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 2020.12.05 FM放送受信 TEA5767

YouTubeでポイントを説明しています。画像をクリックすると再生できます。

2週間に1度のペースで動画をアップしているのですが、

信州・北陸へGo To トラベルしていました。 この宇宙人さんは、宇宙科学博物館 コスモアイル羽咋の展示品です。

館内のガチャガチャでゲットしたベニテングダケ宇宙人です。 というわけで、制作時間が取れませんでしたので、今回はお手軽FMラジオネタです。

最近のラジオはDSP(Digital Signal Processor)化されているので、 I2C接続による簡単な制御コードを記述すればよく、アンテナさえ工夫すれば難しいことはありません。

■TEA5767 FM Stereo Radio Module


FM チップモジュール TEA5767
電源: 5 V
周波数範囲: 76-108 MHZ
ヘッドホンアンプTDA1308搭載※1
ハイパワー自動利得制御 agc 回路
オンボード 3.5 ミリメートルオーディオインターフェース
直接プラグアンテナインタフェース
I2C バス通信
ブルー Led 電源インジケータ
逆極性保護ダイオード
電源出力フィルタリングセンサー
マルチコンデンサ複合フィルター
PCB サイズ: 31*30 ミリメートル

※1 TDA1308
高S/N比(110dB)、高スルーレート、低ひずみと高性能なAB級ステレオヘッドホンアンプICです。出力:80mW(max.)

■開発環境

FMラジオモジュールTEA5767とArduino NanoをI2C接続します。 Raspberry Pi Zero WH でコードをビルドして、Nanoに転送します。 Raspberry Pi へは、ノートパソコンからSSHにより接続します。

■TEA5767の拡張

アンテナおよびスピーカー端子は3.5mmミニジャックになっていますが、併用できるようにアンテナ端子とスピーカ端子を基板上に引っ張り出します。 同様に、SCL,SDA,VCC,GNDも基板上に配置します。


端子はわかりやすいように配置しました。


基板の裏側です。いたってシンプルです。

■Arduino Nano互換 ATmega168P

ATmega168Pは、ATmega328Pの廉価版です。フラッシュメモリ16KB、SRAM 1KBで、328Pの半分の仕様です。


SCL(A5),SDA(A4),VCC,GNDを基板上に配置、また、D2ピンはFM放送局切り替えに使用します。D6,D10は音量調整用に引き出したのですが、使用しませんでした(後述)。 右側の3.3V出力はスピーカーへの電力供給用です。

■スピーカー制作

YouTube動画をみていましたら面白そうだったので、スピーカーも作ってしまいます。

Ref.https://www.youtube.com/watch?v=TnWrxNlQ16U


回路図はこんな感じです。


両端ロングピンヘッダーからピンを抜き取って、スピーカーにはんだ付けしています。 スピーカーはこのピン2本で支えていて、宙に浮いたような感じです。 トランジスタC1815の昭和レトロ風なチープな音質も見逃せません。

■組み立て
Arduino NanoとTEA5767の接続は下記の通りです。
 Nano  - TEA5767
5V  - +5V
SDA[A4] - SDA
SCL[A5] - SLC
GND  - GND


組み立てるとこんな感じになります。 奥に見えるように最初は、FM局選局用、音量調整用2個のプッシュボタンを付けていました。

■ソースコードのビルド


Arduino Nano と Raspberry Pi Zero WHをUSB接続して、TeraTermからビルドします。

ソースコードのビルドには、PlatformIOを用います。
Ref.Arduino開発環境構築 PlatformIO

プログラム用のディレクトリーを作成します。
$ mkdir ~/TEA5767
$ cd ~/TEA5767

$ pio boards "arduino nano"
Platform: atmelavr
----------------------------------------------------------------------
ID                 MCU        Freq.  Flash RAM  Name
----------------------------------------------------------------------
nanoatmega168      ATMEGA168  16MHz  14KB  1KB  Arduino Nano ATmega168
nanoatmega328      ATMEGA328P 16MHz  30KB  2KB  Arduino Nano ATmega328
nanoatmega328new   ATMEGA328P 16MHz  30KB  2KB  Arduino Nano ATmega328
                                                  (New Bootloader)
環境設定ファイルを編集します。
$ pio init -b nanoatmega168

https://github.com/mathertel/Radio/tree/master/src
・radio.cpp
・radio.h
・TEA5767.cpp
・TEA5767.h
・TestTEA5767.ino
上記5つのファイルを ~/TEA5767/src にコピーします

$ vi src/TestTEA5767.ino

#define FIX_BAND RADIO_BAND_FM
 ↓
#define FIX_BAND RADIO_BAND_FMWORLD

76MHzから108MHzまで対応させるためにFIX_BANDを修正
RADIO_BAND_FMだと87MHz未満は87MHzにされてしまうのでRADIO_BAND_FMWORLDに修正。

#define FIX_STATION 8930
 ↓
#define FIX_STATION 8130

日本のラジオ局の周波数(J-WAVE)に修正。

$ pio run -e nanoatmega168 -t upload

接続デバイスを確認します。
$ pio device list
/dev/ttyUSB0
------------
Hardware ID: USB VID:PID=1A86:7523 LOCATION=1-1
Description: USB Serial

アンテナを延ばして、FM放送の受信状態を確かめてみました。
$ pio device monitor -p /dev/ttyUSB0 -b 57600
Radio...
>setFrequency(8130)
*9951
>setVolume()
>setMono()
>setMono(0)
Station:
Radio: --- ----- MONO RSSI: 6 SNR: 0
Audio: ---- -------- ----

受信信号強度が極めて低くFM波を拾うことができません! さらに、Raspberry Pi と Nanoとのシリアル通信情報を、 WiFiで飛ばして、TeraTermで監視しているため、電波にノイズが混入して使い物になりません。
そこで、急遽アンテナを作ることにしました。

RSSI:(受信信号強度) Received Signal Strength Indicator
0~63

SNR:(信号電力対雑音電力比) Signal Noise Rate
信号と雑音が同じ電圧 → SN比は0dB
Ref.https://mathwords.net/snhi

RDS:(ラジオ・データ・システム) Radio Data System
従来のFMラジオ放送に少量のデジタル情報を埋め込むための通信プロトコル規格

■卓上FMアンテナ制作

100均のキッチンペーパーホルダーと丸い棒(長さ90cm、直径8mm)を用意します。
ホルダーの軸を適当な長さでカットして、丸棒と同じ8mmの穴を開けます。

丸棒をホルダーに挿し込みます。 アンテナ線の代用として、イヤホンを使用しました。 イヤーパッドとステレオミニジャックをカットして、長さ75cmのFM波受信用のワイヤーを作ります。 このワイヤーを丸棒にマスキングテープなどで固定します。


ワイヤー下端にはメスピンコネクタを取付け、ラジオモジュールと接続できるようにします。

■FM放送を視聴

手前右下に写っているのは、Nanoへの5V給電用モジュールです。VINとGNDに接続しています。もちろん、NanoのUSB端子への給電でもかまいません。
Ref.画像処理 第4回電源回路
これで、近隣のFM放送局の放送を受信できるようになりました。

■音量調整ができない

ここで見落とした事がありました。 テストコード(testTEA5767.ino)内に、setVolume()関数が何事もないように組み込まれていたので注意していなかったのですが、 音量調整用に取り付けたプッシュボタンを押しても音量に変化がありません。 そこで、インクルードしている cppファイルを確認してみると、TEA5767用の音量設定関数はダミーでした。
$ cat ~/TEA5767/src/TEA5767.cpp
/// setVolume is a non-existing function in TEA5767.
/// It will always me MAXVOLUME.
void TEA5767::setVolume(uint8_t newVolume)
{
DEBUG_FUNC0("setVolume");
RADIO::setVolume(MAXVOLUME);
}

これでは、音が大きすぎて疲れます。回路基板を修正するのも面倒なので、小細工してしまいます。
スピーカーは0.5Wと電力消費の小さなものなので、抵抗を挟んで音量を調整しても発熱を気にする必要はなさそうです。 邪道ですが、電源用ワイヤーの途中に抵抗を埋め込んでしまいます。

抵抗の両端にメスピンヘッダーをはんだ付けします。 680Ωの抵抗を使用していますが、お好みに合わせて調整してください。

熱収縮チューブで保護します。

Arduino Nano の3.3V出力とスピーカーを抵抗入りのワイヤーで結線しました。


プッシュボタンを押すと、FM局が切り替わっていきます。

■サンプル ソースコード
#include <Arduino.h>
#include <Wire.h>
#include <radio.h>
#include <TEA5767.h>

#define FIX_BAND RADIO_BAND_FMWORLD
#define CHANNEL_PIN  2

/// 80.3MHz:NHK FM
/// 81.3MHz:J-WAVE東京
/// 89.7MHz:InterFM東京
int channels[] = {8030,8130,8970};
int channel = 0;
int volume  = 2;

TEA5767 radio;

void setup() {
	pinMode(CHANNEL_PIN,   INPUT_PULLUP);
	radio.init();
	radio.setBandFrequency(FIX_BAND, channels[channel]);
	radio.setVolume(volume); 
	radio.setMono(true);
}

void loop() {
	if ( digitalRead(CHANNEL_PIN)==LOW ) {
		if (++channel>2) channel=0;
		radio.setBandFrequency(FIX_BAND, channels[channel]);
	}
	delay(500);
}

■参考文献
FM/AM DSPラジオの自作!レトロ風ケースがポイント

■その他:RDA5807M
安価に作れるRDA5807関連も参考に載せておきます。

Ref. RDA5807M MSOP10 I2C FM Receiver IC
Ref.FMラジオモジュール RDA5807Mで自作ラジオ

【深層学習関連】
20.11.21 深層学習 第1回環境整備
20.12.19 深層学習 第2回マルコフ連鎖・自動歌詞生成
21.01.02 深層学習 第3回コード進行解析

【画像処理関連】

20.05.28 画像処理 第1回トイカメラ
20.06.09 画像処理 第2回カメラモジュール制御
20.06.28 画像処理 第3回リアルタイムクロック
20.07.08 画像処理 第4回電源回路
20.10.27 画像処理 第5回自作デジカメ初号機完成
20.11.10 画像処理 第6回ドーナツデジカメ
【音楽関連】

20.01.05 第1回 abcjs 楽譜作成・演奏スクリプト
20.01.09 I2S通信によるハイレゾ音源再生
20.01.18 MIDI再生:FM音源YMF825+Arduino編
20.01.24 FM音源YMF825+micro:bit編
20.02.13 Piano Hat & Rosegarden
20.06.22 波形処理 第1回 音の波と三角関数
20.07.22 波形処理 第2回 平均律と純正律
20.08.26 波形処理 第3回 黒鍵と白鍵
21.01.02 深層学習 第3回 コード進行解析
21.01.16 波形処理 第4回 コード演奏
【WEBサイト構築関連】

19.10.15 第1回 前準備
19.10.20 第2回 Ubuntu Server インストール
19.10.27 第3回 Ubuntu Server 詳細設定
19.10.28 番外編 無線LAN接続設定
19.11.02 第4回 Apache WEBサーバ設定
19.11.05 第5回 PHP 設定
19.11.10 第6回 MySQL 設定
19.11.11 第7回 DNS (bind) 設定
19.11.16 第8回 メールサーバ(Postfix)設定・前編
19.11.21 第9回 メールサーバ(Postfix)設定・後編
19.11.24 第10回 ファイアウォール(iptables) 設定
19.11.25 第11回 crontab 設定
19.12.01 第12回 運用準備
19.12.03 第13回 Windowsパソコンに開発環境を作る
19.12.05 第14回 WEBサーバー公開
19.12.10 第15回 動的サイト制作
19.12.11 第16回 簡単なアクセスカウンターを作る
20.03.04 TTGO-Camera による定点観測・WEB公開
21.03.15 第17回 サーバ・リプレイス
21.03.27 第18回 システム移行
【開発環境関連】

19.12.19 Raspbian Stretch LITE インストール
19.12.19 ファイル共有 dokany + Win-sshfs
19.12.26 Arduino開発環境構築 PlatformIO
20.02.04 電子組版 upLaTeX
21.04.13 GPIO拡張
21.04.14 無線LAN動的切替え
【SNS関連】

20.03.18 テキスト読み上げ gTTS
20.04.24 Twitter-LINE連携によるビジネス活用
20.05.19 テキスト読み上げ AquesTalk pico LSI
21.02.27 TweLite Neural Network 第1回環境設定
【周辺機器関連】

20.01.01 1280x800 HDMI MONITOR
20.01.12 micro:bitをコマンドラインで使う
20.02.04 サーマルプリンタを使う
20.03.27 M5Stackキーボードを利用する
20.06.29 液晶キャラクターディスプレイLCD1602A
20.08.03 Seeeduino XIAO
20.08.09 LGT8F328P - Arduino clone
20.09.18 電流計測モジュール INA219
21.02.09 Raspberry Pi Pico 開発環境構築
21.03.06 疑似コンソール
21.03.20 Raspberry Pi Pico 突入電流制御
21.04.04 Raspberry Pi Pico Explorer Base
【その他】

19.12.13 モバイルバッテリーによる瞬間停電対策
20.04.10 電卓を制御して数字を表示する
20.05.06 箱庭回路 蓄電&昇圧回路
20.09.04 箱庭回路 センサーライト
20.09.29 シガーライターIC s090c
20.10.13 自動給水装置 LM393+NE555
20.12.05 FM放送受信 TEA5767
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Arduino Nano
ATmega328搭載/ 動作電圧: 5V/ 入力電源電圧(推奨):7~12V/ デジタル入出力ピン: 14本/ PWMチャンネル: 6本/ アナログ入力チャンネル: 8本/ 直流電流(1ピン当り最大): 40 mA/ 直流電流(3.3Vピン、1ピン当り最大): 50 mA/ Flashメモリ: 32 KB (ATmega328) 内2KBはブートローダーで使用/ SRAM: 2 KB (ATmega328)/ EEPROM: 1 KB (ATmega328)/ Clock Speed: 16 MHz
逆引き PIC電子工作 やりたいこと事典
機能が豊富で、速度・アナログ制御・省電力性・コストの面でもアドバンテージをもつPICマイコン。そんなPICマイコンの使い方を、目的別にやりたいことから引ける、逆引きタイプのガイドブックです。
C言語による PICプログラミング大全
2002年に初版、2009年に第2版を発売した名著『C言語によるPICプログラミング入門』 が大幅リニューアルし「大全」として生まれ変わりました。 本書では、機能豊富なPIC16F1シリーズを使いこなすために、統合開発環境を MPLAB X IDEに、CコンパイラはMicrochip Technology社純正のXC8に、それぞれ変更しました。 C言語でPICマイコンのプログラミングを始めたい方から、最新のPICマイコンの機能をとことん使い倒したい方まで、必ず役に立つ1冊です。
PICと楽しむRaspberry Pi活用ガイドブック
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ESP32&Arduino 電子工作 プログラミング入門
電子工作ファンに人気のマイコンArduino、そしてWiFiとBluetooth内蔵でネットワーク接続しやすいESP32。それらのマイコンでプログラムを組む際に使うのが「Arduino言語」です。
超特急Web接続!ESPマイコン・プログラム全集
IoT技術の回路とプログラムを解説しました. トランジスタ技術2016年9月号と2017年3月号の特集に 最新の情報を加筆して一冊に仕上げました. 回路とプログラムのサンプル資料として最適です. ラズベリー・パイやIchigoJamを連動させた例も紹介しています
M5Stack用カード型キーボードユニット
M5Stackにフル機能のQWERTY配列キーボードを実装できるユニットです。複数のボタンの組み合わせ(Sym + Key、Shift + Key、Fn + Key)や豊富なキーの値を出力することが可能です。
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サーバー用UbuntuでLinuxサーバーを構築しよう! 導入からLinuxやコマンドの基本、各種サーバー構築、バックアップやストレージ管理まで! サーバー用Linuxディストリビューションとして定評のあるUbuntu Serverの中でも、 10年長期サポート版であるUbuntu Server 18.04 LTSに対応!
[改訂第3版]Linuxコマンドポケットリファレンス
本書はLinux操作に必要なコマンドを収録したポケットリファレンスです。機能別にコマンドを分類し、各コマンドページでは書式/使用例などをコンパクトにまとめています。またアルファベット順索引も用意しており、名前しかわからなくてもすぐに目的のコマンドを探すことができます。今回の改訂では仮想化、データベース、クラウド時代に対応したネットワークコマンドなどを追加しています。おもなLinuxディストリビューションのCentOS、Fedora、Debian GNU/Linux、Ubuntuに対応し、初心者から上級者まで必携の1冊です。
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DNSがよくわかる教科書
本書では、DNSの仕組みから、ドメイン名のルール、主なリソースレコードの内容、コマンドによる動作確認、DNSの運用ノウハウ、DNSSECの基礎知識まで、順を追ってやさしく解説します。

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