DSP技术驱动的无线电收音机:原理与革新

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本文档主要介绍了DSP技术在收音机领域的应用,特别是无线电发射和接收原理的讲解。首先,DSP技术收音机是一种创新,它将传统的无线电模拟信号接收过程集成到一块芯片中,实现了从天线感应、信号放大到数字处理再到模拟音频输出的全过程。这种"软件无线电"的概念降低了制造成本,使得收音机的生产门槛降低,推动了其普及化进程。 2006年,美国芯科实验室和深圳凯隆电子有限公司的合作标志着这一技术的里程碑,他们成功研发出第一款DSP收音机KK-D48L,随后在深圳成立了专门的研发实验室。2009年,中国本土公司也研发出了拥有自主知识产权的中低端性能DSP收音机芯片,进一步加速了这一技术的市场化。 无线电发射方面,声音最初是由物体振动产生的声波,但传播距离有限。相比之下,无线电波则是电磁波的一种,由电流的交变产生,以极高的速度(3×10^8 m/s)传播。在无线电广播中,电台会明确标明其频率,以区分不同的信号。电磁波可以远距离传播,且适合用于调制高频率的信号,这使得无线通信成为可能。 有线传输如音频信号,虽然可以通过天线产生电磁波,但其需要满足特定条件,如天线尺寸需与音频频率对应的波长相当,这对于短波段的音频并不适用。无线电通信系统通常依赖空间辐射,对于语音信号,需要巨大的辐射天线,实际制造困难,因此调制技术在此发挥了关键作用,通过将信号频谱移到较高的频率来实现有效传播。 总结起来,DSP技术在收音机中的应用革新了传统收音机的工作方式,提升了效率和灵活性,并且促进了无线电通信技术的发展。随着技术的进步,传统的模拟收音机逐渐被数字化产品取代,标志着收音机进入了数字时代。同时,本文还深入讲解了无线电发射和接收的基本原理,为理解这一技术提供了基础教育背景。
2021-04-22 上传
前言: 先来说说DSP吧,DSP就是用数值计算的方式对信号进行加工的理论和技术,它的英文原名叫digital signal processor,简称DSP,即数字信号处理器。国内做DSP收音机比较早的是凯隆,后来两德也跟进了,包括神机DE1103的新版本也采用了DSP技术。 DSP收音机方案介绍: 本次选用的是的美国Silicon Labs公司推出的高集成度AM/FM收音机芯片。 DSP原理图截图: 它的功能十分丰富,包括自动搜台、自动校准、数字调谐、自适应噪声抑制能力等。此制作为方便用的是某宝的小模块,集成了晶振和其它外围元件,有10个口引出来方便业余焊接。 控制采用单片机STC12LE5A60S2。此单片机的低压版本,可以在较低的电压下工作,方便使用一节锂电池供电。显示用的的LCD5110,此LCD能显示丰富的信息,包换信号强度,信噪比,音量,频率,电池电量等。 改变频率和音量都用一个飞梭来控制。用飞梭自带的开关来切换是调节音量还是频率,最大化地简化系统。 电路框图如图所示: DSP收音机电路工作原理分析: DSP收音机电路电路运用单片机对DSP芯片发出指令,对DSP内部寄存器进行读写(采用IIC总线方式),完成了接收模式、频率、音量等设置,再从中读出接收的状态,包括信号强度,接收信噪比等,然后将这些信息显示在LCD上面,再利用自身的AD对电池电压进行检测,计算出电池电量一同显示在LCD上面。 运用了飞梭来输入信号,默认状态飞梭是调节频率的,频率步进FM为0.1MHz,AM为9KHz。按一下飞梭进入音量调节模式,旋转飞梭即能改变音量。再按一下或者不动一定时间,会转换回频率调节模式。进入音量调节模式时,表示音量大小的数字会闪烁提示使用者此刻是音量调节模式。 电路设计了两个按键开关,一个是FM/AM模式切换的,一个是AM带宽切换的。DSP芯片处理完的信号是音频信号,利用X8003音频功率放大IC放大即可推动喇叭发出声音。 此收音机供电采用一节18650电池进行供电,充电采用4056E模块,如图6所示,充电状态红灯亮,充满后绿灯亮,如图7、图8所示。全机静态电流为40mA,比模拟方案的稍高一点,与单片机未做省电处理有关,选用低功耗的单片机静态电流应该能降到更低的水平。 DSP收音机电路截图: 视频演示: 该DSP收音机电路接收效果: 此收音机FM灵敏度很高,一根30cm的拉杆天线就能将所有强台清晰接收,比9700DX接近1M长的拉杆天线相当不相上下,对9700DX无能为力的弱电,也能清楚接收,信噪比3db.选择性上,因本地电台不多,没有相邻的电台,无法测试,但调偏0.1MHz信号强度和信噪比立马下降许多,还能听到一丝电台的声音,调偏0.2MHz就无法听到了。所以说FM是完胜。AM效果就很一般了,只能收到本地强台,其它的台都淹没在噪声中,不知是算法的原因还是些芯片的特点就是这样。所以AM是9700DX完胜。 DSP收音机实物效果图: 总结: 就接收性能而言,FM接收DSP有先天的优势,模拟的要做到DSP的指标恐怕需要的成本是相当高的,AM而言,传统的模拟方式的对业余的爱好者或许是个比较理想的选择。