基于Arm Cortex-M0处理器的智能娱乐收音机系统设计

基于ArmCortex-M0处理器的智能娱乐收音机系统设计由工业和信息化部人才交流中心主办的2022年第六届全国大学生集成电路创新创业大赛（以下简称：集创赛）已落下帷幕，来自武汉理工大学的“夜的第七章”团队做的智能娱乐收音机项目，在2022年集创赛安谋科技杯获得了一等奖。此项目基于ArmCortex-M0处理器在安路EG4S20上利用FM_SDR板卡构建具备无线通信基带信号处理的片上系统。1项目简介本项目基于ArmCortex-M0处理器在安路EG4S20上利用FM_SDR板卡构建具备无线通信基带信号处理的片上系统，下载程序后，可在Keil界面中完成调试及运行。作品使用内部总线连接存储器与FPGA板载的外设，如数码管、矩阵键盘、拨动开关、LED、蜂鸣器、FLASH等，配合控制外围扩展电路实现FM等通信信号的调制解调等处理。在此基础上，设计FIR带通滤波器并为FM射频板配备了性能更加优良的射频天线与大音腔喇叭，使音质得到了提升；采用芯片CI1122完成对特定语句的离线识别功能简化了调台的操作步骤；利用芯片内合封的SDRAM和SD卡模块实现对音乐的播放、录制和评分功能；用板载QN8027发射芯片增加FM游戏、机械臂控制等通信功能，同时作为专用的FM发射芯片，QN8027支持立体声传输，但MSi001仅支持FM基带解调，采用立体声数字解调的方案，实现了对立体声副载波的解调(AM解调)，完成了立体声传输，展示效果良好，实践创新性强。2系统设计本系统的主要功能部件包括ARMCortex-M0内核、AHB总线矩阵、CMSIS-DAP调试端口、语音识别模块、SD卡模块等，具体系统框图如下图所示。在方案设计时，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，结构如图所示。图2.整体系统设计3硬件搭建3.1FPGA开发板我们将开发板的核心芯片型号选定为安路科技的EG4S20BG256，它具有低功耗、低成本、高性能等特点。有丰富的LUT、DSP、BRAM、高速差分IO等资源，强大的引脚兼容替换性能。有256个管脚(其中可用IO共193个)；在外围功能模块的设计上，则以简洁直观、小巧易携带为目标，主要包括以下几类模块：板载USB-JTAG电路，实现一根线供电和调试；输出显示类，如LED灯、数码管；输入操作类的，如矩阵按键、拨动开关；发声及音频类的，如蜂鸣器；对外通信接口类的，如UART转USB接口；存储器类的，如FLASH存储器、SDRAM存储器；模数混合类的，如ADC和DAC。同时安路科技提供丰富的设计工具（例如TD）帮助用户有效地利用EAGLE平台实现复杂设计。业界领先的综合和布局布线工具，为用户设计高质量产品提供有力保障。本设计选定芯片型号为EG4S20BG256，是基于安路成熟可靠的低成本、低功耗可编程FPGA—EG4S20，采用最新的3D合封技术，与一块2MX32bits的SDRAM合封而成。开发板实物如图所示。图3.FPGA开发板实物图EG4S20BG256的特色优势包括：灵活的逻辑结构19600个

LUTs，用户IO数量193个低功耗器件先进的55nm低功耗工艺静态功耗低至5mA支持分布式和嵌入式存储器156Kbits分布存储器（DistributeRAM）1Mbits嵌入块存储器（BlockRAM简称BRAM）包括：64个9KbitsBRAM，可配置为真双口，8Kx1到512x18模式16个32KbitsBRAM，可配置为真双口，可设置为2K16或4K8专用FIFO控制逻辑内置大容量存储器内置2M*32bitsSDRSDRAM，最高工作时钟200MHz可配置逻辑模块(PLBs)优化的的LUT4/LUT5组合设计双端口分布式存储器支持算数逻辑运算快速进位链逻辑源同步输入/输出接口输入/输出单元包含DDR寄存器GenericDDRx1GenericDDRx2高性能，灵活的输入/输出缓冲器支持LVTTL、LVCMOS(3.3/2.5/1.8V/1.5/1.2V)、PCI支持LVDS，Bus-LVDS,MLVDS,RSDS,LVPECL支持热插拔可配置上拉/下拉模式片内100欧姆差分电阻时钟资源针对高速I/O接口设计的2路IOCLK16路全局时钟支持4个PLLs用于频率综合5路时钟输出分频系数1到128支持5路时钟输出级联动态相位选择配置模式主模式串行SPI(MSPI)从模式串行

(SS)主模式并行x8(MP)从模式并行x8(SP)JTAG模式

(IEEE-1532)每个芯片拥有唯一的64位DNA嵌入式硬核IP8通道12位1MSPSSARADC集成电压监控模块内置环形振荡器3.2

射频开发板选用了DMZ_FMSDR开发板。DMZ_FMSDR内部包含了50M-120M，400M-1000M射频接收电路，76M-108M的FM频道发射电路，麦克风电路，音频耳放和功放电路。可以通过编程实现FM收音机、FM发射机、FM对讲机以及其他频段的接收机。FM_SDR模块与EG4S20模块对插示意图如图所示。图4.FM_SDR模块与EG4S20模块对插示意图4功能设计FM电台：基带信号处理1）IQ信号接收2）解调算法3）符号转换，PWM_DAC模块，自动搜台原理