2021年8月9日月曜日

ALL BAND TRANSCEIVER (5)

今回はこのTRANSCEIVERの中枢であるコントローラーについて簡単に解説します。

Microprocessor 

 今回のコントローラーは、以前BlogにUPしたVFO Ver8.0を基にカスタマイズしています。
 MPUは、Arduino Due を使用しました。今回のプロジェクトでは、ALL BANDで多機能であるため、I/Oが多く、十分なメモリ容量でスピードが速いものを必要としました。
 主な仕様は以下の通り


Specification
Microcontroller AT91SAM3X8E
Operating Voltage : 3.3V
Input Voltage (recommended) : 7-12V
Input Voltage (limits) : 6-20V
Digital I/O Pins : 54 (of which 12 provide PWM output)
Analog Input Pins : 12
Analog Outputs Pins : 2 (DAC)
Total DC Output Current on all I/O lines : 130 mA
DC Current for 3.3V Pin : 800 mA
DC Current for 5V Pin : 800 mA
Flash Memory : 512 KB all available for the user applications
SRAM : 96 KB (two banks: 64KB and 32KB)
Clock Speed : 84 MHz

TFT Color LCD with Touch panel


 今回のコントローラーで一番苦労したところが、タッチパネルのコントロールであった。
LCDは、ドライバーがILI9341でSPIインターフェース。これにタッチパネルが付いたものである。

Specification
Display Color    RGB 65k color
Screen size       3.2inch
Driver              ILI9341
Resolution        320x240 pixel
Interface          4 wire 
SPI 
Touch panel     Resistive touchscreen
Touch Driver    TSC2046

Arduino Due周りの結線図を再度掲載する。DueとLCDの接続を赤くしてある。

 特に苦労した部分について簡単に記載します。

USB Port
Dueは2つのUSBポートがある。一つはPrograming Portで主にプログラムの書き込み、消去等にしよう。もう一つはNative Portで主にユーザープログラムで使う。
 今回は筐体背面に両方のポートを付けた。Programing用とCAT通信用としている。
 CATはメーカーによってコマンドが違うためどれかに決める必要がある。今回はHamLogの周波数設定程度なので、Yaesu FT-991,Kenwood TS-2000に対応できるようにした。(コンパイル時に選択)
 スケッチは、mainルーチンで外部からUSB経由でシリアル信号を受信したかチェックし、文字列を判読し、情報を返信する単純なスケッチである。以下は参考スケッチです。

---------------------------------------------------------
byte CATbyte = 0;

void setup(){

    SerialUSB(38400);}

void main(){


CATbyte = SerialUSB.available();
if (CATbyte >0){CATset();}

}

//----- CAT Controll(FT-991) -------------------------
void CATset(){
  String CATinput = SerialUSB.readStringUntil(';');
  SerialUSB.flush();
  if (CATinput == "FA"){
    SerialUSB.print("FA");
    String freqtcat = freqt;
    int mojicat=(freqtcat.length());
    if (mojicat <9){
      for (int i=9; i > mojicat; --i){
        SerialUSB.print("0");
      }
     }
    SerialUSB.print(freqtcat);
    SerialUSB.print(";");
  }
  if(CATinput == "MD0"){
    String modecat = String(mode);
    SerialUSB.print("MD0");         
    SerialUSB.print(modecat);
    SerialUSB.print(";");   
  }
  else{
   SerialUSB.print("?;");
  }
}
----------------------------------------------------------

Touch panel
 タッチパネルの処理には非常に苦労をした。製作までにかなりの時間を要したが、逐一記載すると非常に大変なので、結果だけを書くことにする。

タッチパネルには今回抵抗膜方式のもので、タッチしたときの抵抗変化で位置を特定する方式である。タッチパネルのドライバーはTSC2046、LCDはILI9341、MPUはArduino Due。
 初めにタッチパネルのキャリブレーションが必要である。押した位置の抵抗値をLCDのPixelに変換する。これにより位置判断が可能となる。
 キャリブレーションのスケッチは以下のライブラリーのサンプルスケッチにある。
https://github.com/marekburiak/ILI9341_due
[ uTouchCalibration.ino]が目的のスケッチである。
 55行を今回のハードウェアに変更する。
   URTouch  myTouch(30, 28, 26, 24, 22);
            ↓
   URTouch  myTouch(6,5,4,3,2);

 73行を使用するLCDの方向に合わせる。(90 or 270)
tft.setRotation(iliRotation270); // landscape
 

これをDueに書き込むと右の画面が表示される。画面のどこかをタッチすると次の画面が表示される。




この画面で左上ハイライトされた+をタッチする。中央の[PRESS]が[HOLD]に代わり[RELEASE]に変わる。すると今度は左中央がハイライトする。同じようにタッチして8か所すべてが終了すると最終の情報画面に変わる。


CAL_X
CAL_Y
CAL_Z
これがキャリブレーションで得られた情報である。




 この情報はIDEのシリアルモニタにも出力される。
 
ここで、今回使うタッチパネル用ライブラリー
http://www.rinkydinkelectronics.com/library.php?id=93にあるURTouchを使用する。


このライブラリー内にある[URTouchCD.h]をエディターで開きオリジナルのXYZをコメントアウトし、シリアルモニタのXYZをコピー&ペーストし保存する。
 これで使用するLCDのキャリブレーションが終了する。LCDを変更した場合はそのたびにキャリブレーションが必要となる。


参考スケッチ
実際のスケッチの抜きだしなのでよくわからないかもしれない。mainルーチンでパネルが押されたかどうか検出しx,y情報をサブルーチンに渡し処理を行う。URTouchライブラリーのexampleスケッチなど参考にしてください。

-------------------------------------------------------------
void main(){
  if (myTouch.dataAvailable())
    {
    myTouch.read();
    int x = myTouch.getX();
    int y = myTouch.getY();
    ProcessKeyTouch(x, y);  
}

//----- Touch -----------------------------------------------
void ProcessKeyTouch(int x, int y)
{
//  SerialUSB.end();
  ucg.setFont(ucg_font_fub11_tr);
  if (x >= 5 && x <= 5+key_width){               // Menu
    if (y >= 210 && y <= 210+key_height){
      key_rows = 2;
      menu_sub();
    }
  }
  if (x >= 5+1*80 && x <= 5+1*80+key_width){       // Band Set
    if (y >= 210 && y <= 210+key_height){
      key_rows = 3;
      band_set();
    }
  }
  if (x >= 5+2*80 && x <= 5+2*80+key_width){    // Step UP
    if (y >= 210 && y <= 210+key_height){
      fstepmem=fstepmem+1;
      fstepset();
    } 
  }
  if (x >= 5+3*80 && x <= 5+3*80+key_width){    // Step Down
    if (y >= 210 && y <= 210+key_height){
      fstepmem = fstepmem-1;
      fstepset();
    } 
  }
  if (x >= 5 && x <= 67){        // VFO
    if (y >= 10 && y <= 30){
     key_rows = 1;
     vfo_menu();  
    } 
  }
  if (x >= 77 && x <= 122){      // Mode
    if (y >= 10 && y <= 30){
      key_rows =2;
      mode_menu(); 
    } 
  }
  while(x != -1 ){
      myTouch.read();
      x = myTouch.getX();
      //y = myTouch.getY();  
  }
}

一部省略して書いたので少々わかりにくいかもしれませんが、ご容赦

以上 これでALL MODE TRANSCEIVERの解説は終了の予定。質問や、聞きたいことなどご要望があれば追記するかもしれません。メールまたはコメントにてお知らせください。

DE JA2NKD Ryuu


2021年7月24日土曜日

ALL BAND TRANSCEIVER (4)

 今回の ALL BAND TRANSCEIVER で色々な課題があった。今回解説するBAND,MODEの制御もその一つである。
 タッチパネルで選択したBANDやMODEは数値化され制御を行う。具体的には変数 [BAND] 変数[MODE]に選択した数値情報が収納される。

 上図でPHOT1でBANDをタッチ、PHOTO2で希望BANDをタッチすると変数[BAND]にBAND番号が収納される。この変数を2進数にして各BITのHigh,Lowを調べI/Oに出力をしている。
全部で14BANDなので4BITバイナリーでD14,15,16,17に出力している。
sketchでは、
void DIO_BAND_set(){
  int bitdata = 0;
  int port_num = 0;
  for (int j=0; j<=3; j++){      // ポートをLowにリセット
    digitalWrite(14+j,LOW); 
  }
  for (int j=0; j<=3; j++){  
   bitdata = bitRead(band,j); // 変数[band]の各Bitを調べる。
    if (bitdata == 1){
     digitalWrite(14+j,HIGH);   // 1なら当該ポートをHighにする
    }
    else{
      digitalWrite(14+j,LOW); // 1以外なら Lowとする。
    } 
  }
}

Modeも同様にしてD18,19,20,21に出力している。

 Aruduino DueのD14-21ポートに出力されたBAND,MODE情報は、以降の処理に使いやすいように(FXMA108)で3.3Vから5Vにレベル変換をしている。
 BAND情報はD14-17から出力されレベル変換後TC4515デコーダーを使用し、各BAND個別信号を出力している。このTC4515はActiv Low 選択された信号がLow、それ以外がHighとなる。このためPNPデジタルトランジスタ(RN2201)を利用し選択された受信用BPFに電源を供給するようにしている。
 送信も同様にBPF選択を行っている。送信ではさらに TD62084というSink Driverで出力のLPFリレーを制御するようにいている。

MODEも同様であるが、選択数が少ないのでデコーダーに74HC238(3INー8OUT)を使用いた。これはActiv HighなのでNPNデジタルトランジスタ(DTC144)を使用しColinsフィルター切替を行っている。

尚、BAND情報は、Linear と Transverterのためにバッファ(74HC125)経由でDINコネクタに出力している。

 さすがにALL BAND TRANSCEIVERともなると、フィルタ、BPF、LPFの切り替え処理が非常に煩雑となることを実感した。今回極力手持ち部品を使用したため、どうも一貫性のない回路となった感じである。ご容赦願いたい。

今回は、あまり日の当たらない部分の解説なので、少々つまらなかったもしれませんが、備忘録としてUPしておくこととした。

DE JA2NKD Ryuu







 




2021年7月4日日曜日

ALL BAND TRANSCEIVER (3)

 ALL BAND TRANSCEIVER (3)

送信部


❶ マイクアンプ  
  マイクアンプは、コンプレッサーTA2011SとOPAMP(LM741)を切り替えるようになっている。またSSB送信試験用に1kHz発振回路を組み込んでいる。これで口笛による調整から解放される。この3回路をOPAMP(NJM7043)でミキシングしSSBはPSN回路に、FMはFMキャリア回路に送っている。
 
❷ AF-PSN回路 
以前blogに掲載した50MHzPSN送信機と同様の回路で dsPIC33FJ64GP802を使用し位相のずれたAFを作っている。このdsPICのソフトはTJ-Labの上保さんの作成されたものであるが、非常に優秀である。
 
❸ 直交変調器
 これも50MHzPSN送信機と同様MAX2452を使用している。特に調整回路がないのでキャリアバランス等の調整は行っていない。AFレベルを調整しても効果がなかった。何とか40dB程度である。他にも直交変調器のICはあるようだが、ほとんどがGHz用であり、HFに使えそうなものは見つからない。またDBMやスイッチを使ってディスクリートで組むこともできるが、回路規模が大きくなってしまう。その点MAX2452は外付け部品もなく簡単である。また運用してモニターしいただいているが、おおむね音質はよく、キャリア、逆サイド等は認められないとの評価をいただいている。この直交変調器にSi5351によるVFOを直接入力している。このVFOの周波数は運用周波数の2倍を入力している。50MHzであれば100MHzとなる。これで全バンド ダイレクトにSSBができる。
 
❹ 前置増幅器 
MAX2452の出力は非常に小さいのでMMIC(MSA-0886)で25dB程度増幅している。

❺BPF
直交変調器で出来たSSB信号をBPFを通すことによりスプリアスを除去させている。BPFは「トロイダル・コア活用百科」の2ポールBPFを使用した。

 ❻前置増幅器
 目的出力を得るにはまだ低いので再度MMIC(MSA-0886)で再度25B程度増幅する。オールバンドにはMMICが得意だ。
 
❼プリアンプ 
ファイナルをドライブするため100mW程度に増幅する必要がある。三菱の高周波パワーFETRD00HHS1を使用している。アイドリングは50mA

❽パワーアンプ
RD16HHF1プッシュプル。出力は10W以下なので十分すぎるが、全バンド安定して増幅するために採用した。ドライブレベルを調整し概ねMAX 8W 程度の出力としている。バンド差が大きく出てくるかと思ったが、意外にそろっている。

❾LPF
λ/4 5次LPFで「トロイダル・コア活用百科」を基本として設計している。

❿FMキャリア水晶発振器
ジャンク水晶67.18235MHzを基本波発振させ3逓倍し67MHz台としている。これにバリアブルキャパシタダイオードにマイクアンプからのAF信号でFM変調を行っている。オーバートーン発振ではほとんど変調がかからないので注意。

⓫FM用ミクサー
⓫の水晶発振信号とVFOを混合し目的のFM信号としている。以降はSSBと教養である。

⓬オシレータ回路
今回周波数の安定度、正確性を確保するためにオシレーター回路に拘った。必要とする周波数は、70.455MHzの第一中間周波数を455kHzに落とす70MHz、455kHz前後のSSBキャリア信号及びVFOである。
 70MHzhDDSAD9851を使用している。このDDSクロックは10MHzのTCXOを基準としてVCXO30MHzを PLLを組み安定化し供給している。またVFO(Si5351)用のクロック25MHzも30MHzクロックのAD9851で作っている。455kHzキャリアは10MHz基準のAD9850から作り出している。これらはすべて固定周波数なのでArduino-nanoを使用しコントロールしている。10MHzは外部からGPS基準信号等が入力できるようにしている。詳細は下部回路図を参照願いたい。こだわりのOSCである。

⓬VFOコントローラー
 今回はマルチバンドトランシーバーなので以前blogに掲載したタッチパネル付きVFOコントローラーを基本として採用している。ただこのトランシーバー用にカスタマイズしている。
 コントローラーにはAruino-Dueで、メモリー容量、スピード、I/O数等十分な性能がある。難点はどうしても大きいことであろう。特徴としてtっちパネルを採用し、多機能でありながら機械的スイッチの数を大幅に減らすことが可能となった。

⓭CATコントロール
Arduino-DueはUSBを2回路積んでいる。1個はプログラミング用、もう一つは外部機器との通信に使用できる。これを利用しパソコンと接続し「Turbo HAMログ」でデータ入力時に周波数を自動的に表示できるようにした。基本的な通信g理解できたので、トランシーバーを外部からコントロールできるようにすることも可能である。今後発展させていきたい。

 以上オールバンドトランシーバーの概要です。詳細については 省略させていただきます。

DE JA2NKD









 

 

2021年6月28日月曜日

ALL BAND TRANSCEIVER(2)

 Appearance(front)

Do you notice anything when you look at the appearance?
Most frequency knobs such as transceivers made by manufacturers are attached to the right side. My transceiver is on the left. Because I'm left-handed.

Frequency nob    Rotary encoder 100als/r
Switches
    Lock      Frequency lock
    Turbo    Multiplies the frequency step by 10.
    ATT       Preamplifier Off
    AGC      Slow/Fast
    Tune     Test transmission (1kHz modulation)
    COMP    Compressor ON/OFF

Volume
    AFGAIN    Audio Gain
    SQL         FM Squelch
    MIC         Mic gain
    CLAR       Clarifier(rit)  Rotary encoder 25pls/r

LCD             3.2inch TFT-LCD with touch-panel
                   driver ILI9340 320x240

 Appearance(back)
ANT-1    
2 Antenna connector
ANT-2   Can be selected for each band
TRV      To transverter
IF         IF OUT(Not use)
10MHz IN    External reference frequency input(10MHz)
USB-U        Arduino Due USB (nativ port)  for CAT control
USB-P        Arduino Due USB (proglaming port)
AUX           External modulation Input
REC            Audio Output
KEY            CW KEY
SPEAKER    AF 8 ohm 2W

Circuit overview
The receiver is a double super heterodyne with a first IF 70.455MHz and a second IF 455kHz. The filter is a Collins mechanical filter 
     (SSB 2.4kHz, CW 500Hz, AM 6kHz).
The transmitter is a PSN direct transmitter using dsPIC and MAX2452.
The VFO controller used Aruino-Due & 3.2inch TFT-LCD with touch panel.

The following explanations will be written in Japanese. 
My English is poor. Sorry.

受信部

① BPF&LPF
ALL-BANDとなると各種フィルターがバンド毎に必要になり、製作が大変である。幸いオークションでICOM IC730のRF基板ジャンクを入手し流用した。この基板は1.9-28MHzの9バンドなので、50MHzBPFとゼネラルカバー受信(0-60MHz)用のLPFを自作し追加した。 
 
② RF amp
2SC1426を使用したNFBアンプで凡そ10dB程度増幅する。2SC1426は50mAバイアス電流を流しIP3を改善するようにしている。パネルにあるスイッチでON/OFFができるようにしている 。
 
③ 1st Mixer
このMixerでVFOと混合し第一中間周波数70.455MHzに変換している。 
MixerにはSL6440CというICを使用した。このICはIP3が高く、尚且つ変換ゲインがあるという優れものである。難点としてはSNが少し悪いことと、電流が50mA程度流れる。HF固定機で使う分には問題ない。VFO入力は結構クリティカルで大きすぎると極端に歪み始める。-10dBm - 0dBm当たりで調整が必要。スペクトラムアナライザーがあると簡単に調整できる。

④ MCF(70.455kHz)
第一中間周波数70.455kHzのフィルターで、帯域幅は15kHzである。オークションで入手。この谷も45MHzあたりのフィルターも時々見かける。2素子1組のものである。

⑤ Post Amp
Mixer後1段軽く増幅している。使用した素子は3SK291デュアルゲートFETである。回路はごく普通の回路。(回路図省略)

⑥ 2nd Mixer
uPC1037Hを使用したダブルバランスドMixer。外付け部品が少なく扱いやすい。最近秋月で互換性のある日本無線のNJM2594が入手できる。70.455MHzに70MHzを注入し一気に455kHzに変換する。FT-900でも同じ周波数構成を行っている。 
 
⑦ Collins Filter
今回の目的である「いつかはコリンズ」フィルター
SSB用    2.4kHz    562-8694-010 
CW用     500Hz      562-8693-010 
AM用    6kHz        562-8695-010 
クリスタルフィルターに比べてスカート特性等は非常に綺麗である。切れ音質ともにさすがコリンズと思えた。気のせいであろうか?(AM用フィルターの特性を以下に示す)
 
Colins Filter 6kHz

⑧IF Amp 
IFAmpはAD603 2段増幅で80dB増幅とした。回路はJA9TTTさんの記事等を参考にしている。非常に安定してうまく動作している。AGC等は周波数の違いもあることからカットアンドトライで決めた。
 
⑨ SSB,CW Detector 
 検波回路には2ndMixerと同じuPC1037Hを使用。キャリア周波数はDDSで作成しモードで変更するようにしている。
 
⑩ FM IF
DET FMIF増幅と検波は定番のMC3361を使用。周波数変換部を使用せず、中間周波455kHzをFM用フィルタ(CFWLB455F +-6kHz)を通してMC3361に入力している 
 

⑪AF Amp
AFアンプはOPアンプで増幅したのちuPC575C2という一昔前のメーカーリグに多用されていたICを使用。LM386と比べると2Wで余裕があり、音質もいい。


TO be continued

 

 

 

 


    

       

2021年6月21日月曜日

ALL BAND TRANSCEIVER(1)

 Nowadays, SDR is the mainstream.

But I like analog systems. Since I first started amateur radio 50 years ago, I've always wanted "Collins". Recently, the "Collins Filter" has finally been discontinued.

Covid-19 occurred two years ago, and from last year, "Stay home" began to be shouted. This allows you to spend a lot of time on homebrew. On this occasion, I decided to make a transceiver using the "Collins filter" that I had longed for for many years.

For VFO, I used the touch panel type VFO controller that I posted on my blog before.

It was finally completed two years after it started. But the pandemic has not yet converged.


Specifications

Receiver
Circuit Type                    SSB/CW/FM/AM: Double conversion  Super heterodyne
Sensitivity                      SSB:2.4kHz CW:500Hz FM:12kHz AM:6kHz
Intermediate frequency  1st:70.455MHz,2nd:455kHz
Frequency range            Ham band (1.9,3.5,7,10.14,18,21,24,28,50)
                                    General (0-60MHz Receive only)
Audio Output                 2W into 8 Ohms

Transmitter
Modulation types            SSB(J3E),FM(F3E),CW
Power Output                5-8W
FM Deviation                 ±5kHz
Microphone Impedance  600 Ohms

Others
Power Consumption       Rx 1.0A    Tx 3.7A  (Maximum)
Supply Voltage              13.8V
Dimensions                   W:430mm  H:100mm  D:450mm
VFO                             Si5351 PLL
Controller                    Arduino Due
LCD                            3.2inch TFT with Touch Panel

Internal View


Block diagram

Video(YouTube)    https://youtu.be/toFvZ_4qtKs

I will upload the commentary to the blog little by little in the future.

DE JA2NKD


2020年8月17日月曜日

Auto antenna tuner "AT-100"


コロナ自粛中にebayでポチッ Auto antenna tuner "AT-100" 
非常に小型で1.8MHz-50MHz、100wまで使用できるとのことである。
基本開発はN7DDC OM。例によって中国製のキットとして販売されている。
キットには0.96inchOLED付き。

【製作】

部品の確認(上の写真を参考に)
小さい部品からはんだ付けをしていく。製作のマニュアルは見つからなかったので回路図とプリント基板のシルク印刷を頼りに取り付けていく。
一部ミスプリントもあるが、回路図とシルクで判断。(回路図にもミスがある)
空芯コイルは直径4㎜と6㎜であるが、ドリルの刃を利用すると綺麗に巻ける。(巻き数は回路図にある)
信号回路につながるコンデンサーは一応高耐圧と思われるものがすでに基板にはんだ付けされている。制御用PICマイコンもはんだ付けされている。
製作はそれほど難しくないと思う。
ただ、オプションのスイッチ(バイパスSWとオートSW)は端子に出されておらず、基板から直に線をはんだ付けする必要がある。(下の写真参照)

OELDの配線は下の回路図を参照

ケースに入れて完成


【動作試験】
 まだあまり試験していないが、
 電源を入れるとOLEDに表示が出る。Power,SWR、L,C表示される。
送信を行うとリレーが動作し、整合が始まる。
 スイッチはBYPASS(チューナー無し)AUTO(自動)TUNE(設定がリセットされる)
結果は、そこそこの整合。どうしても簡易回路であり、コイル、コンデンサーの設定が7段しかないので粗い。SWR<2であればOKという感じである。そのため整合範囲も狭いと思われる。π型にはかなわない。
 回路は送信機にコイルが直列接続され、アンテナ側にコンデンサーが並列に接続される。
ローコストなので致し方ない。
 また、出力、反射等のレベル調整がないので、正確さは不明。一応手持ちのSWR計でみて下がることは確認できた。もう少し実験をする必要がある。尚、動作させるには最低5W以上が必要である。
 マイクロコントローラーが私の苦手なPICなので、今のところ改良もできない。
機会があれば、もう少し実験してその結果でも報告できればと思う。
 まあ、この価格でこのようなキットが出てきたことに驚きである。N7DDCに感謝。

73's  de JA2NKD