描述

<h3 style="line-height:1.8;">* 1、项目功能介绍</h3> <hr> 随着时代的发展，大众日常娱乐更加青睐各种视频节目。但是无论如何，FM 广播有着接收成本低廉，分散的注意力有限（迄今为止我只听说过针对司机朋友的交通广播，并未见过针对司机的交通视频）等等优势，因此 FM 广播永远不会消失。 同样的，自己制作一个 FM 收音机也是电子爱好者踏入无线电领域的必经之路。 这次，使用国产 WCH 出品的 CH32V305 ,配合 RDA5807 制作一个 USB FM 收音机。 <h3 style="line-height:1.8;">*2、项目属性</h3> <hr> 原创项目，首次公开 <h3 style="line-height:1.8;">* 3、开源协议</h3> <hr> GPL 3.0 开源协议 请在竞赛阶段填写 ↓ <h3 style="line-height:1.8;">*4、硬件部分</h3> <hr> 硬件上选择 RDA5807 作为 FM 接收和处理芯片，是上海锐迪科（RDA）推出的一款高集成度单芯片FM收音解决方案。这款芯片支持两种工作模式：全自动收音机模式和单片机控制模式。二者通过上电时引脚的 Strapping 来区分。全自动收音机模式下，上电之后就是一个收音机，通过引脚即可实现选台自动搜索等等功能；单片机控制模式下是通过外部的单片机使用 I2C 接口进行控制，这样可以更加灵活，比如，在外界屏幕上显示当前的频率等等。此外，这个芯片可以通过模拟输出接收的音频，还可以使用 I2S 接口进行输出。I2S 是纯数字型号，最大限度的避免干扰。 为了控制RDA5807, 这里选择 CH32V305 作为主控。它是一款支持USB High Speed 的单片机，为了更好的压缩体积，选择QFN28封装的CH32V305GBU6型号。这种封装在保证体积的情况下，提供了足够多的引脚便于实现功能。这个芯片通过I2C 总线控制 RDA5807, 然后通过I2S 接收音频信号，再通过代码将自身模拟为一个 USB 麦克风设备，这样就能将收到的 FM 广播传输到电脑中。 需要注意RDA5807 的Pin6 是工作模式选择，上电拉低意味着单片机控制模式。 此外，RDA5807 的GPIO0/1/2 分别对应 I2S WS/SD/SCK 功能。 为了尽量的提升音质，设计上预留了LP5907MFX-3.3作为 5V转3.3V，但是实际测试下来国产的XC6206P332MR 已经足够。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/r5S9cD3sVIJCA8mJ5TdLCBnxaZ3r6CGLTa15bouK.png" alt="r5S9cD3sVIJCA8mJ5TdLCBnxaZ3r6CGLTa15bouK.png"> 为了尽可能保证接收效果，避免干扰，PCB 使用4层板， I2S 信号位于中间层，上下的铜箔层保证I2S 不会干扰模拟接收。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/4FZHXCUlSA3Wnu95GEB7qt4JvZCMGG3k9l1Ppbmg.png" alt="4FZHXCUlSA3Wnu95GEB7qt4JvZCMGG3k9l1Ppbmg.png"> 外壳同样是立创EDA 设计，上下结构通过螺丝进行固定 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/A5OXugmur7JwK5hZGV97d7zUTYo2MMgq9GmsAgo7.png" alt="A5OXugmur7JwK5hZGV97d7zUTYo2MMgq9GmsAgo7.png"> <h3 style="line-height:1.8;">*5、软件部分</h3> <hr> 软件包括两部分：固件的设计和应用程序的设计 第一部分：固件设计 代码是基于官方的Ch372 例子修改而来，关键代码首先是描述符部分，该设备实现了 UAC 1.0 麦克风 + HID 的复合设备。其中的麦克风是用于设备将FM 音频传递给主机， HID 负责应用程序将命令发送给设备 High Speed USB 带有3 个接口： Interface 0 — 音频控制 <ul> <li>拓扑链：Input Terminal (ID=4, Microphone) → Feature Unit (ID=5, 支持静音) → Output Terminal (ID=6, USB Streaming)</li> <li>无端点</li> </ul> Interface 1 — 音频流传输 <ul> <li>Alternate 0：零带宽（无端点，空闲状态）</li> <li>Alternate 1：激活流，EP3 IN（ISO）<ul> <li>格式：PCM Type I，双声道，16-bit，48 kHz</li> <li>最大包大小：196 字节（48+1 样本补偿用于速率匹配）</li> <li>HS 模式：bmAttributes = 0x05（Isochronous | Async）</li> </ul></li> </ul> Interface 2 — HID接口 <ul> <li>EP1 IN + EP1 OUT，均为 Interrupt，包大小 64 字节，间隔 1ms</li> <li>HID Report 为 Vendor Defined（Usage Page 0xFF00），64 字节 IN / 64 字节 OUT，用于自定义控制命令</li> </ul> 这样设置之后，插入Windows主机就会出现麦克风设备和一个自定的 HID设备。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/ATsxJmTfC1wvG8cwgFCzMUNOvUbAc2YT55xTDdoo.png" alt="ATsxJmTfC1wvG8cwgFCzMUNOvUbAc2YT55xTDdoo.png"> 接下来，在USBHS_Device_Endp_Init() 函数中设置端点属性，特别是 USBHSD->ENDP_TYPE = USBHS_UEP3_T_TYPE; 指定表示 EP3 的 TX 方向（IN）设置为 ISO 同步传输类型。之后的处理就和常见的 Bulk 之类没有太大区别了。 需要注意的是，对于音频USB设备，缓冲是必不可少的设计。整体架构是一个 I2S DMA 双缓冲 → 环形缓冲区 → USB ISO 端点 的三级流水线，用于吸收 I2S 采样时钟与 USB SOF 时钟之间的频率漂移。 第一级：I2S DMA 双缓冲（硬件层） I2S2_Rx[2 × (192/2)] = I2S2_Rx[192 个 uint16] ├── 前半（[0..95]） — 一个 ISO 包 (192 字节) └── 后半（[96..191]） — 一个 ISO 包 (192 字节) DMA1_Channel4 以循环模式将 SPI2/I2S 的 RX FIFO 不停搬运到 I2S2_Rx： <ul> <li>HT（半传输中断标志）置位：前半已满，DMA 正在写后半 → 主循环安全拷贝前半</li> <li>TC（传输完成标志）置位：后半已满，DMA 正在写前半 → 主循环安全拷贝后半</li> </ul> 这是经典的乒乓缓冲，保证 DMA 写和 CPU 读不冲突。 第二级：字节环形缓冲区（软件层） USBHS_EP3_Buf[RINGBUFFERNUMBER × 192] = 1920 字节 (10 包) 三个变量管理： <table> <tr> <td> 变量 </td> <td> 含义 </td> </tr> <tr> <td> <a target="_blank">tail</a> </td> <td> 写指针（I2S 写入位置） </td> </tr> <tr> <td> <a target="_blank">head</a> </td> <td> 读指针（USB 消费位置） </td> </tr> <tr> <td> <a target="_blank">counter</a> </td> <td> 当前字节数（填充量） </td> </tr> </table> 目标填充水位 AUDIO_CENTER = 960 字节（5 包），两侧各留 5 包的漂移余量。 第三级：USB 速率自适应（流控层） 每次 EP3 的 TX_CTRL 变为 NAK（表示上一包已发出，可准备下一包）时，主循环判断： 未预填充 (audio_primed=0): → 发静音包，等待 counter ≥ 960 字节后置 primed=1 预填充完成 (audio_primed=1): counter > 960+4 → 发 49 个采样帧（196 字节） ← buffer 偏高，多发 counter < 960-4 → 发 47 个采样帧（188 字节） ← buffer 偏低，少发 否则 → 发 48 个采样帧（192 字节） ← 正常 若 counter < nbytes（欠载）→ 发静音，重回预填充阶段 是 异步 ISO 的软件速率匹配（Async Isochronous），通过每包加减一帧（±4 字节）来平滑 I2S 实际采样率（约 47872 Hz，受 144MHz 时钟精度限制）与 USB 主机消费速率（48000 Hz）之间的差异，避免产生周期性爆音。 整体数据流 RDA5807 (I2S slave) │ Philips I2S / 16bit / 48k / Stereo ▼ SPI2 DATAR ──DMA1_Ch4 循环──▶ I2S2_Rx[192]（双缓冲） │ HT/TC 标志，主循环轮询 ▼ RingWrite() ──▶ USBHS_EP3_Buf[1920]（环形缓冲） │ 速率自适应，主循环 ▼ EP3_Tx[200]（临时包缓冲） │ DMA 地址写入寄存器 ▼ USBHSD UEP3 ISO IN ──▶ USB Host 固件定义了三个命令通过 USB HID 发送：每次发送 64Bytes，第一个字节为 ‘T表示后面是要设置的频率，为字符串格式，比如：要求设置频率为107Mhz,那么发送给设备的命令是 “T:10700”；此外，设计上通过 RDA5807 接收FM 信号，额外定义一个读取命令 ‘R’ , 后面跟着要读取的寄存器，比如，要读取 RDA5807 的 0x2 寄存器，发送的 HID 命令是：“R2”, 返回16Bits的寄存器值；还有一个写入取命令 ‘R’，比如，要对RDA5807 的 0x2 寄存器写入 34，发送的 HID 命令是：“W2=34” 烧录上述固件后，可以将设备设置为“监听”模式，这样设备的声音可以通过扬声器不停的播放出来,然后使用 HID 工具直接发送命令这样即可方便的进行调试。 之后，开始Window下应用程序的设计。 选择使用 C# .net 4.8 ，这个版本Windows10/11 内置直接支持，无需额外安装库。同时可以将用到的库都打包在同一个 EXE 中便于分发使用。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/Y7VtZciSiVngRQAEbsp29G0aCK4aMybtIGRWAvFT.png" alt="Y7VtZciSiVngRQAEbsp29G0aCK4aMybtIGRWAvFT.png"> 代码基本流程是 <ol> <li>构造 RadioDeviceController → 通过 HidSharp 库按 VID=0x1A84, PID=0xFE09 搜索 USB 设备并打开 HID 流</li> <li>加载配置 → 从 radio_config.json 读取预设电台和扫描结果</li> <li>枚举录音设备 → AudioPlayer.GetAllRecordingDeviceNames() 列出可用的 USB 音频输入设备</li> <li>检查麦克风权限 → 无设备则弹窗警告</li> </ol> 然后等待用户操作 <h3 style="line-height:1.8;">*6、BOM清单</h3> <hr> 请输入内容… 注：项目涉及的BOM清单。在<a href="https://lceda.cn/editor" target="_blank">嘉立创EDA</a> 生成/上传设计文件后，BOM将自动生成至项目详情；建议包括型号、品牌、名称、封装、采购渠道、用途等内容。具体内容和形式应以表达清楚项目构成为准。 <h3 style="line-height:1.8;">*7、大赛LOGO验证</h3> <hr> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/ySMVQ5ukNA15ABpnaqyR4oAPPMbC2T3xiWAtp0lC.png" alt="ySMVQ5ukNA15ABpnaqyR4oAPPMbC2T3xiWAtp0lC.png"> <h3 style="line-height:1.8;">* 8、演示您的项目并录制成视频上传</h3> <hr> 视频要求：请横屏拍摄，分辨率不低于1280×720，格式Mp4/Mov，单个视频大小限50M内； 视频标题：立创电赛：{项目名称}-{视频模块名称}；如立创电赛：《自动驾驶》-团队介绍。 视频冲榜：项目制作过程中，可随时录制视频上传至B站、小红书、视频号、抖音号，<a style="text-decoration:underline;" href="https://doc.weixin.qq.com/smartsheet/form/1_wpmhMpBwAAfrKELBBSNdSqJrorjTQE8Q_600d71" target="_blank">冲榜人气奖励＞</a>，优秀项目可获得立创官方全域曝光机会； <a style="text-decoration:underline;" href="/posts/b2b65ad17ac34080a318a5ab47a632c2" target="_blank">前往查看更多详情＞</a>