探索 Adafruit Si4713 FM 無線電發(fā)射器：打造自己的電臺

在電子工程師的世界里，創(chuàng)新與探索永無止境。今天，我們將深入探討 Adafruit Si4713 FM 無線電發(fā)射器，它能讓你輕松變身海盜電臺主播，開啟屬于自己的廣播之旅。

文件下載：1958.pdf

一、概述

Adafruit Si4713 是一款基于 Si4713 芯片的一體化立體聲音頻 FM 發(fā)射器，不僅能發(fā)射音頻，還支持 RDS/RBDS 數據傳輸。通過將其連接到微控制器（如 Arduino）的 I2C 數據線，設定發(fā)射頻率，再將線路電平音頻輸入立體聲耳機插孔，就能實現音頻發(fā)射。其有效傳輸距離約 10 米/30 英尺，使用普通 FM 接收器（如汽車或口袋收音機）就能收聽。而且，它還支持 RDS/RBDS 功能，能傳輸文本和數據，就像一些汽車收音機顯示電臺和當前播放歌曲那樣。搭配 Adafruit 提供的 Arduino 庫、示例代碼和教程，幾分鐘內就能讓它運行起來。

二、引腳說明

音頻輸入

• LIN：線路電平左聲道輸入，可直接接入約 0.7Vpp 的音頻信號，板上有交流耦合電容，可處理直流偏置信號。
• RIN：線路電平右聲道輸入，功能與 LIN 類似。

電源引腳

• Vin：電源輸入引腳，可使用 3 - 5VDC 供電，建議與微控制器邏輯電平使用相同電壓，如 Arduino 通常使用 5V。
• GND：電源和邏輯接地，連接到微控制器的接地引腳。
• 3Vo：板載穩(wěn)壓器輸出，標稱 3.3V，可提供高達 100mA 的 3V 穩(wěn)壓電源。

接口引腳

該 FM 發(fā)射器芯片需要微控制器進行設置，采用 I2C 通信方式（雖支持 SPI，但文檔未提供 SPI 代碼示例）。所有接口輸入引腳兼容 5V，可用于 3 - 5V 邏輯。

• RST：復位引腳，在與芯片通信前必須先對該引腳進行電平切換，邏輯 0 時芯片處于復位狀態(tài)。
• CS：芯片選擇引腳，用于 SPI 模式，同時也決定 I2C 地址。默認拉高時 I2C 地址為 0x63，短接到地時為 0x11。
• SCL：I2C 時鐘引腳，連接到微控制器的 SCL 引腳。
• SDA：I2C 數據引腳，連接到微控制器的 SDA 引腳。

額外 GPIO 引腳

有兩個 GPIO 引腳（GP1 和 GP2）可用于控制 LED 閃爍。初始狀態(tài)用于設置芯片為模擬模式，復位時不要將其短接到地或 VCC，且它們僅為 3V 輸出。GPIO #3 用于板載 32KHz 時鐘發(fā)生器。

三、組裝步驟

準備排針

根據需要裁剪排針長度，將其插入面包板（長引腳朝下），便于后續(xù)焊接。

安裝 breakout 板

將 breakout 板放在排針上，使短引腳穿過板上的焊盤。

焊接

確保焊接所有引腳，以實現可靠的電氣連接?？蓞⒖?Adafruit 的焊接指南（https://adafru.it/aTk）獲取焊接技巧。

安裝天線

該發(fā)射器需要天線，可使用提供的 1 米長電線，也可根據需要選擇不同長度的電線。將電線末端剝去幾毫米，插入 ANT 孔并焊接。

四、Arduino 代碼實現

接線

• 將 Vin 連接到電源（3 - 5V），與微控制器邏輯電平一致，Arduino 通常使用 5V。
• 將 GND 連接到公共電源/數據接地。
• 將 SCL 引腳連接到 Arduino 的 I2C 時鐘 SCL 引腳（UNO 和 '328 系列 Arduino 為 A5，Mega 為數字 21，Leonardo/Micro 為數字 3）。
• 將 SDA 引腳連接到 Arduino 的 I2C 數據 SDA 引腳（UNO 和 '328 系列 Arduino 為 A4，Mega 為數字 20，Leonardo/Micro 為數字 2）。
• 將 RST 引腳連接到數字 12。

Si4713 默認 I2C 地址為 0x63，可通過將 CS 連接到地將其改為 0x11，但建議先讓演示程序正常運行后再進行更改。

下載庫

從 Arduino 庫管理器中搜索并安裝 Adafruit Si4713 庫，也可參考 Adafruit 的 Arduino 庫安裝教程（http://learn.adafruit.com/adafruit-all-about-arduino-libraries-install-use）。

加載演示程序

打開 File -> Examples -> Adafruit_Si4713 -> adaradio，上傳到連接好傳感器的 Arduino?？筛鶕枰薷?FM 發(fā)射頻率，默認發(fā)射頻率為 102.3MHz，可將代碼中的 #define FMSTATION 10230 修改為未使用的頻率（頻率值以 10KHz 為單位，如 88.1MHz 寫為 8810）。上傳代碼后，打開串口監(jiān)視器（波特率 9600），若看到 “RDS On!” 消息，說明一切正常。將音頻輸入 3.5mm 插孔，應能看到音頻音量范圍在 0 到 -10dB 之間。

RPS 掃描功能

Si4713 可掃描 FM 頻段并測量輸入功率，幫助找到未使用的電臺頻率。在 adaradio 演示程序中，找到相應部分并取消注釋 for 循環(huán)，重新上傳代碼后查看串口監(jiān)視器。數值越大，傳輸功率越高，應選擇數值較低且周圍沒有高數值的頻率，避免被附近頻率干擾。

庫參考

• 電臺發(fā)射控制：使用 begin() 初始化 Si4713 芯片組，若初始化成功返回 true，否則返回 false。使用 setTXpower(txpwr) 開啟電臺發(fā)射，txpwr 為 dBμV 傳輸功率，可設置為 88 - 115dBμV 或 0（關閉）。使用 tuneFM(freq) 調諧發(fā)射頻率，freq 以 10KHz 為單位。使用 readTuneStatus() 檢查電臺狀態(tài)，可獲取當前頻率、功率輸出和調諧天線電容等信息。
• RPS（無線電功率感應）：使用 readTuneMeasure(freq) 開始測量，freq 以 10KHz 為單位；然后調用 readTuneStatus() 等待芯片測量數據并將結果存儲在 currNoiseLevel 變量中。
• RDS/RBDS（無線電數據廣播）：使用 beginRDS() 初始化 RDS 子系統(tǒng)，使用 setRDSstation("AdaRadio") 設置電臺名稱（最多 8 個字符），使用 setRDSbuffer( "Adafruit g0th Radio!") 發(fā)送主緩沖區(qū)數據（最多 32 個字符）。
• GPIO 控制：使用 setGPIOctrl(bitmask) 設置 GPIO 引腳為輸出，bitmask 為每個引腳設置 1 位。使用 setGPIO(bitmask) 設置 GPIO 輸出狀態(tài)。
• 高級設置：默認使用內置 AGC（自動增益控制）系統(tǒng)，若音頻質量好但音量波動，可在 Adafruit_Si4713.cpp 文件中修改代碼，關閉 AGC。

五、Python 與 CircuitPython 應用

接線

• CircuitPython 微控制器接線：以 Feather M0 為例，將板上的 3V 連接到傳感器的 VIN，GND 連接到 GND，SCL 連接到 SCL，SDA 連接到 SDA，D5 連接到 RST。
• Python 計算機接線：以樹莓派為例，將 Pi 的 3V3 連接到傳感器的 VIN，GND 連接到 GND，SCL 連接到 SCL，SDA 連接到 SDA，GPIO5 連接到 RST。

庫安裝

• CircuitPython 安裝 SI4713 庫：確保運行最新版本的 Adafruit CircuitPython，從 Adafruit 的 CircuitPython 庫包中安裝必要的庫，將 adafruit_si4713.mpy 和 adafruit_bus_device 復制到板上的 lib 文件夾或根文件系統(tǒng)。連接到板的串行 REPL，進入 CircuitPython 提示符。
• Python 安裝 SI4713 庫：安裝 Adafruit_Blinka 庫，可能需要在平臺上啟用 I2C 并確保運行 Python 3。從命令行運行 sudo pip3 install adafruit-circuitpython-si4713。

使用方法

頻率強度掃描

可使用 received_noise_level 函數測量 FM 頻段的信號質量，掃描 87.5MHz 到 108MHz 的頻率范圍，以 50KHz 為步長。噪聲值（dBuV）越高，信號越強，一般小于 32 的值可能表示未使用的頻率，大于 40 的值表示強無線電信號。

發(fā)射設置

找到未使用的頻率后，使用 tx_frequency_khz 屬性設置發(fā)射頻率（以 KHz 為單位，范圍在 87.5MHz - 108MHz 且以 50KHz 為步長），使用 tx_power 屬性設置發(fā)射功率（88 - 115 dBuV 或 0 關閉）?？赏ㄟ^讀取 input_level 屬性檢查音頻輸入電平，讀取 audio_signal_status 屬性檢查音頻信號狀態(tài)，確保輸入電平在 -20 到 -10dB 之間，避免過調制。

RDS - 無線電數據系統(tǒng)

使用 configure_rds 函數配置 RDS 傳輸，傳入電臺 ID、電臺名稱和緩沖區(qū)數據。配置后，可通過 rds_station 和 rds_buffer 屬性更新電臺名稱和緩沖區(qū)數據。

完整示例代碼

# 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、下載資源

• 數據手冊和文件：Si4713 數據手冊（https://adafru.it/dBc）、Si47xx 編程指南（https://adafru.it/Bqa）、Adafruit Fritzing 庫中的 Fritzing 對象（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。
• 原理圖：可查看發(fā)射器的電路原理圖。

通過以上介紹，你是否已經迫不及待地想要動手打造自己的 FM 電臺了呢？在實踐過程中，不妨多嘗試不同的設置和參數，挖掘 Adafruit Si4713 的更多潛力。如果你在使用過程中遇到問題或有新的發(fā)現，歡迎在評論區(qū)分享交流。