機和平板電腦等移動設備即將取代傳統(tǒng)電腦。FM 收音機是發(fā)展中國家最受歡迎的娛樂渠道之一。這一被遺忘的事實，加上互聯(lián)網(wǎng)收音機的出現(xiàn)，可能會扼殺 FM 收音機的存在。通常，OEM 會考慮在平板電腦或移動設備上不安裝 FM 收音機。然而，大多數(shù)大城市仍然有 FM 收音機，而且沒有計劃在不久的將來淘汰它。
　　有一種微型插件設備，當連接到手機或平板電腦時，可以為移動設備提供 FM 廣播服務。即插即用的 FM 接收器可以使用帶有微控制器或 SOC（片上系統(tǒng)）的 FM 接收器芯片構建。微控制器在與平板電腦/移動設備上的 USB 主機通信時充當 USB 設備，并接收頻道掃描、頻道更改或設置輸出功率水平等操作的命令。這種總線供電的即插即用 FM 接收器配件可以收聽本地 FM 頻道，同時消耗的電量遠低于移動寬帶收音機（互聯(lián)網(wǎng)收音機）所需的電量。
　　FM 收音機接收器
　　FM 收音機接收器芯片提供 70-108 MHz 的全球覆蓋范圍，適用于美國/歐盟 (87.5-108 MHz)、日本 (76-90 MHz) 和中國 (76- 108 MHz)。通常，F(xiàn)M 收音機接收器能夠以 50、100 或 200 kHz 的步長調(diào)諧頻率。FM 收音機還可以支持無線電數(shù)據(jù)系統(tǒng) (RDS)/無線電廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng) (RBDS) 功能，這些功能完全由主機編程。
　　除了傳輸音頻外，RDS 還用于接收文本信息。這可能包括歌曲名稱、正在播出的節(jié)目名稱或要顯示的快訊。在緊急情況下，RDS 可用于傳輸關鍵信息。
　　頻段掃描是一種方法，通過這種方法，F(xiàn)M 收音機芯片會掃描整個 FM 頻段以查找可用的收音機頻道。然后，收音機會將最強的頻道頻率存儲在其內(nèi)部存儲器中，主機微控制器或 SOC 可以讀取這些頻率。
　　存儲頻道后，有三種方法可以調(diào)到特定頻道：
　　預設調(diào)諧：在此方法中，F(xiàn)M 接收器的調(diào)諧頻率設置為主機定義的某個頻道。
　　搜索調(diào)諧：在此方法中，接收器自動以增加（向上搜索）或減少（向下搜索）頻率方向搜索下一個可用的有效頻道。
　　步進調(diào)諧：在此方法中，接收器簡單地以頻率增加的順序（向上）或減少的順序（向下）逐個頻道地步進。
　　目前大多數(shù)無線電接收器芯片都使用標準協(xié)議（如 I2C和SPI）與主機通信。無線電接收器芯片還會在關鍵事件發(fā)生時生成中斷，以引起主機注意，例如：
　　當 RSSI（接收信號強度指示器）值低于閾值水平時，信號質(zhì)量較差
　　單聲道到立體聲的轉(zhuǎn)換（反之亦然）
　　已獲取 RDS 同步
　　RDS 同步丟失
　　RDS 緩沖區(qū)已滿
　　由于此嵌入式系統(tǒng)在電池供電的設備上運行，因此高效的電源管理至關重要。無線電接收器芯片支持由 SOC 控制的各種電源模式，以延長電池壽命。因此，接收器芯片支持以下電源模式：
　　關機：在此模式下，電源關閉，所有內(nèi)部調(diào)節(jié)器均被禁用。
　　斷電：電源打開，但內(nèi)部調(diào)節(jié)器仍被禁用。
　　待機：調(diào)節(jié)器正常工作，無線電模式保持不變?！　⊥姡哼@是正常運行模式，其中所有調(diào)節(jié)器均已啟用，無線電完全正常工作。

　　第一級是模擬信號處理級，將 RF 天線信號轉(zhuǎn)換為低 IF（中頻）數(shù)字信號。AGC（自動增益控制）單元將 LNA（低噪聲放大器）保持在其線性工作范圍內(nèi)。混頻器用于將接收到的 RF 信號下變頻為低 IF 信號。ADC 將信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式。FM 解調(diào)在數(shù)字域中完成。數(shù)字信號處理器還處理 RDS 數(shù)據(jù)。
　　FM 收音機配件實現(xiàn) 圖 2　　顯示了使用通用 FM 收音機芯片簡單實現(xiàn)的完整 FM 系統(tǒng)的框圖：

　　隨著現(xiàn)代可編程 SOC 的出現(xiàn)，除了一些無源元件外，無需任何其他外部元件即可實現(xiàn)完整的設計。SOC 通過 I 2 C 端口發(fā)送命令并接收來自 FM 收音機芯片的狀態(tài)消息。SOC 通過現(xiàn)有的 USB 接口連接到平板電腦。平板電腦上的前端使用應用程序來訪問 FM 收音機以掃描和選擇頻道。
　　當 FM 收音機收到鎖定特定頻率的命令時，它會在特定引腳上輸出模擬音頻。來自 FM 收音機接收器的模擬輸出由 SOC 進一步處理，數(shù)字化音頻通過 USB 傳輸?shù)狡桨咫娔X。FM 收音機芯片運行所需的電源來自 USB 總線。大多數(shù) FM 收音機芯片所需的電流通常為幾毫安甚至更少，電壓為 1.8V。這完全在 USB 總線的能力范圍內(nèi)，也是便攜式設備可以接受的水平。
　　SOC 中需要以下資源來實現(xiàn)無線電配件：
　　放大器
　　ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）
　　通信協(xié)議 (I2C / SPI)
　　USB 接口
　　過濾塊
　　通常，F(xiàn)M 收音機芯片輸出的音頻信號的幅度約為 100mV。放大器用于放大從 FM 接收器獲得的模擬音頻，然后將其饋送到 SOC 中的 ADC。模擬音頻輸出在通過 PGA（可編程增益放大器）后強度會增加，如框圖所示。這確保了 ADC 的整個輸入范圍都得到利用，從而在 FM 收音機芯片的輸出端忠實地再現(xiàn)音頻。也可以使用輸入范圍較小的 ADC 將信號數(shù)字化。但是，信號的幅度越小，就越容易受到系統(tǒng)噪聲的影響。
　　ADC
　?。M數(shù)字轉(zhuǎn)換器）以 44.1 kHz 的速率對放大器的模擬輸出進行采樣，并將其轉(zhuǎn)換為 16 位數(shù)字值。采樣率選擇為 44.1 kHz，這符合奈奎斯特原理，該原理規(guī)定采樣頻率必須至少為最大工作頻率的兩倍。
　　通信協(xié)議
　　是一種標準協(xié)議，例如 I 2 C 或 SPI，用于將 SOC 與 FM 接收器連接起來。如果使用 I 2 C，SOC 將充當主機，而無線電接收器芯片將充當從機，數(shù)據(jù)速率為 100/400 kHz。可以通過 I 2 C 總線從 I 2 C 主機向 FM 接收器芯片發(fā)出更改頻道或掃描 FM 波段的命令。FM 接收器芯片能夠解碼預定義命令以執(zhí)行各種任務。如果使用 RDS，則控制器可以使用 I 2 C接口從 FM 接收器讀取接收到的數(shù)字信息?？梢酝ㄟ^ I 2 C從 FM 無線電接收器讀取其他狀態(tài)信息（例如 RSSI），并將其顯示在平板電腦或 PC 上。
　　DMA
　　（直接內(nèi)存訪問）在許多微控制器中，DMA 是一項強大的功能，有助于卸載內(nèi)存位置之間的數(shù)據(jù)傳輸以提高性能。當 CPU 處理其他關鍵任務時，DMA 可用于將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字值從 ADC 傳輸?shù)絻?nèi)存或直接傳輸?shù)?USB。
　　USB
　　用于將主機平板電腦與 SOC 連接起來。USB 中斷端點用于接收來自主機的各種命令，例如頻道掃描、頻道增加、頻道減少等。請注意，如果命令大小較小，則可以使用 USB 設備上的控制端點來傳輸命令?？梢允褂每刂贫它c本身來發(fā)送命令。命令可以作為供應商定義的命令發(fā)送；但是，在控制端點上，一個 USB 數(shù)據(jù)包最多可以發(fā)送 8 個字節(jié)的數(shù)據(jù)。從 ADC 獲得的 44.1 kHz 數(shù)字數(shù)據(jù)使用等時 USB 傳輸模式傳輸?shù)街鳈C。等時傳輸是這種傳輸?shù)睦硐脒x擇，因為它能夠保持一致的交付時間，因為它具有保證的延遲、分配的總線帶寬以及缺乏錯誤校正和握手。請注意，錯誤是通過 CRC 字段檢測到的，但不會被糾正。偶爾的數(shù)據(jù)錯誤或傳輸丟失不會被人耳察覺；需要頻繁停止才能達到注意的程度。由于沒有錯誤校正，即使存在包含錯誤的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)傳輸也不會停止。微控制器支持同步端點的最大數(shù)據(jù)包大小為 1023 字節(jié)。
　　提高音頻質(zhì)量
　　在移動操作系統(tǒng)中，通常有一個專用的媒體服務器或媒體引擎用于播放音頻。如果用戶需要，可以使用同一個媒體引擎來增強或修改音頻的特性。在某些移動處理器中，有專用的 DSP 硬件來實現(xiàn)這一點。
　　使用媒體引擎或 DSP 會消耗額外的電量、降低性能，并可能對用戶體驗產(chǎn)生負面影響。另一種方法是在 SOC 中處理音頻，然后通過 USB 將處理后的音頻傳輸?shù)街鳈C平板電腦。平板電腦只需在其揚聲器上播放此音頻即可。
　　可以使用 SOC 中的資源以“低音”和“高音”控制的形式為用戶提供對音頻質(zhì)量的更精細控制。這可以通過在 Cypress Semiconductor 生產(chǎn)的 PSoC 3 等設備中使用 DFB（數(shù)字濾波器塊）來實現(xiàn)。DFB 塊接收數(shù)字輸入數(shù)據(jù)并輸出處理后的數(shù)字數(shù)據(jù)。在此應用中，可以使用 DMA 將數(shù)據(jù)流式傳輸?shù)?DFB，根據(jù)所需的音頻質(zhì)量進行過濾，然后通過 USB 發(fā)送以進行播放。
　　音頻所需的質(zhì)量由 GUI（圖形用戶界面）控制。GUI 將提供類似于音樂播放器中均衡器的界面。整個音頻頻率范圍可以分為離散頻帶。更改 GUI 上控件的位置后，一組新系數(shù)將加載到 DFB 上。這些系數(shù)將改變每個頻帶的增益，從而改變輸出音頻的質(zhì)量。
　　主機應用程序
　　主機運行一個應用程序，作為控制無線電接收器的前端。如果主機運行的是 Android 操作系統(tǒng)，則可以使用標準 Java 和 Android 庫創(chuàng)建一個簡單的 GUI。在 Windows 平板電腦上，一個簡單的 C# GUI 就可以完成這項工作。提供按鈕等控制對象來選擇頻道、增加或減少頻道位置等。
　　Microsoft Windows 操作系統(tǒng)中的 DirectSound 驅(qū)動程序與 USB 的同步傳輸模式配合使用，將音頻傳輸?shù)綋P聲器。此功能在 Windows 7 操作系統(tǒng)上也可用。專為平板電腦設計的 Windows 8 操作系統(tǒng)的演進支持 GUI 和音頻驅(qū)動程序，沒有任何變化。Android 平板電腦目前不支持同步傳輸。Apple 的 iPad 和其他一些 iOS 設備具有內(nèi)置 USB 主機，可以使用同步傳輸進行音頻播放。
　　Windows 中的前端主機應用程序/Windows 窗體應用程序用于根據(jù)用戶請求生成事件，例如：
　　請求頻道掃描
　　渠道增值請求
　　請求通道減量
　　向接收器請求 RSSI　　對于 Windows，可以使用 Visual Studio 中的 C# 開發(fā)應用程序。可以使用標準庫或 SOC 制造商提供的自定義庫訪問 USB 設備及其端點。該庫提供通過 USB 接口訪問 SOC 的方法和對象?？梢詣?chuàng)建 Windows 窗體來發(fā)送命令并顯示狀態(tài)信息，如下所示。

　　可以添加按鈕等控制對象來實現(xiàn)各種操作，例如頻道掃描、下一頻道、上一頻道和音量控制。除此之外，還可以以 .WAV 文件的形式錄制數(shù)字音頻?？梢詾?Android OS 和 Apple 的 iOS 開發(fā)類似的應用程序。
　　現(xiàn)代 SOC（如 PSoC 3）可用作即插即用 FM 收音機配件的單芯片實現(xiàn)。模擬音頻的放大、數(shù)字化、濾波、傳輸?shù)街鳈C以及 FM 接收器的控制均可高效處理。這種總線供電設備可在不使用時以低功耗模式運行，例如 FM 接收器和 SOC 均支持的待機和斷電模式，從而證明在平板電腦等電池供電的主機中非常高效。