探索 Adafruit Si4713 FM 无线电发射器：打造自己的电台

在电子工程师的世界里，创新与探索永无止境。今天，我们将深入探讨 Adafruit Si4713 FM 无线电发射器，它能让你轻松变身海盗电台主播，开启属于自己的广播之旅。

文件下载：1958.pdf

一、概述

Adafruit Si4713 是一款基于 Si4713 芯片的一体化立体声音频 FM 发射器，不仅能发射音频，还支持 RDS/RBDS 数据传输。通过将其连接到微控制器（如 Arduino）的 I2C 数据线，设定发射频率，再将线路电平音频输入立体声耳机插孔，就能实现音频发射。其有效传输距离约 10 米/30 英尺，使用普通 FM 接收器（如汽车或口袋收音机）就能收听。而且，它还支持 RDS/RBDS 功能，能传输文本和数据，就像一些汽车收音机显示电台和当前播放歌曲那样。搭配 Adafruit 提供的 Arduino 库、示例代码和教程，几分钟内就能让它运行起来。

二、引脚说明

音频输入

• LIN：线路电平左声道输入，可直接接入约 0.7Vpp 的音频信号，板上有交流耦合电容，可处理直流偏置信号。
• RIN：线路电平右声道输入，功能与 LIN 类似。

电源引脚

• Vin：电源输入引脚，可使用 3 - 5VDC 供电，建议与微控制器逻辑电平使用相同电压，如 Arduino 通常使用 5V。
• GND：电源和逻辑接地，连接到微控制器的接地引脚。
• 3Vo：板载稳压器输出，标称 3.3V，可提供高达 100mA 的 3V 稳压电源。

接口引脚

该 FM 发射器芯片需要微控制器进行设置，采用 I2C 通信方式（虽支持 SPI，但文档未提供 SPI 代码示例）。所有接口输入引脚兼容 5V，可用于 3 - 5V 逻辑。

• RST：复位引脚，在与芯片通信前必须先对该引脚进行电平切换，逻辑 0 时芯片处于复位状态。
• CS：芯片选择引脚，用于 SPI 模式，同时也决定 I2C 地址。默认拉高时 I2C 地址为 0x63，短接到地时为 0x11。
• SCL：I2C 时钟引脚，连接到微控制器的 SCL 引脚。
• SDA：I2C 数据引脚，连接到微控制器的 SDA 引脚。

额外 GPIO 引脚

有两个 GPIO 引脚（GP1 和 GP2）可用于控制 LED 闪烁。初始状态用于设置芯片为模拟模式，复位时不要将其短接到地或 VCC，且它们仅为 3V 输出。GPIO #3 用于板载 32KHz 时钟发生器。

三、组装步骤

准备排针

根据需要裁剪排针长度，将其插入面包板（长引脚朝下），便于后续焊接。

安装 breakout 板

将 breakout 板放在排针上，使短引脚穿过板上的焊盘。

焊接

确保焊接所有引脚，以实现可靠的电气连接。可参考 Adafruit 的焊接指南（https://adafru.it/aTk）获取焊接技巧。

安装天线

该发射器需要天线，可使用提供的 1 米长电线，也可根据需要选择不同长度的电线。将电线末端剥去几毫米，插入 ANT 孔并焊接。

四、Arduino 代码实现

接线

• 将 Vin 连接到电源（3 - 5V），与微控制器逻辑电平一致，Arduino 通常使用 5V。
• 将 GND 连接到公共电源/数据接地。
• 将 SCL 引脚连接到 Arduino 的 I2C 时钟 SCL 引脚（UNO 和 '328 系列 Arduino 为 A5，Mega 为数字 21，Leonardo/Micro 为数字 3）。
• 将 SDA 引脚连接到 Arduino 的 I2C 数据 SDA 引脚（UNO 和 '328 系列 Arduino 为 A4，Mega 为数字 20，Leonardo/Micro 为数字 2）。
• 将 RST 引脚连接到数字 12。

Si4713 默认 I2C 地址为 0x63，可通过将 CS 连接到地将其改为 0x11，但建议先让演示程序正常运行后再进行更改。

下载库

从 Arduino 库管理器中搜索并安装 Adafruit Si4713 库，也可参考 Adafruit 的 Arduino 库安装教程（http://learn.adafruit.com/adafruit-all-about-arduino-libraries-install-use）。

加载演示程序

打开 File -> Examples -> Adafruit_Si4713 -> adaradio，上传到连接好传感器的 Arduino。可根据需要修改 FM 发射频率，默认发射频率为 102.3MHz，可将代码中的 #define FMSTATION 10230 修改为未使用的频率（频率值以 10KHz 为单位，如 88.1MHz 写为 8810）。上传代码后，打开串口监视器（波特率 9600），若看到 “RDS On!” 消息，说明一切正常。将音频输入 3.5mm 插孔，应能看到音频音量范围在 0 到 -10dB 之间。

RPS 扫描功能

Si4713 可扫描 FM 频段并测量输入功率，帮助找到未使用的电台频率。在 adaradio 演示程序中，找到相应部分并取消注释 for 循环，重新上传代码后查看串口监视器。数值越大，传输功率越高，应选择数值较低且周围没有高数值的频率，避免被附近频率干扰。

库参考

• 电台发射控制：使用 begin() 初始化 Si4713 芯片组，若初始化成功返回 true，否则返回 false。使用 setTXpower(txpwr) 开启电台发射，txpwr 为 dBμV 传输功率，可设置为 88 - 115dBμV 或 0（关闭）。使用 tuneFM(freq) 调谐发射频率，freq 以 10KHz 为单位。使用 readTuneStatus() 检查电台状态，可获取当前频率、功率输出和调谐天线电容等信息。
• RPS（无线电功率感应）：使用 readTuneMeasure(freq) 开始测量，freq 以 10KHz 为单位；然后调用 readTuneStatus() 等待芯片测量数据并将结果存储在 currNoiseLevel 变量中。
• RDS/RBDS（无线电数据广播）：使用 beginRDS() 初始化 RDS 子系统，使用 setRDSstation("AdaRadio") 设置电台名称（最多 8 个字符），使用 setRDSbuffer( "Adafruit g0th Radio!") 发送主缓冲区数据（最多 32 个字符）。
• GPIO 控制：使用 setGPIOctrl(bitmask) 设置 GPIO 引脚为输出，bitmask 为每个引脚设置 1 位。使用 setGPIO(bitmask) 设置 GPIO 输出状态。
• 高级设置：默认使用内置 AGC（自动增益控制）系统，若音频质量好但音量波动，可在 Adafruit_Si4713.cpp 文件中修改代码，关闭 AGC。

五、Python 与 CircuitPython 应用

接线

• CircuitPython 微控制器接线：以 Feather M0 为例，将板上的 3V 连接到传感器的 VIN，GND 连接到 GND，SCL 连接到 SCL，SDA 连接到 SDA，D5 连接到 RST。
• Python 计算机接线：以树莓派为例，将 Pi 的 3V3 连接到传感器的 VIN，GND 连接到 GND，SCL 连接到 SCL，SDA 连接到 SDA，GPIO5 连接到 RST。

库安装

• CircuitPython 安装 SI4713 库：确保运行最新版本的 Adafruit CircuitPython，从 Adafruit 的 CircuitPython 库包中安装必要的库，将 adafruit_si4713.mpy 和 adafruit_bus_device 复制到板上的 lib 文件夹或根文件系统。连接到板的串行 REPL，进入 CircuitPython 提示符。
• Python 安装 SI4713 库：安装 Adafruit_Blinka 库，可能需要在平台上启用 I2C 并确保运行 Python 3。从命令行运行 sudo pip3 install adafruit-circuitpython-si4713。

使用方法

频率强度扫描

可使用 received_noise_level 函数测量 FM 频段的信号质量，扫描 87.5MHz 到 108MHz 的频率范围，以 50KHz 为步长。噪声值（dBuV）越高，信号越强，一般小于 32 的值可能表示未使用的频率，大于 40 的值表示强无线电信号。

发射设置

找到未使用的频率后，使用 tx_frequency_khz 属性设置发射频率（以 KHz 为单位，范围在 87.5MHz - 108MHz 且以 50KHz 为步长），使用 tx_power 属性设置发射功率（88 - 115 dBuV 或 0 关闭）。可通过读取 input_level 属性检查音频输入电平，读取 audio_signal_status 属性检查音频信号状态，确保输入电平在 -20 到 -10dB 之间，避免过调制。

RDS - 无线电数据系统

使用 configure_rds 函数配置 RDS 传输，传入电台 ID、电台名称和缓冲区数据。配置后，可通过 rds_station 和 rds_buffer 属性更新电台名称和缓冲区数据。

完整示例代码

# SPDX-FileCopyrightText: 2018 Tony DiCola for Adafruit Industries
# SPDX-License-Identifier: MIT
# Simple demo of using the SI4743 RDS FM transmitter.
import time
import board
import digitalio
import adafruit_si4713

# Specify the FM frequency to transmit on in kilohertz. As the datasheet
# mentions you can only specify 50khz steps!
FREQUENCY_KHZ = 102300  # 102.300mhz

# Initialize I2C bus.
i2c = board.I2C()  # uses board.SCL and board.SDA

# Initialize SI4713.
#
# si4713 = adafruit_si4713.SI4713(i2c)
# Alternatively you can specify the I2C address of the device if it changed:
# si4713 = adafruit_si4713.SI4713(i2c, address=0x11)
#
# If you hooked up the reset line you should specify that too. Make sure
# Raspberry Pi, and probably other devices:
si_reset = digitalio.DigitalInOut(board.D5)  # to pass in a DigitalInOut instance. You will need the reset pin with the
#
print("initializing si4713 instance")
si4713 = adafruit_si4713.SI4713(i2c, reset=si_reset, timeout_s=0.5)
print("done")

# Measure the noise level for the transmit frequency (this assumes automatic
# antenna capacitance setting, but see below to adjust to a specific value).
# Alternatively measure with a specific frequency and antenna capacitance.
# This is not common but you can specify antenna capacitance as a value in pF
# from 0.25 to 47.75 (will use 0.25 steps internally). If you aren't sure
# about this value, stick with the default automatic capacitance above!
# noise = si4713.received_noise_level(FREQUENCY_KHZ, 0.25)
noise = si4713.received_noise_level(FREQUENCY_KHZ)
print("Noise at {0:0.3f} mhz: {1} dBuV".format(FREQUENCY_KHZ / 1000.0, noise))

# Tune to transmit with 115 dBuV power (max) and automatic antenna tuning
# capacitance (default, what you probably want).
si4713.tx_frequency_khz = FREQUENCY_KHZ
si4713.tx_power = 115

# You can also set the broadcast station name (up to 96 bytes long) and
# broadcast buffer/song information (up to 106 bytes long). Setting these is
# optional and you can later update them by setting the rds_station and
# rds_buffer property respectively. Be sure to explicitly specify station
# and buffer as byte strings so the character encoding is clear.
si4713.configure_rds(0xADAF, station=b"AdaRadio", rds_buffer=b"Adafruit g0th Radio!")

# Print out some transmitter state:
print("Transmitting at {0:0.3f} mhz".format(si4713.tx_frequency_khz / 1000.0))
print("Transmitter power: {0} dBuV".format(si4713.tx_power))
print("Transmitter antenna capacitance: {0:0.2f} pF".format(si4713.tx_antenna_capacitance))

# Set GPIO1 and GPIO2 to actively driven outputs.
si4713.gpio_control(gpio1=True, gpio2=True)

# Main loop will print input audio level and state and blink the GPIOs.
print("Broadcasting...")
while True:
    # Print input audio level and state.
    print("Input level: {0} dBfs".format(si4713.input_level))
    print("ASQ status: 0x{0:02x}".format(si4713.audio_signal_status))

    # 'Blink' GPIO1 and GPIO2 alternatively on and off.
    si4713.gpio_set(gpio1=True, gpio2=False)  # GPIO1 high, GPIO2 low
    time.sleep(0.5)
    si4713.gpio_set(gpio1=False, gpio2=True)  # GPIO1 low, GPIO2 high
    time.sleep(0.5)

六、下载资源

• 数据手册和文件：Si4713 数据手册（https://adafru.it/dBc）、Si47xx 编程指南（https://adafru.it/Bqa）、Adafruit Fritzing 库中的 Fritzing 对象（https://adafru.it/c7M）、GitHub 上的 EagleCAD PCB 文件（https://adafru.it/pOB）。
• 布局打印：提供尺寸信息。
• 原理图：可查看发射器的电路原理图。

通过以上介绍，你是否已经迫不及待地想要动手打造自己的 FM 电台了呢？在实践过程中，不妨多尝试不同的设置和参数，挖掘 Adafruit Si4713 的更多潜力。如果你在使用过程中遇到问题或有新的发现，欢迎在评论区分享交流。