Com fer una ràdio digital amb DSP
La ràdio digital s'ha tornat cada cop més popular a causa de la seva capacitat d'oferir una millor qualitat de so, un ús més eficient de l'espectre de freqüències i funcions addicionals com ara metadades d'informació de cançons. Un dels components clau en el desenvolupament de la ràdio digital és l'ús d'un processador de senyal digital (DSP). Aquest article tractarà els passos implicats en el desenvolupament d'una ràdio digital mitjançant un DSP.
Pendahuluan
Un DSP, o processador de senyal digital, és un microprocessador dissenyat específicament per al processament de senyals digitals en temps real. En el context de la ràdio digital, un DSP converteix els senyals analògics en digitals, processa aquests senyals i finalment converteix els senyals digitals de nou en senyals analògics audibles.
Per fer una ràdio digital, es necessiten diversos components principals, és a dir:
1. Antena: Per rebre senyals de ràdio.
2. Sintonitzador: Per seleccionar la freqüència de ràdio desitjada.
3. DSP: Per al processament de senyals digitals.
4. DAC (Convertidor digital-analògic): Per convertir els senyals digitals en senyals analògics.
5. Altaveu o auriculars: Per a la sortida de so.
Pas 1: Selecció de components
1. Antena
L'antena utilitzada ha de ser adequada a la freqüència que voleu rebre. Per a la ràdio FM, normalment s'utilitza una antena telescòpica o una antena monopolar simple.
2. Sintonitzador
El sintonitzador pot ser un mòdul llest per utilitzar o un component com el xip Si4703 o TEA5767. Aquests mòduls normalment inclouen una interfície I2C o SPI, cosa que facilita el control de la freqüència mitjançant un microcontrolador.
3. DSP
La selecció del DSP és la part més crucial. Alguns DSP comuns que s'utilitzen en aplicacions de ràdio inclouen:
– Sèrie TMS320 de Texas Instruments (TI)
– Analog Devices (ADI) sèrie SHARC
– Sèrie STM32 amb perifèrics DSP
4. DAC
Un DAC com el PCM5102 o l'ES9018, que són DAC amb bona qualitat d'àudio, es pot utilitzar per convertir el senyal digital en un senyal analògic.
5. Altaveu
Podeu utilitzar altaveus actius o un petit mòdul amplificador com el PAM8403 per produir un so més clar i fort.
Disseny de dispositius
Esquema de blocs
1. Antena -> 2. Sintonitzador -> 3. DSP -> 4. DAC -> 5. Altaveu
El processament principal d'aquest sistema es troba al DSP, on el senyal és rebut per l'antena i seleccionat pel sintonitzador, després entra al DSP per al processament digital i finalment el DAC el converteix en un senyal analògic i el surt a través de l'altaveu.
Esquema del circuit
1. Antena
– Esquema simple d'una antena connectada a una entrada de sintonitzador.
2. Mòdul sintonitzador
– Diagrama d'interfície entre el sintonitzador i el microcontrolador utilitzat per al control de freqüència.
3. DSP
– Diagrama de cablejat del DSP connectat al sintonitzador per rebre senyals d'entrada i també connectat al microcontrolador per a la càrrega del programa.
4. DAC
– Diagrama de la conversió de senyal digital de DSP a senyal analògic connectat a un altaveu.
5. Altaveu
– Esquema senzill de connexió de l'altaveu a l'amplificador si cal.
Implementació de firmware
Un cop finalitzat el maquinari, el següent pas és desenvolupar el firmware que s'executarà al microcontrolador i al DSP.
Control del sintonitzador
Primer, assegureu-vos que el vostre microcontrolador es pugui comunicar amb el sintonitzador. Per als mòduls que utilitzen comunicació I2C o SPI, haureu d'integrar la biblioteca I2C/SPI al vostre microcontrolador.
Exemple de codi per controlar el mòdul sintonitzador TEA5767 amb Arduino:
"`cpp
incloure
void setup () {
Wire.begin(); // Inicialització I2C
Serial.begin (9600);
setFrequency(101.1); // Estableix la freqüència a 101.1MHz
}
void loop () {
// no cal
}
void setFreqüència(float freqüència) {
uint16_t freqüènciaB = 4 (freqüència 1000000 + 225000) / 32768;
memòria intermèdia de bytes[5];
buffer[0] = freqüènciaB >> 8;
buffer[1] = freqüènciaB i 0XFF;
memòria intermèdia[2] = 0xB0;
memòria intermèdia[3] = 0x10;
memòria intermèdia[4] = 0x00;
Wire.beginTransmission(0x60);
Wire.write(buffer, 5);
Wire.endTransmission();
}
“
Processament de senyals amb DSP
La programació de DSP pot ser més complexa depenent del tipus i les capacitats del DSP. Per exemple, amb un DSP de Texas Instruments, probablement utilitzareu Code Composer Studio (CCS) per desenvolupar i carregar codi al DSP.
Exemple de pseudocodi per a un DSP que demodula un senyal FM:
"`cpp
void main() {
initDSP(); // Inicialitza el DSP
mentre (1) {
// Llegeix el senyal del sintonitzador
senyalAnalògic = llegeixEntradaAnalògica();
// Processament de senyals digitals
senyalDigital = analògicADigital(senyalAnalògic);
senyal_demodulat = FM_Demodulate(senyal_digital);
// Converteix de nou a senyal analògic
senyalDeSortida = digitalAAnalògic(senyalDemodulat);
// Enviar a DAC
sendToDAC(senyalDeSortida);
}
}
“
Configuració del DAC
Després que el processament s'hagi completat al DSP, cal tornar a convertir el senyal digital a analògic mitjançant un DAC. Aquesta configuració es fa normalment mitjançant I2C o SPI. Assegureu-vos que el DAC que feu servir sigui compatible amb la sortida de senyal digital del DSP.
Exemple de codi senzill per controlar un DAC PCM5102 amb una Raspberry Pi:
"`pitó
importar smbus
bus = smbus.SMBus(1)
adreça = 0x4C
def estableix_volum(volum):
bus.write_byte_data(adreça, 0x00, volum)
Estableix el volum a un nivell determinat, per exemple 0x7F
estableix_volum(127)
“
Proves i depuració
Un cop connectat tot el circuit i carregat el firmware, el següent pas és provar per assegurar-se que tots els components funcionen correctament.
Consells per a les proves
1. Realitzeu proves incrementals: proveu cada component per separat abans de combinar-los.
2. Utilitzeu un oscil·loscopi: per observar la forma d'ona del senyal en diversos punts del circuit.
3. Depuració incremental: si hi ha algun problema, aïlleu-lo del component HF abans d'anar al DSP.
4. Presteu atenció a les interferències: la posició i el blindatge de l'antena poden afectar la qualitat del senyal.
Finalment, si tots els components funcionen correctament, podeu escoltar la ràdio digital amb una qualitat de so clara des del sistema que heu muntat.
Conclusió
Construir una ràdio digital amb DSP requereix una sòlida comprensió del maquinari i la programació del senyal digital. Amb una planificació acurada i una selecció adequada dels components, podeu crear una ràdio digital d'alta qualitat. El DSP proporciona flexibilitat en el processament del senyal i permet una sèrie de funcions addicionals que no són possibles amb els mètodes analògics tradicionals. Divertiu-vos construint la vostra pròpia ràdio digital i gaudiu dels fruits de la vostra feina!
