［VOD/KIT/data］ARM M4/M7/DSP 500MHz！
STM32H7計測&通信用ハイスペック I/O Module開発

フィルタ/FFT/変復調まで！そのまま組み込めるオールイン・キットで信号処理プログラミング


［受講無料］広帯域ソフトウェア無線＆フェーズドアレイANT開発 要点100（2025年2月28日～3月7日）





内容物

  1. そのまま組み込んで使える！高信号処理性能を備えるハイスペック・オールインARMマイコン・キット “STM32H747I-DISCO（Cortex M4，M7，DSP搭載，LCD，動作クロック480MHz，マイク入力ほか）
  2. 実験用スピーカ
  3. 解説動画，実験・開発用ソースコード，講義テキストの視聴/ダウンロードURLとパスワード
写真1　配布キット．高パフォーマンスのオールインARMマイコン・キット STM32H747I-DISCO（Cortex M4/M7/DSP/480MHz，タッチパネル・カラーLCD，MEMSマイク，オーディオ用D-Aコンバータ，USB，Ethernet，microSD，SDRAM，Quad-SPI Flash，MIPIR DSIインターフェース，Arduino Uno V3/Pmod STModコネクタ，STLINK-V3Eほか）

デュアル・コア$\times$470MHzのハイスペックCPU誕生

“STM32H7”（STマイクロエレクトロニクス製）は，Cortex M4，M7，DSPを内蔵する動作クロック480MHzのハイスペック・マイコンです．これまで，プロセッサやDSP，ペリフェラルICを組み合わせて作っていたアプリケーションをワンチップで実現できます．

STM32H7マイコンは，1000DMIPS超のCPU性能を備え，ディジタル変復調などの高度な信号処理も可能です．各種インターフェース，デュアル・コア，MIPIDSIのLCD出力など，今どきの組み込みデバイスに十分な機能をもちます．RFフロントエンドと組み合わせることで，広帯域なソフトウェア無線機を構築することも可能です．

STM32H747IDiscoveryKitは，STM32H7マイコンをはじめ，大型液晶ディスプレイやアナログ回路を搭載したオールインワン・キットです．組み込み製品が必要とする主な機能をすべて搭載しています．

本セミナでは，STM32H747IDiscoveryKitを一緒に動かしながら，音声帯域の信号処理（入門編）やディジタル無線通信（応用編）をテーマに，信号処理の基礎理論やプログラミング技術を学びます．〈山田 浩之〉

写真2　グラフィック・ライブラリ“TouchGFX”を使うとオシロスコープやスペクトラム・アナライザが簡単に開発できる！

信号処理システム開発が変わる

現在のディジタル無線通信の主流は電話よりもデータ通信です．本セミナでは最も基本的なテキスト文の送受信を体験します．

ディジタル無線通信では，さまざまな信号処理を行うため，比較的大きなCPUパワーが要求されます．そこで，リアルタイム（低遅延）にテキスト分の送受信を行えるコントローラとしてSTM32H747を選択しました．

無線通信用の信号処理用マイクロコントーラとして利用できると考える理由は次のとおりです．

  1. 2コアを内蔵し，分散処理が可能である
    • Cortex-M4：480MHz，SRAM 1Mバイト
    • Cortex-M7：240MHz，SRAM 288Kバイト
  2. DSPを搭載し，信号処理を劇的に高速化する命令セットを使える
    • 浮動小数点演算OK
    • 単精度および倍精度の浮動小数点演算が可能
      高精度なA-D/D-A変換器を内蔵する
    • A-Dコンバータ：16ビット $\times$ 3チャネル
    • D-Aコンバータ：12ビット $\times$ 2チャネル

ディジタル無線機のベースバンド信号処理も

ディジタル無線通信を理解するには，信号処理，数学，暗号化，サンプリング回路，ディジタル回路，高周波，マイクロ波など広範囲の知識が必要です．

アナログの時代は1人の技術者が無線システム全体を網羅することが可能でしたが，ディジタル通信の世界は裾野が広く，それぞれが深いため専門化が進んでいます．

セミナでは，ディジタル信号処理の部分に焦点を当てて，ソフトウェアだけで無線システム全体を網羅します．実験は音声帯域（20kHz以下）で行います．そのまま高周波に変換すれば，一般的なディジタル無線通信機を作れるレベルのものを目指しています．

これからディジタル無線関係の勉強を始める場合の最初に体験する実働ディジタル無線通信です．〈加藤 隆志〉

［講義内容の紹介動画］本製品のあらまし

演目

入門編　講師：山田 浩之

  1. セミナ概要とSTMの開発手順
    • 1日目でできるもの
    • セミナ用ファイル・セット
    • 本講義で使用するSTM32H747の概要
    • STM32H747I-DISCOについて
    • STM32H7開発：開発ツールとパッケージの解説
  2. LCDプロジェクトの作成
    • TouchGFX Designer を使ってセミナ用録音・再生のGUIを新規作成する
    • TouchGFXの操作の理解と波形（エンベロープ）表示の実装
    • TouchGFXやSTM32CubeMX の STM32H747プロジェクトでBSPドライバをリンクする方法
    • TouchGFX DesignerでGUIをデザインして，動作の実装をIDEで行い実際に動作を確認しているところを実演
    • TouchGFXを使わないプロジェクトの作成方法
  3. 音声入力と波形表示の実装
    • ボード上マイクを使った音声入力の実装
    • TouchGFX を使った波形（エンベロープ）表示の実装
    • TouchGFX DesingerやSTM32CubeMXのSTM32H747プロジェクトでBSPドライバをリンクする方法
    • TouchGFX DesignerでGUIをデザインして，動作の実装をIDEで行い実際に動作を確認しているところを実演
  4. FFTスペアナの実装とDSPライブラリ
    • DSPライブラリの説明とSTM32マイコンからの使い方
    • STM32H747I-DISCO のマイク入力をスペクトログラム表示する 「簡易スペアナ」の実装
      - DSPライブラリを使用して実装する
    • 実際に動作を確認
  5. 音声出力と録音再生の実装
    • STM32H747I-DISCOにおける録音と再生の詳細を説明
    • 録音したデータを再生する処理を追加して，録音～再生を完結させる
    • 実際に動作を確認
  6. FIRフィルタの実装
    • DISCOボードでリアルタイムに動作するフィルタを実装
    • FIRフィルタについての説明
    • 窓関数法による FIRフィルタの設計方法と実装
    • マイク，スピーカを使って音声帯域でフィルタの効果を確認
      - フィルタのパラメータを GUI で操作して係数計算
      - 窓関数の有無の確認
  7. 再生速度と周波数変換の実装
    • DISCOボードでリアルタイムに動作する再生速度，周波数コンバータを実装
      - Overlap-Addによる
    • Overlap-Addの解説
    • コンバータの動作の説明
    • マイク，スピーカを使って音声帯域でコンバータの効果を確認
  8. ノイズ・フィルタの実装
    • DISCOボードでリアルタイムに動作するノイズ除去フィルタを実装
      - スペクトル減算法による
      - FFT, IFFTを使って周波数空間上の処理を体感する
    • スペクトル減算法の解説
    • マイク，スピーカを使って音声帯域でフィルタの効果を確認
    • フィルタの効果をスペクトログラム上で確認
    • ノイズ・プロファイルをGUIで登録
STM32H7マイコンの開発手順 GUIの編集とプロジェクトの再構成 録音と波形表示
FFTアナライザの制作 スピーカを接続して録音再生と音量調節 スペクトラムで見るFIR LPFの効果

応用編　講師：加藤 隆志

  1. イントロダクションとシステム構成
    • イントロダクション
    • STM32H747I-DISCOと無線通信
    • ボードとスピーカだけで無線通信実験
    • H7無線機の構成
  2. 基本の変調方式QPSKと同期技術
    • $\pi$/4QPSKの解説
    • QPSKの改良型OQPSKと発展型
    • QPSKは搬送波の周波数同期が必要
    • QPSK Costas Loop
    • シンボル位置をサーチ
    • $\pi$/4QPSK復調：実際の波形
    • $\pi$/4QPSK周波数誤差がある場合
  3. フレーム構造とSyncword
    • フレーム構造を決める
    • Syncwordの解説
    • Syncwordの選び方
  4. ハミング・コード/デコードの解説
    • ハミング・エンコード
    • ハミング・デコード
    • ハミング・デコード：エラー訂正，エラー訂正不可の例
  5. データ暗号化や信号処理技術
    • フレーム構造全体
    • Payloadの暗号化
    • Payloadの暗号化：Whitening
    • Whitening（スペクトラム拡散）の効果
    • Interleave方式① 時間軸方向に拡散させる
    • Interleave方式② バースト妨害波に効果的
    • Viterbi EncodeとViterbi Decode
    • CRC(巡回冗長検査)
  6. Root-Raised Cosine Filterの設計
    • Root Raised Cosine Filter
    • Root Raised Cosine Filter係数
    • RRCのロールオフ率とは
  7. 送受信コード実装と波形観察
    • TX/RFソースコード(Screen1View.cpp)
    • 各ブロックから出力される波形：Inner Loop Back，Via Audio Loop Back
  8. 高機能無線機化のための接続方法とA-D・D-A利用
    • 更に高機能な無線機に仕上げるには
    • 本機をアナログ無線機に接続する場合の注意
    • Codec経由でなくH7内蔵D-A，A-Dを使う場合
疑似相関レス！SyncWord“Barker Code” 狭帯域フィルタ RRCのFIR係数設計 マイクとスピーカでπ/4QPSK無線通信 ソフトウェアの解説
マイクとスピーカでπ/4QPSK無線通信 実験キットの接続 マイクとスピーカでπ/4QPSK無線通信 復調信号の考察1 マイクとスピーカでπ/4QPSK無線通信 復調信号の考察2

受講対象

  • 組込み用計測ユニットの開発を検討している
  • 組込み用通信ユニットの開発を検討している
  • ソフトウェア無線の基本を学びたい

あると望ましい知識や経験

  • マイコン開発経験者
  • C言語がわかること

本製品を購入された方へ

講義ビデオと講義テキストの視聴方法は，下記リンク先(青字)をクリックし，本製品同梱の説明書に書かれたパスワードを入力してください．

611分の講義ビデオ(著作権保護のためパスワードがかけられています)

『Arm M4/M7/DSP×500MHz！STM32H7ハイスペック計測通信Module開発【入門編】』講義動画.mp4

  • 0:00:25 セミナ概要とSTMの開発手順
  • 0:56:03 LCDプロジェクトの作成
  • 1:36:54 音声入力と波形表示の実装
  • 2:23:55 FFTスペアナの実装とDSPライブラリ
  • 3:08:44 音声出力と録音再生の実装
  • 3:41:00 FIRフィルタの実装
  • 4:36:38 再生速度と周波数変換の実装
  • 5:04:28 ノイズ・フィルタの実装

『Arm M4/M7/DSP×500MHz！STM32H7ハイスペック計測通信Module開発【応用編】』講義動画.mp4

  • 0:00:10 イントロダクションとシステム構成
  • 0:21:15 基本の変調方式QPSKと同期技術
  • 1:16:25 フレーム構造とSyncword
  • 1:42:58 ハミング・エンコード/デコードの解説
  • 1:58:30 データ暗号化や信号処理技術
  • 2:40:28 Root-Raised Cosine Filterの設計
  • 3:03:06 送受信コード実装と波形観察
  • 4:01:55 高機能無線機化のための接続方法とA-D・D-A利用

講義テキスト(著作権保護のためパスワードがかけられています)

実験・実習用ソースコードとExcelファイル(著作権保護のためパスワードがかけられています)

講師紹介

山田 浩之（Y-Logic）

略歴

  • 2015年　都内電子機器メーカに入社．主にUSB3.1やDisplayPort，MIPI，車載向けSer/Desなど高速インタフェース変換基板の設計開発．回路設計からファームウェア，ソフトウェア開発(C/C++)を担当
  • 2023年　「Y-Logic」として独立開業

著書・キット

  1. 世界統一規格新USBType-C攻略DVD(特集)第4部，トランジスタ技術2020年2月号，CQ出版社．
  2. 電池交換不要！消費電流1μA未満のソーラ充電式導通チェッカ，トランジスタ技術2020年10月号，CQ出版社．
  3. AVRでサクッとマイコン開発(特集すべて)，トランジスタ技術2021年4月号，CQ出版社．
  4. 3桁表示ミリオーム計の設計・製作，トランジスタ技術2021年6月号，CQ出版社．
  5. 直流バイアス付きコンデンサ容量計，トランジスタ技術2021年11月号-2022年3月号(短期連載)，CQ出版社．
  6. 超便利！ICの故障・真贋チェッカの製作，トランジスタ技術2023年3月号，CQ出版社
  7. 作る！わかる！USBType-C＆電源(特集)第1部3-4章，トランジスタ技術2023年6月号，CQ出版社．
  8. 20mVステップUSB可変電源の製作，トランジスタ技術2023年9月号，CQ出版社．
  9. 「大安」「仏滅」を計算する六曜カレンダ回路の製作，トランジスタ技術2024年3月号，CQ出版社．

加藤 隆志（株式会社ラジアン）

略歴

  • 1990年　無線通信機器メーカで設計開発．その後，計測器メーカでRF測定機器，半導体試験装置の設計開発
  • 2017年　フリーランス・エンジニアとして独立，無線通信機器やSDR機器の受託開発
  • 2019年　株式会社ラジアンとして法人化．現在に至る

著書・キット

  1. ［VOD/KIT］GPSクロック・ジッタ・クリーナ，ZEPエンジニアリング．
  2. ［VOD］Linux搭載USBマルチ測定器 Analog Discovery Proで作る私の実験室，ZEPエンジニアリング．
  3. ［VOD］高速＆エラーレス！5G×EV時代のプリント基板＆回路設計 100の要点，ZEPエンジニアリング．
  4. ［VOD］ Before After！ ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】/【IoT・無線・通信編】，ZEPエンジニアリング．
  5. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmcon3”誕生［Vol.1　分散型マルチビーム無線機のハードウェア］
  6. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmcon3”誕生［Vol.2　1エレメント1モジュール独立分散型の理由］
  7. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmcon3”誕生［Vol.3　ソフトウェアによるマルチビーム制御の実験］
  8. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmcon3”誕生［Vol.4　非接触共振カプラによるアレイ・チャネル拡張］
  9. 超長距離無線LoRaからローカル5Gまで！GNU Radio×USRPで作るソフトウェア無線機，ZEPエンジニアリング．
  10. 自宅で設計・開発！USBミクスト・シグナル・アナライザ Analog Discovery Pro 3000 誕生，ZEPエンジニアリング．
  11. 高精度基準搭載＆1GSPS広帯域！プロ用USBマルチ測定器 ADP5250誕生 ，ZEPエンジニアリング．
  12. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.1] ，ZEPエンジニアリング．
  13. ［KIT］ミリ波5G対応アップ・ダウン・コンバータ MkⅡ【z-mmcon2】（mz-mmcon1後継機），ZEPエンジニアリング．
  14. ［KIT］ミリ波5G対応アップ・ダウン・コンバータ【mz-mmcon1】（生産終了，後継機 z-mmcon2），ZEPエンジニアリング．
  15. ［KIT］実験用28GHzミリ波パッチ・アンテナ【mz-mmant1】，ZEPエンジニアリング．
  16. ［KIT］実験用800M～6GHz 広帯域90°ハイブリッド【mz-qhybrid】，ZEPエンジニアリング．
  17. ［KIT］実験用27.5G-29.5GHzバンド・パス・フィルタ【mz-mmbpf1】，ZEPエンジニアリング．
  18. ［VOD/KIT］GPSクロック・ジッタ・クリーナ【z-pptgen-on1】，ZEPエンジニアリング．
  19. 電波解読マシン Piラジオの製作，トランジスタ技術，2017年1月号　特集，CQ出版社．
  20. 電波超解像!スペクトラムプロセッサSDR誕生，トランジスタ技術，2018年9月号　特集，CQ出版社．
  21. 夢のRFコンピュータ・トランシーバ製作，トランジスタ技術，2017年8月号　連載，CQ出版社．
  22. 信号処理プログラミングで操るソフトウェア無線機＆計測機，2019年春号，トランジスタ技術SPECIAL No.146，CQ出版社．

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  6. ［KIT］ミリ波5G対応アッ プ・ダウン・コンバータ MkⅡ【z-mmcon2】（mz- mmcon1後継機）
  7. ［VOD/KIT］GPSクロック・ジ ッタ・クリーナ【z-pptgen-on1】
  8. ［KIT］実験用28GHzミリ波 パッチ・アンテナ【mz-mmant1】
  9. ［KIT］実験用800M～6GHz 広帯域90°ハイブリッド【mz-qhybrid】
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