帶RDS的LW/MW/SW立體聲FM-DSP收音機(jī)接收器V2.5

描述

無線電是最早的長距離電信媒體之一，因此它是一項(xiàng)非常古老的技術(shù)。見下圖：

這里還有另一個收音機(jī)：

說明和接線圖（原理圖）：

Si473x 是一款采用 DSP（數(shù)字信號處理）技術(shù)的完整接收器，與 SDR（軟件定義無線電）接收器中使用的技術(shù)相同。

Arduino 通過 I2C 接口控制 Si473x IC 并與之“對話”，向其中寫入數(shù)據(jù)并從中讀取數(shù)據(jù)。圖形界面由一塊1.8英寸ST7735彩色TFT顯示屏組成，通過SPI數(shù)據(jù)接口進(jìn)行通信。在 Si473x IC 內(nèi)部，射頻信號通過 A/D 轉(zhuǎn)換器數(shù)字化并由 DSP（數(shù)字信號處理器）處理，然后通過 D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為音頻并發(fā)送到輸出端。

有兩張電氣圖，一張用于 PL102BA-S V2 模塊，另一張用于 Si4732-A10 分線 PCB。

天線輸入電路（RF 前端）很簡單，我沒有使用 RF 前置放大器 (LNA) 或更復(fù)雜的 LPF/BPF 濾波器，即使如此也可以獲得良好的無線電接收效果。

S1 開關(guān)用于選擇短波 (SW) 或中波/長波 (MW/LW) 天線。當(dāng)開關(guān) S1 處于 MW 位置時，必須斷開外部短波天線以獲得更清晰的接收效果，因?yàn)樵谶@種情況下鐵氧體棒起到天線的作用。

D1 和 D2（BAV199 - 雙二極管）可以用 2 x 1N4148 代替，甚至可以為了簡化而省略，我沒有在接收器上使用它們，但它可以防止靜電放電 (ESD)。

arduino 由應(yīng)用于 VIN 輸入的 7.8V（2x18650 電池）供電。arduino 還提供 5V 穩(wěn)定電壓為 TFT 顯示器供電，3.3V 穩(wěn)定電壓為 Si4732（或 PLB102）供電。

一直存疑的一點(diǎn)是Arduino 5V和Si473x芯片在邏輯電平上的區(qū)別，沒有實(shí)際依據(jù)和測試的信息很多。

由于 Arduino 在 I2C 總線上有 5V 邏輯電平而 Si473x 使用 3.3V，如果需要，可以在 I2C SCL/SDA 總線和 RESET 線上使用一個 5V 到 3.3V 邏輯電平轉(zhuǎn)換器雙向，在 Arduino 和Si473x。

然而，我在我的項(xiàng)目中沒有使用邏輯電平轉(zhuǎn)換器，我確實(shí)使用了電阻器，并且在各種實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中（我已經(jīng)做了 2 年多）我從來沒有任何問題，我從來沒有任何 Si4730/32/ 35 個設(shè)備損壞，甚至沒有 I2C 通信問題，我從未注意到任何不穩(wěn)定。實(shí)際上，有一個由 1k 電阻和連接到 3.3V 的上拉電阻組成的電阻分壓器，因此 Si473x 引腳上的邏輯高電平永遠(yuǎn)不會超過 3.3V（測量值）。如果沒有邏輯電平轉(zhuǎn)換器，您將獲得電路簡化和 I2C 通信速度的增益。

陶瓷去耦電容 C3-C6 用于減少顯示器和 SPI 數(shù)據(jù)總線產(chǎn)生的噪聲輻射 (EMI)。

根據(jù)技術(shù)論文，Arduino 的 EEPROM 存儲器可以重寫多達(dá) 100、000 次而不會失?。ūM管在實(shí)際測試中它在失敗之前達(dá)到了超過 100 萬次循環(huán)）。為了節(jié)省EEPROM的壽命，只有在按下PB2按鈕（SAVE）時才會保存一次數(shù)據(jù)，所以內(nèi)存會有很長的壽命，可以說在正常使用中絕對不會失效方法。

必須使用外部音頻放大器來放大此收音機(jī)的聲音，可以是“JBL”型放大器盒或任何其他具有線路輸入的音頻放大器。其他選擇是自己組裝，請參閱下面的完整 DIY LM386 音頻放大器項(xiàng)目（原理圖和 PCB），該項(xiàng)目在該項(xiàng)目上運(yùn)行良好。此外，TDA2822（DIP-8 封裝中的立體聲放大器 IC）在這里也是一個不錯的選擇，因?yàn)樗苋菀渍业?價格便宜并且可以提供非常好的聲音。

用于控制 Si473x 的庫：

在這個項(xiàng)目中，我使用了由Michael J. Kennedy 先生編寫的高性能庫 Si4735-I2C-R4 ，這是一部于 2012 年編寫的出色的創(chuàng)新作品。它是現(xiàn)有最好的 Si473x 庫，非常穩(wěn)定、快速、友好，并具有專業(yè)級的 RDS 解碼器，比今天在 Internet 上找到的庫（順便說一下，它們基于 Kennedy 的工作）要好得多。我剛剛對其進(jìn)行了一些更新，以包括一些命令和顯示引腳的配置。

我設(shè)置的電路圖片：

此處使用的 DSP收音機(jī)芯片（IC）注意事項(xiàng)：

1-此處使用的無線電模塊是 PL102BA-S V2（它具有 IC Si4730-D60 QFN 封裝）。只有帶有 3060 標(biāo)記的 Si4730-D60 IC 附帶的模塊才能接收短波波段和 FM 上的 RDS。請注意，制作為 NE928-10A V.01 的模塊只能在 AM/FM（不是 SW 或 RDS）中工作。我通過 Aliexpress 訂購了這個模塊。下面是 PL102BA-S V2 模塊的圖片和引腳排列：

2-最近我在 Aliexpress 上發(fā)現(xiàn)這個無線電模塊可能適用于這個項(xiàng)目：Si4730 Si4731 Integrated High-quality FM / AM Radio Head Module

3-Si4732-A10 IC：PLB102BA 模塊變得很難找到，所以我決定設(shè)計(jì)一個 PCB 分線器以使用 Si4732-A10 IC (SOP16)，它更容易在板上焊接，將接收短波波段和 FM 上的 RDS并且在 Aliexpress、Mouser 等網(wǎng)站上有售。此分線板可用于其他帶有 Si473x 的無線電項(xiàng)目，包括互聯(lián)網(wǎng)上提供的其他庫。

這是您在 PCBWay 網(wǎng)站上訂購此 PCB 分線（不含組件）的鏈接，甚至可以免費(fèi)下載 Gerber / BOM 文件以在其他地方制造。

以下是：PCB 設(shè)計(jì)、原理圖、引出線和 BOM。

4-附加評論：有用戶報(bào)告說 RDS 和 Shortwave 也可以使用 SSOP-24 封裝（不是 QFN）的 Si4730-D60 和 Si4734-D60 芯片，這些設(shè)備的優(yōu)勢是更便宜，但是我沒有有機(jī)會測試一下。還要記住，Si4735-D60 SSOP-24 可以用作 RDS/SW 肯定會起作用。

我為采用 SSOP-24 封裝的 SI4730/34/35 設(shè)計(jì)了分線板適配器，單擊此處下載 PCB 布局。

5-如果您不想使用分線板和/或使用其他 MCU（微控制器單元），下面是使用 SSOP-24 封裝的 Si4730-D60 / Si4734-D60 / Si4735-D60 芯片的電路原理圖, 以便您可以設(shè)計(jì)自己的印刷電路板。該電路需要具有 I2C（Arduino Uno、Nano、ESP32、STM32 等）的 MCU 才能工作。

雙轉(zhuǎn)換接收器：

對于任何有興趣使用 SI5351 和 SI4735(32) 制作雙轉(zhuǎn)換接收器的人，這是我構(gòu)建的接收器塊的框圖，它工作得很好。使用 JCR 10kHz-225MHz VFO。混頻器是流行的NE602 / SA612 IC。

開源版本：

單擊此處下載開源項(xiàng)目，包括主要草圖、庫和接線圖等。

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專業(yè)版（帶 SSB）- 2022 年 11 月更新（錯誤修復(fù)）：

接收器規(guī)格：立體聲 FM 64-108MHz，帶 RDS、LW、MW、SW 頻段，涵蓋 150kHz 至 30MHz 和 AM/SSB 解調(diào)。顯示 TFT 1.8” ST7735 彩色 128x160pix 和 Arduino Nano (Atmega328P)。

對于那些想嘗試帶 SSB 版本的人（僅限有經(jīng)驗(yàn)的用戶），我在這里提供帶 SSB 的固件（.hex 格式）和許多改進(jìn)（專業(yè)版，見下圖）。在這里下載。

要在 Arduino UNO / Nano 上安裝固件（.hex 格式），需要使用 Xloader 應(yīng)用程序?qū)ⅰ?hex”文件上傳到 Arduino Uno/Nano，運(yùn)行 Xloader.exe（在文件夾中），連接USB 電纜連接到 Arduino Nano。在 Xloader 中選擇正確的 COM 端口，波特率 115200，選擇設(shè)備微處理器 UNO（ATmega328），選擇固件文件（.hex 在文件夾中）并點(diǎn)擊 Xloader 中的上傳。Arduino LED 將在此過程中點(diǎn)亮，Xloader 將在完成時提供建議。就這樣，真的很快，大約需要 12 秒。

在專業(yè)版中，按鈕具有不同的功能，如原理圖所示：

筆記：

- 該電路設(shè)計(jì)用于 6.5v 至 8.5v 電源（來自兩個串聯(lián)的 18650 電池），并且該電壓施加到 Arduino Nano 的 VIN 引腳，在內(nèi)部調(diào)節(jié)電壓。Arduino 讀取此電池電壓以指示并在收音機(jī)關(guān)閉時使用此值將值保存到 EEPROM。如果您為 Arduino 提供低于此的電壓，電路將無法正常工作。此外，此版本使用 Si473x I2C 地址 0x63，請確保在您的硬件上正確設(shè)置它。

- 請注意，市場上有許多帶有變體/假冒 ATMEGA328P U-TH 微控制器的 Arduinos Nano，在這種情況下，它可能無法在該項(xiàng)目中使用。在這種情況下，您可以嘗試更正文件“avrdude.config”上的簽名編號（設(shè)備簽名 = 0x1e 0x95 0x16），以便能夠加載固件。要恢復(fù)此類 Arduino Nano 的引導(dǎo)加載程序，請使用 IDE 上的 Minicore 板并選擇處理器變體 328PB。

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指示：

• 在 Arduino IDE 上打開 scketch，安裝位于“安裝這些庫”文件夾中的庫，并為 Si4732 選擇正確的 I2C 地址（0x11 或 0x63）。模塊 PL102BA-S V2 使用地址 0x63。
• 編譯草圖，然后將其加載到 Arduino Nano、Uno 或 Pro Mini。
• 按照原理圖連接 Arduino、顯示器、PLB102 模塊或 Si4732、旋轉(zhuǎn)編碼器、按鈕等。
• 無線電電路第一次上電，初始值必須加載到 EEPROM 存儲器中，步驟如下：按住 PB2 按鈕，打開 Arduino 電源，等待屏幕顯示“DEFAULT”信息VALUES”，現(xiàn)在可以開始工作了。
• 有 4 個按鈕，每個按鈕有 2 個功能：短按和長按（PB3 除外）。還有一個開關(guān) SPDT (S1)。
• 按下按鈕 PB1：選擇打開 AM 和 AM 波段瀏覽器上/下選擇器：短按來自 FM 的 AM 啟動，然后按上波段，長按下波段（14 個波段）。
• 按下按鈕 PB2：將當(dāng)前頻率、波段、顏色主題“保存”到 EEPROM 并更改調(diào)諧步長（1、5、9、10kHz）：短按“保存”*，長按更改 Tstep。*即使關(guān)閉arduino電源并移除電源，信息仍會保存在arduino的EEPROM內(nèi)存中，并在再次打開時檢索。
• 按下按鈕 PB3：更改 AM（6、4、3、2.5、2、1.8、1kHz）和 FM（Aut、110、84、60、40kHz）的帶寬 IF 濾波器。
• 按下按鈕 PB4：選擇打開 FM、RDS 節(jié)目類型（電臺 ID/廣播文本/自動滾動廣播文本）和顏色主題：短按 FM 啟動來自 AM，然后 RDS 類型更改，長按將從藍(lán)色切換顏色主題變黑，反之亦然。
• 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)編碼器調(diào)高或調(diào)低搜索電臺的頻率。
• S1 開關(guān)用于選擇短波 (SW) 或中波/長波 (MW/LW) 天線。當(dāng)開關(guān) S1 處于 MW 位置時，必須斷開外部短波天線以獲得更清晰的接收效果，因?yàn)樵谶@種情況下鐵氧體棒起到天線的作用。

關(guān)于要使用的天線：

• 對于短波接收，使用“長線天線”，它由一根 7 米長的電纜組成，伸到屋外或屋內(nèi)，距離地面至少 3 米的高度。也可以使用其他類型的天線，例如 MiniWhip 和 Magnetic Loop。對于那些想了解更多的人，可以在此處找到典型“長線天線”的理論和項(xiàng)目，在此處可以找到“ MiniWhip 天線”的理論和項(xiàng)目。
• 此處有一篇關(guān)于短波天線的有趣且實(shí)用的文章。
• 為了在 MW（中波）和 LW（長波）頻段獲得良好的接收效果，應(yīng)使用 12cm x 1cm 的鐵氧體棒狀天線。對于 LW，鐵氧體線圈的電感至少應(yīng)為 1000uH（1mH），以改善該頻段的接收效果。鐵氧體棒越長，接收效果越好。
• 對于 FM 波段，70 厘米的鞭子或電線就足夠了。對于 DX 接收，可以使用商用外部 VHF/FM 天線。

改善無線電接收的一些技巧：

• 始終用電池為電路供電。避免使用開關(guān)電源或 DC / DC 降壓轉(zhuǎn)換器為該收音機(jī)供電，因?yàn)檫@些電子電源與大約 150kHz 的振蕩器一起工作，并且該電磁信號會干擾甚至破壞收音機(jī)接收。一些移動電源（電池模塊）使用 DC/DC 降壓轉(zhuǎn)換器。
• 遠(yuǎn)離或關(guān)閉靠近無線電接收器的電子燈，因?yàn)檫@些燈也會產(chǎn)生很大的干擾。最好使用采用 LED 技術(shù)的燈。同樣，嘗試將收音機(jī)接收器遠(yuǎn)離計(jì)算機(jī)和筆記本電腦或膝上型電腦，或在調(diào)諧和收聽收音機(jī)時關(guān)閉這些設(shè)備。
• 避免使用任何類型的 D 類音頻放大器 (PWM)，如 PAM8403 或 TPA3118 等，因?yàn)檫@些電路工作在高頻下，會干擾 AM/SW 無線電接收并產(chǎn)生噪聲。
• 短波和中波接收高度依賴于無線電波的傳播。有些時候接收效果更好，有些時候接收效果更差。通常在下午晚些時候和晚上，這是接收遠(yuǎn)處廣播電臺的最佳時間。

關(guān)于 Arduino 產(chǎn)生的數(shù)字噪聲/干擾的最終考慮：

每個帶有微控制器和 I2C/SPI 數(shù)據(jù)/時鐘總線流量的數(shù)字電路都會產(chǎn)生一定程度的電磁噪聲 (EMI)，干擾和擾亂無線電接收，因?yàn)樗哂袀鞑サ礁鞣N頻率的諧波。

嘗試減少此問題的一種方法是在面包板下方放置一塊絕緣金屬板（鋼、鋁或銅）并連接到電路的 GND（電池負(fù)極），或者將整個電路組裝在正確連接的金屬盒內(nèi)到 GND 電路。

您還必須在 TFT 顯示器和 Arduino 之間的連接中使用盡可能短的電線。您還應(yīng)盡可能將 DSP 無線電芯片與 Arduino 保持距離，理想的做法是將 DSP 無線電芯片和 Arduino + 顯示器放置在由接地金屬板隔開的隔間內(nèi)。

精心規(guī)劃的印刷電路板 (PCB) 將數(shù)字部分與模擬 RF 部分分開并帶有接地層，這將有助于降低噪聲。

祝大家集會順利！胡里奧·塞薩爾。

使用條款：

• 這是我出于業(yè)余愛好而做的免費(fèi)項(xiàng)目，不是專業(yè)項(xiàng)目。我組裝供我使用的原型完美運(yùn)行，但我不能保證您組裝的東西一定能正常工作，因?yàn)檫@將取決于您的經(jīng)驗(yàn)和知識、所用組件的質(zhì)量/原創(chuàng)性、制造商的可變性和組裝錯誤等因素。我決不對您在該組件中的費(fèi)用或損壞負(fù)責(zé)。
• 這是一個免費(fèi)項(xiàng)目。本項(xiàng)目的作者保留隨時更改、修改或更正硬件和/或軟件的權(quán)利，恕不另行通知或?qū)σ呀M裝的人員承擔(dān)任何義務(wù)。
• 不要指望這款接收器的性能與專業(yè)和商業(yè)接收器一樣好或更好，這是一個業(yè)余家庭項(xiàng)目，旨在讓個人滿意地在家中設(shè)置并看到它在本活動提供的學(xué)習(xí)之外工作。