使用 SparkFun 与 Arduino 组件打造可靠的 FM 收音机

元件与物料

项目简介

小时候我常自制 AM 收音机，但 FM 收音机因电路复杂从未成功。如今，硅片上即可集成完整的 FM 调谐器，但这些芯片多为贴片封装，爱好者难以焊接。所幸 SparkFun 推出了基于 Silicon Laboratories Si4703 芯片的 FM 调谐器基础扩展板，引出所有引脚。本文将展示如何围绕该扩展板打造完整 FM 收音机，并利用 Arduino 通过内置双线控制接口控制调谐功能。SparkFun 提供完整库文件，编程极为简便。

同时，项目加入了对比度极高、功耗极低的 OLED 显示屏。最后，我将演示如何用最少元件构建音质出色的单声道音频放大器。成品收音机由三节 5 号电池供电，可持续工作数小时。

SparkFun FM 调谐器基础扩展板与 I2C 串行总线

扩展板使用简单：先焊接排针以便插在面包板上。引脚排布如下图。在 ANT 引脚焊接一米细线即可作为天线。

• LOUT 和 ROUT 为左右声道输出，将接入放大器。
• 若不想自制放大器，可购买评估板直接配合耳机使用。
• 供电电压 Vcc 为 +3.3V。
• GND 为地。

Si4703 采用双线接口，即 I2C（Inter-integrated circuit，读作 I-squared-C 或 I-two-C），仅需两条双向线：串行数据线 (SDA) 和串行时钟线 (SCL)，另加复位线 (RST)。Si4703 中 SDA 称为 SDIO，SCL 称为 SCLK。所有 Arduino 均内置 I2C。I2C 总线上，Arduino 作为主设备，Si4703 与 OLED 显示屏作为从设备。

I2C 总线电压与 Arduino 选型

Si4703 与 OLED 显示屏的 I2C 电平为 3.3V，SparkFun 官方指南建议使用 3.3V Arduino（如 Pro Mini），但 Pro Mini 缺 USB 接口，需 FTDI 下载器，且主频仅 8 MHz（Uno/Nano 为 16 MHz），实测驱动 OLED 显示屏速度不足。为保留显示屏，我选择 Arduino Nano (16 MHz，5V 电平)，并通过双向 I2C 电平转换器连接 3.3V 总线。需电平转换的信号有 SDA、SCL、RST 共三路，故使用两个双通道转换器（也可用一个四通道转换器简化布线）。

Nano 与 Uno 功能近似但体积更小，均带 USB 接口，配合 Arduino IDE 极易上手。初期测试曾用 Uno。

原理图：Arduino 与收音机、显示屏的连接

系统由三节 5 号电池 (4.5V) 供电，直接接 Nano 的 5V 引脚，绕过板载稳压器。警告：通过 USB 连接电脑前，务必断开电池！ 否则电脑 5V 与电池短路。调试阶段建议仅用 USB 供电，不接电池。若求稳妥，可用六节 5 号电池 (9V) 接 VIN 引脚，Nano 电源管理会在插入 USB 时自动切断电池供电（9V 方块电池续航仅数小时）。

Arduino SDA (A4) 与 SCL (A5) 接电平转换器高压侧，D2 作为 RST 信号。低压侧分别接 Si4703 的 SDIO、SCLK、RST。OLED 仅需接 SDA、SCL（我买的两色屏无 RST 引脚）。所有模块供电接 Nano 3.3V 输出与地。电平转换器高压侧需接 5V。D5-D12 接两块薄膜键盘，按键按下将对应输入拉低。

低电压音频放大器 LM386

采用 LM386 构建单声道放大器。LM386 问世于 1970 年代，专为低电压消费类音频设计（数据手册）。内部增益固定为 20，在引脚 1、8 间外接电阻电容可将增益调至 20-200。本项目使用默认增益 20，配合 8 欧姆扬声器已足够。

Si4703 音频输出端：R4 接 LOUT，R5 接 ROUT，两路合并为单声道。扩展板输出端已带电容，无需额外添加。R2、R3 分压降低输入电平，也可改用电位器调节音量，但本项目通过 I2C 数字控制 Si4703 输出电平 (1-15 级)，配合 R2/R3 调整匹配放大器灵敏度（增大 R3 可提高音量）。

电路直接参考数据手册典型应用。C2 至少 220 µF，容值过小会削弱低频响应。C3 需贴近芯片放置，C3 与 C1 为可选。网上许多 LM386 项目反映音质差，多因地线布局不当。原理图中输入地与输出地分开，仅在芯片 4 号引脚汇合，这一点至关重要。参考 JohnAudioTech 相关视频可深入了解。

LM386N-1 最低工作电压 4V，输出功率数百毫瓦。本项目用 3 节 5 号电池 (4.5V)，音量 1-10 级音质优良，15 级开始失真。若需更大音量，可将供电提升至 9V。低压供电下必须使用 8 欧姆扬声器，不可用 4 欧姆。

面包板原型调试

强烈建议先在两块面包板上搭建完整原型：一块放 Arduino、电平转换器、OLED；另一块放 Si4703 扩展板与音频放大器，两者靠近以减少声学干扰。我初期将 Si4703 靠近 Arduino、音频部分长线连接，导致严重失真。

Arduino 取 USB 供电，其 3.3V 输出供显示屏与收音芯片；LM386 单独用电池供电 (4.5-9V)。

程序代码

需引入以下库：

#include <SparkFunSi4703.h>
#include <SPI.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>

SparkFun 库提供高层封装，无需处理底层细节；Adafruit 显示库教程见官网。安装库方法参考 官方指南。

关键定义：

// 按键引脚
#define volDown 9
#define volUp 10
#define channelDown 11
#define channelUp 12
// Si4703
#define resetPin 2
#define SDIO A4
#define SCLK A5
Si4703_Breakout radio(resetPin, SDIO, SCLK);
#define SI4703Address 0x10

setup() 中配置按键为上拉输入，初始化收音机，设定初始频率 88.2 MHz、音量 4。

主循环轮询按键，调用库函数 setVolume()、seekUp()、seekDown()，并更新 OLED 显示。完整代码含四个预设台按键、OLED 显示刷新（占用大量 RAM）、电池电压检测（利用 AVR 内部 1.1V 基准）等进阶功能。OLED 库无法自动识别屏幕尺寸，需手动修改 Adafruit_SSD1306.h 中的定义。

从面包板原型到成品收音机

原型验证无误后，将电路迁移至两块万用板并装入项目盒。Adafruit Collin 的教学视频《Breadboards & Perfboards》与《Perfboard Prototyping》极具参考价值。

我将 Nano 与两个电平转换器集成在一块万用板上：

制作万用板的关键在于 步骤 3：制定布线计划！ 规划成败的分水岭。经验教训：黑色 22 AWG 导线过粗难操作，建议改用多色 30 AWG 缠绕线；万用板要买大尺寸；用排针与杜邦线连接模块。

第二块万用板集成 Si4703 与音频放大器。参考教程《From Schematics to Veroboard》或 JohnAudioTech 的 LM386 完整项目视频（含地线分离布局）。强烈建议 LM386 使用 IC 底座。

外壳制作参考 Collin 视频，纸胶带标记钻孔位、热熔胶固定组件。最终成品：

外壳略小，显示屏开孔用美工刀从内侧切割避免外观瑕疵，热熔胶固定。扬声器开孔打密集 3mm 小孔，背面粘贴。后加装面板安装 F 型座与伸缩天线，虽仅 50cm 长但接收良好，小喇叭音质惊艳。最神奇的是电池至今未更换，已连续收听数日。

同类项目推荐

最初受 Great Scott 视频启发（后期他也制作木质外壳）。更贴近本项目细节的是 John Owen 的 Si4703 Pocket FM Radio，同样使用 SparkFun 扩展板，代码中单声道合成与电池电压检测参考了他的实现。

代码与原理图资源

• 代码仓库： GitHub - FM-radio
• Fritzing 原理图： 原始文件与图片/PDF