无线信号接收 ● 微弱信号调理 ● 信号采集 ● 信号处理 ● 信号分析显示
一、实训套件设计目的及配置
1、实训套件设计目的
每年一次的电子竞赛（国赛省赛隔年交替）“信号处理与通信类”赛题的综合性和技术指标要求越来越高，因此传统模拟电路完成赛题的方法基本行不通；没有平时软硬件资源积累，要在4天3夜时间内从外购或自行设计信号处理硬件平台开始，时间上也基本不可能；
基于上述考虑并结合多年电赛经验，我们开发了一套满足“信号处理与通信类”赛题的实训套件，基于该套件和相关例程，学生能完成射频收发前端电路调测、基本测量电路设计、信号采集处理与分析、信号传输与交互等赛前训练；
2、支持实训类型：
RZ-Ecst电子信息口袋实训套件主要用于满足电子信息类专业学生自主进行数字系统设计、数字信号处理、软件无线电硬件选型与算法软件设计训练；套件硬件资源包括：模数与数模转换、超高频小信号接收与功放、微弱信号测频、人机交互、有线或无线数据传输（WIFI、串口、网口）等；算法软件设计包括：信号处理的多种滤波设计（FIR、CIC、半带、成型、匹配、抽取、插值等），信号频域分析（FFT、失真度、调制度、调制方式、基波频率估计等），软件无线电算法设计（上下变频、抽样判决、星座映射、载波发生器、同步技术等），嵌入式处理器（液晶数据与曲线显示、智能仪器设计、执行器件自动控制等）；
3、实训套件配置
■射频前端收发模块各一个；
■频率计前端电路、精密整流电路各一个；
■双极性低速模数转换模块一个；
■音频信号输入输出模块一个；
■高速模数与数模转换、信号处理、信号传输、信号分析与交互模块一个；
二、射频收发前端调测
射频收发前端套件由射频发射前端和射频接收前端组成，模块化设计可自由级联搭建射频收发系统（20-200MHz）；
1、发射系统：
MCU、数字锁相频率源、中频滤波器、上变频器、射频滤波器、射频功放、天线阻抗匹配电路、天线；模块配4个按钮，学生可自主设计4个按钮功能，进行射频收发频率配置（频率连续可调或定频）；配套功放仿真设计例程；
2、射频接收系统：
天线、天线阻抗匹配电路、射频低噪放、数字锁相频率源、下变频器、中频AGC等模块；模块配4个按钮，学生可自主设计4个按钮功能，进行射频收发频率配置（频率连续可调或定频）；配套低噪放仿真设计例程；
3、主要参数
■中频滤波器
中心频率：24MHz/10.7MHz
插入损耗：≤10dB/≤5dB
带宽：6MHz/400KHz
■上变频器
频率范围：20～1000MHz
转换损耗：≤8dB
IP1dB：+5dBm
■本振
频率范围：1～200MHz（需二次开发，预设频率：64MHz、132MHz、77.3MHz、118.7MHz）
输出功率：≥+9dBm
■射频滤波器
中心频率：98MHz
插入损耗：≤3dB
带宽：20MHz
■射频功放
增益：≥21dB@100MHz
频率范围：1～1000MHz
OP1dB：≥8dBm
■天线阻抗匹配电路
天线类型：拉杆天线
频段：调频FM
最佳驻波比：≤2
■射频低噪放
增益：≥21dB@100MHz
频率范围：1～1000MHz
NF：≤3dB@100MHz
■下变频器
频率范围：50～5000MHz
转换增益：≥6dB
OP1dB：-6dBm
■中频AGC
最大增益：+31.5dB
动态范围：42dB
频率范围：DC～500MHz
2、支持射频电路课程或电赛实验实训
器件性能测试：
数字锁相频率源测试；
中频滤波器仿真设计与调测；
上变频器仿真设计与调测；
射频滤波器仿真设计与调测；
射频功放仿真设计与调测；
天线阻抗匹配电路仿真设计与调测；
射频低噪放仿真设计与调测；
下变频器仿真设计与调测；
中频AGC测试；
射频收发系统构建：
射频无线收发通道统调；
中频信号收发自环测试；
短波对讲机前端电路参数配置；
调频收音机前端电路参数配置；
三、基本测量电路
频率计前端电路、精密整流电路、双极性模数转换电路、音频信号产生与采集
1、频率计前端电路：用于测量信号频率，为后续信号处理算法提供合适的采样率；
■内置高速比较器，滞回时间可调；输入信号幅度不低于50mV，可测频率100Hz-40MHz；对接核心板FPGA扩展接口；
■支持实验：高阻射随电路设计、高速宽带运放选型与设计、滞回比较器选型与设计；
2、精密整流电路：用于研究被测电路幅频特性；
■内置精密整流电路，可测双端口网络幅频曲线，频率范围100Hz-20MHz；对接核心板M4扩展接口；
■支持实验：输入电路设计、精密整流电路设计（增益、运放带宽、整流二极管选型）、有源低通滤波器设计、软件校正；
3、双极性模数转换电路：用于双端口网络响应信号测量；
■内置4通道双极性模数转换器，可测双端口网络输出信号，采样率不低于1MSPS，动态范围：±10V；对接核心板M4或FPGA扩展接口；
■支持实验：输入电路（交直流耦合）设计、SPI接口软件设计、数据采集软件设计；
4、音频信号输入输出模块：对M4产生音频信号进行驱动放大和直流交流变换、对需模数转换的音频信号钳位成直流信号供M4采集；
■利用运算放大器进行信号放大、驱动、交直流变换；
■支持实验：利用运算放大器设计交直流变换电路；
四、信号采集、处理、传输、交互（信号处理核心板）
1、信号处理核心板配置：
内置嵌入式处理器（STM32F407）、FPGA（EP4CE22）、高速AD(ADC08200，8位，采样率200MSPS)与DA（AD9742，12位，转换速率210MSPS），数据传输接口WIFI、蓝牙、串口、网口，扩展IO接口等，串口液晶(4.3或7寸液晶），功能选择按键与LED状态指示等；
2、支持实训内容：
■STM32处理器实训内容：
处理器片内硬件资源开发
无线通信接口设计与数据传输软件设计
人机交互（键盘、液晶显示）软硬件设计
智能仪器设计
自动控制软件设计
■FPGA信号处理实训内容：
信号采集与恢复
信号时频域分析
数字基带处理
软件无线电算法设计（抽取插值、数字滤波、符号映射、上下变频、同步、自动增益控制等）
五、套件支持过的赛题分析
15年题：数字频率计（频率计前端电路和信号处理核心板-FPGA计数、M4统计显示）；
16年题：位同步时钟提起（信号处理核心板-FPGA锁相环）；
17年题：调幅信号处理实验电路；自适应滤波器；远程幅频特性测试装置（精密整流与信号处理核心板-FPGA模拟调制、数字滤波、M4采集幅频特性、液晶显示、WIFI无线发射）；
18年题：无线话筒扩音系统（射频前端和信号处理核心板-FM调频、鉴频）
19年题：简易电路特性测试仪（双极性模数转换、精密整流和信号处理核心板-电压电流测量、幅频特性测量、液晶显示）；
20年题：放大器非线性失真研究装置（双极性模数转换、信号处理核心板-IO口控制信号输出、放大器输出信号采集、液晶显示）；
21年题：数字-模拟信号混合传输收发机 ；信号失真度测量装置（射频前端和信号处理核心板-FPGA软件无线电、无线收发、FPGA信号频谱分析、M4液晶显示）；
22年题：信号调制度测量装置；有源二分频音频放大电路；（信号处理核心板-FPGA软件无线电、数字滤波器）；
六、例程参考
■STM32:
按键与led
低频信号源产生
液晶UI设计与触控设计
AD采集与显示
FFT频谱分析与失真度测试
wifi自环测试
基于以太网接口的tcp收发
■FPGA:
高频信号源
高速ADC
双极性AD采集
按键与led
fir滤波器
cic滤波器
信号频谱分析
符号映射
上下变频
扫频与幅频特性测试
