复古风 FM 收音机 DIY：TEA5767 模块与模拟仪表完美结合

项目灵感与设计理念

本项目致敬经典收音机美学，将现代 TEA5767 全集成 FM 接收芯片与模拟指针仪表、16×2 LCD 虚拟调谐刻度、D 类功放、双分频音箱融合于一体。通过旋钮编码器调谐、四键预存电台、自动/手动搜台切换、立体声/信号强度双模拟表头指示，重现“转动调谐钮、指针滑过刻度、温暖音质流淌”的仪式感。整机由两节锂电池串联经 7805 稳压供电，便携性与复古质感兼得。

核心硬件清单

电路设计亮点

TEA5767 I2C 控制

• SDA/SCL 接 Nano A4/A5，上拉 4.7kΩ 至 3.3V（模块内部已含）。
• 音频输出 L/R 经 10μF 电容隔直流接入双联电位器，再接功放输入。
• 天线接模块 ANT 引脚，实机使用伸缩天线，长度约 75cm (λ/4 @ 100MHz)。

模拟表头驱动电路

两路 PWM (D5/D6) 经 RC 低通滤波 (10kΩ+10μF) 得到 0-5V 模拟电压，再经串联微调电位器 (10kΩ) 限流驱动表头线圈。代码中 map(freq, 88, 108, 0, 255) 与 map(signal, 0, 100, 0, 255) 分别控制频率表与信号表。表头机械惯性自然平滑指针抖动。

音频分频与功放

• 功放板输出直推两路全频单元 (3W/4Ω)。
• 高音单元 (0.25W/8Ω) 串联 1μF 无极性电容 (约 8kHz 一阶高通)，并联于全频单元两端，提升高频延伸。
• 功放增益固定，音量完全由前级双联电位器控制，保证信噪比最优。

软件架构与交互逻辑

自定义 LCD 字符集

// 刻度背景字符 (5×8 像素)
byte scaleChar[8] = {0,0,0,0,0,4,21,21};  // 0b00100, 0b10101
// 指针 5 亚像素位置 (每字符 5 列)
for (int j=0; j<5; j++) {
  for (int i=0; i<8; i++) needleChar[i] = scaleChar[i] | (0b10000 >> j);
  lcd.createChar(j, needleChar);
}
// 立体声图标 "ST" 风格
byte stereoS[8] = {0b01111,0b11000,0b11011,0b11101,0b11110,0b11000,0b01111,0};
byte stereoT[8] = {0b11110,0b00011,0b10111,0b10111,0b10111,0b10111,0b11110,0};

编码器中断处理

#define ENC_A 3  // INT1
#define ENC_B 4
#define ENC_SW 2 // INT0

volatile byte status = 0;  // bit0:AUTO, bit1:STEREO, bit2:UP, bit3:DOWN, bit4:SEARCH

void isrEncoder() { delay(50); if (digitalRead(ENC_B)) bitSet(status,2); else bitSet(status,3); }
void isrSwitch()  { delay(50); bitWrite(status,0, !bitRead(status,0)); }  // 切换自动/手动

主循环状态机

void loop() {
  // 1. 更新自动/手动指示
  lcd.setCursor(12,1); lcd.write(bitRead(status,0)?'A':'M');
  digitalWrite(AUTO_LED, bitRead(status,0)?LOW:HIGH);  // 低电平点亮

  // 2. 读取 TEA5767 状态
  unsigned char buf[5];
  if (Radio.read_status(buf)) {
    freq = floor(Radio.frequency_available(buf)/100000.0 + 0.5)/10;
    stereo = Radio.stereo(buf);
    signal = Radio.signal_level(buf)*100/15;
    // 驱动模拟表头
    analogWrite(SIG_METER, map(signal,0,100,0,255));
    analogWrite(FREQ_METER, map(freq,88,108,0,255));
    analogWrite(STEREO_LED, map(stereo,0,1,0,255));
    // 更新 LCD 刻度指针
    updateScale();
    // 显示数值
    lcd.setCursor(0,1); lcd.write(0xB7); lcd.print(signal); lcd.print('%');
    lcd.setCursor(6,1); if(freq<100) lcd.print(' '); lcd.print(freq,1);
    lcd.setCursor(14,1); if(stereo){lcd.write(6);lcd.write(7);} else lcd.print("  ");
  }

  // 3. 自动搜台处理
  if (bitRead(status,4)) {  // SEARCH 标志
    int dir;
    if (Radio.process_search(buf, dir)) bitClear(status,4);
  }

  // 4. 预存电台按键 (A0-A3)
  for (int i=0; i<4; i++) if (digitalRead(BTN_FREQ[i])) {
    float preset[] = {92.0, 94.8, 97.0, 101.2};
    freq = preset[i]; Radio.set_frequency(freq); redrawScale();
  }

  // 5. 编码器调谐
  if (bitRead(status,2)) {  // UP
    if (bitRead(status,0) && !bitRead(status,4)) {  // 自动向上搜台
      bitSet(status,4); Radio.search_up(buf); delay(50);
    } else if (freq < 108) { freq += 0.1; Radio.set_frequency(freq); }
    bitClear(status,2);
  }
  if (bitRead(status,3)) {  // DOWN
    if (bitRead(status,0) && !bitRead(status,4)) { bitSet(status,4); Radio.search_down(buf); delay(50); }
    else if (freq > 88) { freq -= 0.1; Radio.set_frequency(freq); }
    bitClear(status,3);
  }
}

组装与调试全流程

1. 模块测试：分别验证 TEA5767 I2C 通信、LCD 显示、功放发声、编码器中断、按键扫描、PWM 表头驱动。
2. 面包板联调：全模块连接，上传固件，观察启动动画、自动搜台锁定强台、手动微调步进 0.1MHz。
3. 表头校准：调节两路微调电位器，使指针在 88MHz/108MHz、信号 0%/100% 对应刻度端点。
4. 音质优化：调整分频电容容值 (0.47-2.2μF) 与扬声器箱体容积，消除箱体共振峰。
5. 机箱装配：3D 打印/木工制作外壳，预留 LCD 窗、表头圆孔、编码器/按键/电位器轴伸出、天线座、电源开关、USB 充电口。
6. 老化测试：连续播放 24h，监测电池电压、功放温升、接触不良、按键失效情况。

已知问题与改进计划

• 频率表头步进感：指针每 1MHz 跳动一次，因库函数仅返回整 MHz 频率。计划移植 Si4703 驱动或直接操作 TEA5767 寄存器实现 50kHz 步进平滑驱动。
• 立体声/单声道切换抖动：弱信号下频繁切换。拟添加软件迟滞（信号强度 >30% 且立体声导频稳定 >2s 才切立体声）与手动强制单声道开关。
• 静噪/静音功能：增加 Squelch 电路或软件阈值，信号低于门限自动静音，消除底噪。
• RDS/RBDS 解码：TEA5767 支持 RDS，后续集成解码库显示电台名、节目类型、交通信息。
• 蓝牙音频输入：增加 CSR8635 模块，切换为蓝牙音箱模式，一机多用。

安全与法规提示

• FM 接收属免执照接收业务，但天线增益、辐射杂散需符合当地无管委规定（通常 < -57 dBm/100kHz @ 30MHz-1GHz）。
• 锂电池充电必须带保护板 (过充/过放/过流/短路)，严禁裸电芯直充。
• 功放音量过大可能损伤听力，建议软件限制最大 PWM 占空比至 80%。