MP3510 - FM-тюнер с DSP и PLL

Как известно, несмотря на бурное развитие интернет-СМИ и интернет-радиовещания, качественное эфирное вещание в FM-диапазоне остается актуальным и востребованным. И даже то, что почти в каждом сотовом телефоне или смартфоне есть возможность слушать FM-радио, не умаляет достоинств самостоятельного FM-приемника с усилителем, или без оного. Приемник можно включить просто так, дома, на даче, на природе – и наслаждаться магией голосовых и музыкальных программ, порой не вдумываясь, о чем идет речь, и что за музыка играет.

В этом материале мы представим модуль FM-тюнера MP3510 с отличными характеристиками и интересными возможностями.

Основой тюнера является однокристальная микросхема FM-ресивера с малой потребляемой мощностью для мобильных устройств QN8035 фирмы Quintic. Среди множества характеристик микросхемы, которые можно найти в ее техническом описании, можно выделить следующие в качестве основных:

• покрытие всего диапазона FM-вещания, от 60 до 108 МГц;
• de-emphasis (снижение частотных предыскажений передатчика) 50/75 мкс; для Европы принято 50 мкс;
• напряжение питания от 2.7 до 5 В, имеется встроенный стабилизатор;
• малое типичное потребление тока, около 13 мА;
• прекрасная чувствительность – не хуже 1.5 мкВ EMF;
• отношение сигнал/шум 63 дБ для стереосигнала;
• нелинейные искажения 0.03%;
• встроенное интегрированное адаптивное шумоподавление;
• разделение каналов 45 дБ;
• аппаратные регуляторы уровня выходного сигнала каждого канала;
• интерфейс I²C.

Для обработки принятого сигнала используется цифровой процессор обработки сигналов (DSP – Digital Signal Processor), который в режиме реального времени реализует различные алгоритмы преобразований этого сигнала для обеспечения максимального качества на звуковом выходе.

Соответственно, большинство этих характеристик в части приема FM-сигнала переносятся на тюнер MP3510.

Кроме однокристального приемника, на плате тюнера, которая имеет размер 45×75 мм, установлены еще несколько микросхем с необходимой обвеской и другие элементы:

• микроконтроллер широкого применения с низким энергопотреблением, который используется для подачи команд на приемник, считывания информации с приемника, вывода информации на дисплей, индикации режимов;
• внешняя энергонезависимая память для микроконтроллера;
• два усилителя низкой частоты по 3 Вт каждый;
• два валкодера для управления частотой приема, громкостью и некоторыми режимами работы приемника;
• разъем mini-Jack 3.5 мм для подключения наушников, активных колонок или внешнего усилителя;
• разъем USB, который используется для питания тюнера от адаптера с напряжением 5В, а также для использования модуля в качестве внешней звуковой карты для подключенного к разъему USB компьютера.

На плате имеются несколько групп отверстий под штыревые разъемы с шагом 2 мм:

• переключатель Mono-Stereo: при замыкании включается режим Mono;
• R B Gnd: Red, Blue и Ground для подключения внешних индикаторных светодиодов;
• DC3.0-5.0V: для подключения питания 3-5 вольт постоянного тока. Это могут быть батарейки или аккумуляторы. Можно питать тюнер и по USB-кабелю, но при этом не рекомендуется использовать импульсные источники питания, так как они производят массу помех;
• SP_R SP_R: для подключения внешних динамиков мощностью до 3 ватт на канал, сопротивлением 4-16 Ом;
• GND DP DM VCC: дублирует USB-разъем;
• TX RX GND: для управления тюнером по протоколу UART с использованием внешнего дополнительного адаптера USB-UART.

При включении питания тюнер восстанавливает свое последнее состояние, записанное в энергонезависимой памяти: частота настройки, громкость, режим работы.

При вращении левого валкодера изменяется громкость на выходе тюнера от 0 до 30 условных единиц, при нажатии на ручку – принудительно включается/отключается звуковой выход тюнера.

При вращении правого валкодера – изменяется частота приема от 87 МГц до 108 МГц (если не установлен CAMPUS) шагом 0.1 МГц. В режиме CAMPUS нижний предел частоты становится равным 76 МГц.

При коротком нажатии на ручку правого валкодера включается режим установки уровня срабатывания системы шумоподавления. Можно установить значние от 0 до 20 условных единиц.

При длинном нажатии на кнопку правого валкодера включается/выключается режим шумоподавления с выводом сообщения в виде бегущей строки на дисплей. При включенном режиме подавления шума звуковой выход тюнера будет отключаться, если соотношение сигнал/шум принимаемого сигнала ниже установленного уровня срабатывания системы шумоподавления. При этом на индикаторе появляется символ с перечеркнутым динамиком, как и в режиме принудительного выключения звука.

Тюнер имеет интересную возможность управления своим состоянием с помощью AT-команд по линиям UART от внешнего контроллера или компьютера.

Компьютер необходимо подключать с помощью дополнительного адаптера USB-UART, например BM8051.

Адаптер подключается следующим образом: контакт TX на плате тюнера следует соединить с контактом ТХ адаптера, контакт RX – с RX, GND с GND (земля). Это проверено для версии LCD_FM_RX_ENC_V1.9 платы тюнера.

Для управления тюнером в терминальном режиме рекомендуется применять программу SSCOM (проверено для Windows 7), которую можно найти в разделе Файлы. Скорость соединения – 38400 бод, остальные параметры: 8,1,N,N. Связаться с тюнером, используя популярные программы Tera Term и Putty, не удается.

Команды, перечень которых находится в этом документе, следует набирать только заглавными буквами в строке Data input и посылать на тюнер нажатием на кнопку SEND.

Ответ тюнера на принятую команду может быть, в свою очередь, принят вызывающим устройством, обработан какой-либо программой, и использован в этой программе в соответствии с алгоритмом ее работы.

В качестве примера программного управления тюнером MP3510 от внешнего микроконтроллера используем плату расширения из конструктора NR05 «Цифровая лаборатория», серия «Азбука электронщика». На плате установлен контроллер Arduino Nano – один из популярнейших модулей на микросхеме ATMega328, имеются пять тактовых кнопок, жидкокристаллический двухстрочный дисплей и большое число разъемов для подключения внешних датчиков и модулей.

Поставим себе такую задачу:

при нажатии на каждую из пяти находящихся на плате расширения кнопок, подать команду на изменение частоты приема тюнера, и отобразить на дисплее название станции, соответствующей этой частоте.

Если не ставить перед собой задачу приема и обработки информации, поступающей от тюнера, то для соединения платы расширения с FM-тюнером нам понадобится только два провода: Tx (передача со стороны микроконтроллера) и GND (земля). Для приема добавится еще один провод Rx (прием на микроконтроллер).

Также понадобится два источника питания:

• батарея или адаптер для FM-тюнера;
• Arduino Nano можно запитать от USB-выхода компьютера (для программирования USB-кабель необходим!) или, после прошивки микроконтроллера, от адаптера 5 В.

Соединим разъем UART модуля тюнера с разъемом XP11 платы расширения:

GND – GND
Tx – D3;
Rx – A7

На самом деле, можно выбрать и другие контакты разъемов платы расширения, они назначаются в программе при конфигурировании экземпляра SoftwareSerial.

С помощью оболочки программирования Arduino IDE загрузим в микроконтроллер следующий скетч:

/*
MP3510 sending commands
*/
// подключаем и конфигурируем библиотеки
#include
#include
#include
#include
SoftwareSerial mySerial(A7, 3); // RX, TX
LiquidCrystalRus lcd(A1, A2, A3, 2, 4, 7);
// определяем пин, к которому подключены кнопки
#define NUM_KEYS 5
// задаем экспериментально определенные значения, соответствующие номерам кнопок
int adcKeyVal[NUM_KEYS] = {30, 150, 360, 535, 760};
// массивы строк с названиями станция и их частот
String stationName[NUM_KEYS] = {"Echo MSK","Radio Carnival","Orpheus","Chocolate","Silver Rain"};
String freq[NUM_KEYS] = {"912", "928", "992", "980", "1001"};
// префикс команды установки частоты
String at = "AT+FRE=";

void setup() {
  // инициализируем последовательный порт, частота обмена 38400 бод
  mySerial.begin(38400);
  // инициализируем индикатор, 16 символов, 2 строки
  lcd.begin(16, 2);
  lcd.clear();
  lcd.print("FM радио module");
}

void loop() {

// получаем номер нажатой кнопки
int key = get_key();
// переключаем частоту и выводим название станции на индикатор
switch (key){
  case 1:
    setFreq(0);
  break;
  case 2:
    setFreq(1);
  break;
  case 3:
    setFreq(2);
  break;
  case 4:
    setFreq(3);
  break;
  case 5:
    setFreq(4);
  break;
  delay(200);
}

}

// функция определения номера нажатой кнопки
int get_key()
  {
    int input = analogRead(A6);
    int k;
    for(k = 0; k < NUM_KEYS; k++)
      if(input < adcKeyVal[k])
        return k + 1;  
    return 0;
  }

// функция установки частоты тюнера и отображения названия станции
void setFreq(int n){
    mySerial.println(at+freq[n]);
    lcd.clear();
 

Текст программы снабжен достаточно подробными комментариями, за подробностями обращайтесь на следующие ресурсы:

www.arduino.cc (первоисточник на английском языке)

www.arduino.ru (на русском, но менее актуальный и полный)

Есть нюанс с выводом русских букв на двухстрочный индикатор платы расширения NR05. Библиотека LiquidCrystalRus работает только совместно с библиотеками LiquidCrystalExt и LineDriver, поэтому в начале скетча включены все три этих библиотеки. Компиляция должна осуществляться в Arduino IDE версии 1.6.1. Библиотеки можно скачать здесь.

Небольшое видео с демонстрацией работы программы:

Для усиления звукового сигнала и воспроизведения его на мощных акустических системах можно применить новинку Мастер Кит MP3117box – усилитель низкой частоты D-класса 2.1, 2×50 Вт + 1×100 Вт.

Устройство представляет собой законченный усилитель низкой частоты в DIY корпусе из прозрачного пластика. Благодаря применению отлично зарекомендовавшей себя микросхемы TPA3116 усилитель обладает минимальным коэффициентом нелинейных искажений, уровнем собственных шумов и широким диапазоном питающих напряжений. Он способен работать с любой акустикой сопротивлением от 4 Ом до 16 Ом. Имеет выделенный 100-ваттный канал для сабвуфера. Усилитель можно использовать как на открытом воздухе для проведения различных мероприятий, так и в домашних условиях в составе музыкального аудиокомплекса.

FM-тюнер можно встроить под верхнюю крышку корпуса усилителя, просверлив два отверстия диаметром 7 мм для крепления валкодеров.

Таким образом, FM-тюнер MP3510 является высококачественным и функциональным модулем для конструирования устройств с возможностью приема радиостанций в FM-диапазоне, как при автономном использовании, так и в составе аудиосистем с микроконтроллерным и компьютерным управлением.

Мастер Кит