軟件數字收音機系統，包括原理圖、電路圖及源代碼

摘要： 本系統采用430單片機，FPGA。通過(guò)天線(xiàn)收到不同頻率的電磁波，通過(guò)單片機控制本振頻率的產(chǎn)生，從而選定不同頻率的電臺，經(jīng)過(guò)混頻得到的信號由FPGA解調，最后通過(guò)功放由喇叭放出聲音。本系統在設計中注意低功耗處理和力求高性?xún)r(jià)比等細節。

本設計主要特點(diǎn)：
1. MB1504控制產(chǎn)生本振，具有高效，穩定，簡(jiǎn)單特點(diǎn)。

2．FPGA穩定性好，處理速度快。

3． 數字式收音機接收數據更精確，收到的電臺更多更精確。

1．方案設計與論證

1.1主控系統選擇

方案一：采用高性能嵌入式系統，比如ARM。如果采用此方案，可以很好的解決數據處理和控制功能，但是ARM價(jià)格昂貴且本科階段很少接觸，在短時(shí)間內完成困難比較大。

方案二：采用一般單片機，如51單片機。但是51單片機內部資源不夠，很多功能無(wú)法實(shí)現。

方案三：采用430高性能單片機來(lái)實(shí)現，用來(lái)處理控制本振頻率。

考慮到方案的可實(shí)行性和性?xún)r(jià)比，我們采用M430F1611單片機，此款單片機可實(shí)現高速運算，存儲空間大，價(jià)格低廉，性?xún)r(jià)比極高。

1.2本振選擇

方案一：選擇分立元件搭配出，但是此方法難度太高，并且誤差干擾都很大。

方案二：完全選擇專(zhuān)用芯片有單片機控制。此方法簡(jiǎn)單，但價(jià)格昂貴。

方案三：使用數字鎖相環(huán)芯片和分立元件組合的vco電路。

考慮到價(jià)格，工作頻率以及靈敏度等因素。本系統采用MB1504 鎖相環(huán)芯片和分立元件搭VCO。

1.3變頻選擇

方案一：采用一次變頻。此種方法方案簡(jiǎn)單，容易實(shí)現，但對后端AD要求較高。

方案二：采用多次變頻。整體設計更加復雜，誤差也將各大，實(shí)現有難度。

考慮到收音機對數據要求較高，和整體性能。本系統采用一次變頻，芯片使用NE602。

1.4數據處理模塊選擇

方案一：采用專(zhuān)用解調芯片，此方法方案簡(jiǎn)單，但擴展和開(kāi)發(fā)性都很差。

方案二：采用FPGA芯片解調，此方案結構清楚簡(jiǎn)單，穩定性好，但價(jià)格昂貴。

本系統選用了FPGA芯片作為解調，確保系統的開(kāi)發(fā)性和準確性。

1.5音頻處理

方案一： 使用三極管進(jìn)行放大，效果不好并且復雜。

方案二： 使用專(zhuān)用功放芯片。

綜合考慮，本系統選用功放芯片LM386。

小結：

經(jīng)過(guò)幾番仔細的論證和比較，我們決定了本系統主要模塊方案如下：

音頻處理方案：LM386。

主控制器：MSP430單片機。

本振電路方案：MB1504+分立元件的VCO。

變頻模塊：NE602。

數據處理模塊：FPGA最小系統板。

2．電路設計

2.1系統組成原理

本系統由本振模塊，變頻模塊，主控單片機，FPGA解調模塊，音頻模塊，AD模塊，DA模塊等組成。

圖2.1系統組成原理圖

2.2本振電路

通過(guò)單片機控制MB1504鎖相環(huán)和壓控振蕩器產(chǎn)生所需要的頻率。

圖2.2本振電路原理圖

2.3變頻模塊

本振產(chǎn)生的頻率與天線(xiàn)接收進(jìn)來(lái)的頻率經(jīng)過(guò)NE602混頻放大。

圖2.3變頻模塊原理圖

2.4AD，DA模塊

變頻之后的模擬信號經(jīng)過(guò)AD采入FPGA解調，解調之后再用DA轉換為模擬信號

圖2.4.1 DA模塊

圖2.4.2 AD模塊

2.5聲音模塊

模擬信號經(jīng)過(guò)功放放大后送入喇叭，還原成聲音信號。

圖2.5功放電路

3．軟件設計

3.1FPGA解調

、為正交信號，cM Signal為ADC采樣到的數字cM中頻數據，經(jīng)過(guò)兩路正交相乘后進(jìn)行CIC抽取，cIo低通濾波器用來(lái)濾除正交相乘后產(chǎn)生的和頻分量，包含語(yǔ)音信息中的零中頻信號分量被保留。正交零中頻分量再經(jīng)過(guò)求導交叉相乘，求差，即為有用的語(yǔ)音信息。

圖3.1 FPGA中頻解調

3.2單片機控制

圖3.2單片機發(fā)送流程圖

4．系統測試

1.整體測試。

測試功能收到7個(gè)電臺，基本實(shí)現所要求功能。

2.誤差分析

有些電臺接受不了，或者聲音不清晰經(jīng)分析原因有兩個(gè)：

1）AD由于是欠采樣對對信息完整度有影響。

2）天線(xiàn)接受信號攜帶的干擾信號并沒(méi)有完全濾除造成干擾。

5．設計總結

本作品FPGA和430為核心部件，通過(guò)控制本振頻率，從而選定不同的電臺信號，經(jīng)過(guò)混頻產(chǎn)生10.7M頻率信號，再經(jīng)過(guò)FPGA解調，功放放大還原成聲音。在設計中，我們盡量采用低功耗器件，力求硬件電路的經(jīng)濟性和精簡(jiǎn)性，充分發(fā)揮軟件控制靈活方便的特點(diǎn)，來(lái)滿(mǎn)足設計要求。