软件数字收音机系统，包括原理图、电路图及源代码

摘要： 本系统采用430单片机，FPGA。通过天线收到不同频率的电磁波，通过单片机控制本振频率的产生，从而选定不同频率的电台，经过混频得到的信号由FPGA解调，最后通过功放由喇叭放出声音。本系统在设计中注意低功耗处理和力求高性价比等细节。

本设计主要特点：
1. MB1504控制产生本振，具有高效，稳定，简单特点。

2．FPGA稳定性好，处理速度快。

3． 数字式收音机接收数据更精确，收到的电台更多更精确。

1．方案设计与论证 

1.1主控系统选择

方案一：采用高性能嵌入式系统，比如ARM。如果采用此方案，可以很好的解决数据处理和控制功能，但是ARM价格昂贵且本科阶段很少接触，在短时间内完成困难比较大。

方案二：采用一般单片机，如51单片机。但是51单片机内部资源不够，很多功能无法实现。

方案三：采用430高性能单片机来实现，用来处理控制本振频率。

考虑到方案的可实行性和性价比，我们采用M430F1611单片机，此款单片机可实现高速运算，存储空间大，价格低廉，性价比极高。

1.2本振选择

方案一：选择分立元件搭配出，但是此方法难度太高，并且误差干扰都很大。

方案二：完全选择专用芯片有单片机控制。此方法简单，但价格昂贵。

方案三：使用数字锁相环芯片和分立元件组合的vco电路。

考虑到价格，工作频率以及灵敏度等因素。本系统采用MB1504 锁相环芯片和分立元件搭VCO。

1.3变频选择

方案一：采用一次变频。此种方法方案简单，容易实现，但对后端AD要求较高。

方案二：采用多次变频。整体设计更加复杂，误差也将各大，实现有难度。

考虑到收音机对数据要求较高，和整体性能。本系统采用一次变频，芯片使用NE602。

1.4数据处理模块选择

方案一：采用专用解调芯片，此方法方案简单，但扩展和开发性都很差。

方案二：采用FPGA芯片解调，此方案结构清楚简单，稳定性好，但价格昂贵。

本系统选用了FPGA芯片作为解调，确保系统的开发性和准确性。

1.5音频处理

方案一： 使用三极管进行放大，效果不好并且复杂。

方案二： 使用专用功放芯片。

综合考虑，本系统选用功放芯片LM386。

小结：

经过几番仔细的论证和比较，我们决定了本系统主要模块方案如下：

音频处理方案：LM386。

主控制器：MSP430单片机。

本振电路方案：MB1504+分立元件的VCO。

变频模块：NE602。

数据处理模块：FPGA最小系统板。

2．电路设计

2.1系统组成原理

本系统由本振模块，变频模块，主控单片机，FPGA解调模块，音频模块，AD模块，DA模块等组成。

图2.1系统组成原理图

2.2本振电路

通过单片机控制MB1504锁相环和压控振荡器产生所需要的频率。

图2.2本振电路原理图

2.3变频模块

本振产生的频率与天线接收进来的频率经过NE602混频放大。

图2.3变频模块原理图

2.4AD，DA模块

变频之后的模拟信号经过AD采入FPGA解调，解调之后再用DA转换为模拟信号

图2.4.1 DA模块

图2.4.2 AD模块

2.5声音模块

模拟信号经过功放放大后送入喇叭，还原成声音信号。

    

图2.5功放电路

3．软件设计

3.1FPGA解调

、为正交信号，cM Signal为ADC采样到的数字cM中频数据，经过两路正交相乘后进行CIC抽取，cIo低通滤波器用来滤除正交相乘后产生的和频分量，包含语音信息中的零中频信号分量被保留。正交零中频分量再经过求导交叉相乘，求差，即为有用的语音信息。

图3.1 FPGA中频解调

3.2单片机控制

图3.2单片机发送流程图

4．系统测试

1.整体测试。

测试功能收到7个电台，基本实现所要求功能。

2.误差分析

有些电台接受不了，或者声音不清晰经分析原因有两个：

1）AD由于是欠采样对对信息完整度有影响。

2）天线接受信号携带的干扰信号并没有完全滤除造成干扰。

5．设计总结

本作品FPGA和430为核心部件，通过控制本振频率，从而选定不同的电台信号，经过混频产生10.7M频率信号，再经过FPGA解调，功放放大还原成声音。在设计中，我们尽量采用低功耗器件，力求硬件电路的经济性和精简性，充分发挥软件控制灵活方便的特点，来满足设计要求。