谱为90Mhz之后的输出信号频谱

这说明对于QN8027输出频谱设置功能正确。

通过收音机接收发射信号

使用一台TECSUM收音机接收信号，分别使用不同的调制波形，查看收音机输出的波形。

（1）接收的不同调制信号波形

正弦调制（400Hz)收音机接收到的波形

方波调制（400Hz)收音机接收到的波形

三角波调制（400Hz)收音机接收到的波形

锯齿波调制（400Hz)收音机接收到的波形

（2）最大调制信号幅值

通过改变调制信号的幅值，检查接收信号的失真情况。发现当输入信号的峰峰值小于1.2V的时候，输出的波形基本上没有失真。当输入信号的峰峰值超过1.2V时，输出信号开始有失真。

下面波形是输入调制信号的峰峰值等于1.5V时，接收到的正弦波开始了顶部有了饱和失真。

调制正弦波峰峰值1.5V

（3）发送与接收信号之间的延时

下面使用频率为3kHz的信号进行调制，对比发送和接收信号之间的相位，可以看到发送和接收信号中之间有了明显的相位延迟。经过波形参数估计，延迟相位大约是67.5°。

发送信号与接收信号之间的延迟

参考文献

小型化RDA5807调频收音模块实验板
信标的调频发送
使用AD9833谐波发送调频广播
单片调频收音机
RDA5807 FM收音机模块