【2022集创赛】安谋科技杯一等奖作品：Cortex-M0智能娱乐收音机

本篇文章是2022年第六届全国大学生集成电路创新创业大赛安谋科技杯一等奖作品分享，参加极术 区的**【有奖征集】分享你的2022集创赛作品，秀出作品风采**活动。

团队介绍

参赛单位：武汉理工大学
队伍名称：夜的第七章
指导老师：付琴，杨媛媛
参赛队员：王鑫鹏，卢思远，黄俊颖
总决赛奖项：一等奖

图2. 整体系统设计

3 功能设计

3.1 FM电台

3.1.1 基带信 处理

（1）IQ信 接收
根据FPGA板自带的ADC，位宽为12bit，采样率选择1MSPS，双通道轮询串行采样。为得到最大采样速率，借助TD软件自带的IP核，使用PLL模块生成16MHz的ADC驱动时钟。再者，通过在Chip Watcher中观察相关信 关系，由Channel变量指示当前的采样结果——为I数据亦或Q数据。
（2）解调算法
由FM的数字解调公式可知，整个解调算法仅是一个由乘法和减法组成的迭代系统。

(2)

在采用200MHz的前提下，由公式（3），对PWM进行傅里叶级数展开，可以由此计算计算得到PWM的一次谐波分量为48.8KHz，大于截止频率，受到抑制。且此频率在人耳辨别范围之外，保证了PWM的高阶谐波分量不会对直流分量产生干扰，实现了PWM向DAC电平的转化，从而精准启动喇叭。

图3.自动搜台示意图

3.1.4 存储与切换频道

使用FPGA板载的FLASH，型 W25Q16，实现对电台频道的存储与读取。

设计的主要重点在于SPI通信，仍是采用软件的方案，基本思想与MSi001一致：先实现SPI基础的读写时序函数，再进而编写出FLASH的连续写字节和连续读字节函数。

图5.matlab滤波仿真图

将叠加后含10KHz噪音的信 生成到txt文本中，将信 传入到Verilog设计的filter_fir模块中，编写Testbench文件可得到信 如图6。

其中FIR_MUSIC为原语音信 信息，FIR_IN为加噪后信息，FIR_OUT为滤波后信息，可见滤波器模块成功去除了高频噪声。

图8. 语音识别模块

3.4 FM通信

3.2.1 FM游戏

共设计两个游戏，第一个是以打地鼠为原型的打兔子游戏，第二个是童年经典游戏——碰手指。规则较为简单，且均为双人模式，轻松诙谐。

以矩形脉冲作为调制信 ，其频率、占空比作为传输信息，调制到FM载波上进行传输。考虑到FM射频模块二阶RC电路对基带信 的滤波作用，我们采用的频率集中在500Hz~1000Hz，此时解调还原出的信 较强，可识别性较好。

图10. 机械臂通信方式

借助3D打印技术制作体感手套，并在体感手套上嵌入姿态传感器JY901，收到D0端口电压值控制爪子开合，利用FM通信实现了体感控制机械臂。

图12. 非相干解调流程

4 作品外观

图13. 实物图
功能演示视频：

https://www.bilibili.com/video/BV16B4y1n7fD?www.bilibili.com/video/BV16B4y1n7fD

5 参赛感受和分享

随着物联 的普及化，收音机逐渐淡出人们的视野，如何理解收音机收音原理并完善收音机为其增添新的血液是我们可以思考的。通过参加本次arm杯比赛，增加了我们片上系统的理解和设计经验，同时切身体会到老式收音机问题并为其拓展新的功能，整个项目核心思想为软硬件协同，充分利用开发板资源完成整个系统的搭建，软硬件的协调整合需要团队成员之间不断的沟通配合，在团队协作以及团队老师的指导下，最终我们成功完成了整个系统的设计，为收音机作品添加了诸如FM游戏、机械臂控制、立体声解调等扩展功能，本次比赛也为日后科研和工作积累宝贵的经验。