基于Arduino-Nano开发板的完整数字FM接收器设计

FM发射器/接收器是任何电子发烧友最喜欢的电路之一。在本文/视频中，我介绍了一个完整的数字FM接收器设计，该设计配备了LCD屏幕和三个按钮。它可以手动和自动搜索（扫描模式）从76MHz到108MHz的FM信号。信号强度也以条形图显示在LCD屏幕上。输出的声音由3W + 3W D类立体声放大器放大，该放大器处理高质量和足够强的音频功率。作为控制器，我使用了便宜且流行的Arduino-Nano开发板。因此，让我们开始吧！

A.电路分析

图1显示了该设备的示意图。显而易见，该电路包括3个主要部分：Arduino-Nano（控制器），FM接收器模块和音频放大器。

图1：数字FM接收器的示意图

A-1。调频接收模块

FM接收器模块基于TEA5767 [1、2]芯片。它是一个众所周知的模块，可以通过I2C总线进行控制。它涵盖了从76MHz到108MHz的FM频率范围。在输出端，它处理应放大的L和R立体声音频信号，否则，声音电平微弱，即使是耳机也听不到。频率选择和信号强度测量任务由Arduino-Nano代码执行。

R3，C7，C8和C9构建了一个可降低电源噪声的一阶低通RC滤波器。R1和R2是I2C总线的强制上拉电阻，CON1是提供天线连接的UFL连接器。图2显示了TEA5767模块。

图2：TEA5767 FM接收器模块

A.2音频放大器

音频放大器部分由PAM8403 [3，4]芯片组成。该芯片是3W + 3W HiFi D类放大器，只能使用5V单电源工作。使用4欧姆扬声器可以达到最大输出功率。根据数据表：“ PAM8403是3W D类音频放大器。它具有较低的THD + N，可实现高质量的声音再现。新的无滤波器架构允许该设备直接驱动扬声器，不需要低通输出滤波器，从而节省了系统成本和PCB面积。

R4，R5，C11和C12用于将输出音频传输到放大器。此外，它们还创建了高通RC滤波器，以消除任何低频噪声。图3显示了PAM8403芯片的参考电路。P2和P3是直角2针XH连接器，用于将扬声器连接到板上。

图3：PAM8403的数据表参考电路

A.3控制器

电路的控制器由Arduino-Nano板（AR1）组成。图4显示了Arduino-Nano板。评估板驱动8 * 2 LCD（LCD1），并读取SW1，SW2和SW3按钮的状态。它还通过I2C总线发送/接收TEA5767数据。R6设置LCD的对比度，C4，C5和C6用于减少机械按钮的噪音（反跳）。

图4：Arduino-Nano板

A.4电源

TS2937 [5，6]是电源的主要组件，可为电路提供稳定的+ 5V电源。C1，C2和C3用于降低噪声，POT1是带有开关的50K 2路（双路）电位计。POT1既可以打开/关闭设备，也可以增大或减小声级。图5显示了POT1的图片。

图5：带开关的2路（双路）电位计

B.PCB布局

图6显示了数字FM接收器的PCB布局。它是2层PCB板，最新版本。Arduino-Nano板安装在板的底部，LCD则安装在板的顶部，最好安装在母排针上。在3D视图和真实照片中，这一点更加清晰。图7显示了电路板的3D视图。图8显示了数字FM接收器电路的高质量预制PCB板。

图6：数字FM接收器的PCB布局

图7：PCB板的顶部和底部3D视图

图8：高质量的预制PCB板

我像往常一样在此PCB项目中使用了SamacSys组件库（用于IC1和IC2）。这样可以节省大量时间并防止设计错误，从而降低产品成本。所有SamacSys组件库（原理图符号，PCB封装和3D模型）都是免费的，并且遵循严格的工业IPC封装标准。您可以从componentsearchengine.com下载并安装这些库，也可以使用提供的CAD插件直接安装它们。我使用了Altium插件，但是，几乎所有的电子设计CAD软件都受支持，例如Eagle，KiCad，OrCAD，Proteus等[7]。图9显示了受支持的CAD软件，图10显示了从Altium插件中选择的组件库。

图9：SamacSys插件支持的CAD软件

图10：从Altium插件中选择的PAM8403和TS2937库

C.组装与测试

最小的组件封装是0805。焊接电路板应该没有任何问题，但是，您也可以订购专业组装的电路板。图11从顶部显示组装的PCB板，图12从底部显示组装的PCB板。董事会是我手工焊接的。您还需要四个5mm FF垫片，以将LCD固定在PCB板上。

图11：组装好的PCB板（俯视图）

图12：组装好的PCB板（底视图）

您应使用UFL至SMA-F连接器将天线连接至电路板。图13显示了这种类型的连接器。

图13：UFL至SMA-F连接器

C.1 Arduino代码

Arduino代码在下面的代码块中可用。只需将Arduino-Nano连接到计算机并编译/上传代码即可。

Code.ino

C.2测试

频率的下限是76.0MHz，上限是108.0MHz。您可以通过按向上和向下按钮将频率增加或减少0.1MHz。同样，如果长按这些按钮，频率将连续增加/减少。因此，很容易将接收器固定在所需的频率上（FM电台）。此外，“扫描”按钮可以自动搜索功能强大的FM电台，并将接收器固定在频率上。要搜索下一个电台，应再次按“扫描”按钮。

FM信号的强度以条形图显示在LCD屏幕上。在图14中，已将接收机设置在功能强大的FM电台上，频率为100.0MHz。

图14：接收机已设置在功能强大的FM电台上，频率为100.0MHz

D.物料清单

图15显示了物料清单。搭建设备，玩得开心！

图15：物料清单（BOM）

校正：R7的值为0R（1206）。最好将TS2940CW50（SOT-223）用于IC1。使用8欧姆扬声器以防止在高输出功率下IC1稳压器可能产生热应力，或者使用功能更强大的稳压器。

编辑：hfy