No title

Univerzální modul 8051 a dekodér RDS pro pøíjímaèe FM Ing. Jan Šedivý Rádiový datový systém (dále RDS) byl vyvinut v zemích Evropské rozhlasové unie a slouží k pøenosu rùzných informací spolu s rozhlasovým vysíláním v pásmu VKV CCIR 87,5 až 108 MHz. Mezi nejznámìjší funkce RDS patøí pøenos tzv. kódu PS, což je název pøijímané stanice vyjádøený 8 alfanumerickými znaky. Dalšími základními prvky RDS je pøenos kódu PI identifikace vlastního programu a zemìpiné vymezení oblasti jeho šíøení, kód PTY - identifikace druhu vysílaného programu (napø. pop music, zprávy, vážná hudba atd.), kódy TP a TA informují o vysílání dopravních informací a seznam alternativních kmitoètù AF nese informaci o kmitoètech ostatních vysílaèù VKV, které vysílají tentýž program. Informace AF se využijí zejména u automobilových pøijímaèù k samoèinnému pøeladìní tuneru na jiný kmitoèet téže stanice, pokud je signál za jízdy vlivem pøíjmových podmínek ztracen nebo znehodnocen odrazy. Systém RDS umožòuje ještì pøenos informace o èase, rádiový paging, rozšíøenou informaci o jiných sítích tzv. EON a nìkteré další informace.

Zpùsob pøenosu a kódování RDS Datové signály RDS jsou pøenášeny na subnosné frekvenci 57 kHz (trojnásobek pilotního kmitoètu stereofonního signálu 19 kHz), která se pøidává k celému stereofonnímu multiplexu na vstupu modulace vysílaèe VKV. Subnosná 57 kHz je modulována tvarovaným signálem, který je dvoufázovì kódován datovými signály jednotlivých bitù RDS, pøièemž vlastní subnosná je

pøi této modulaci potlaèena.Vznikne tak jedna forma dvoufázového klíèování fázovým posunem (modulace PSK) s fázovým zdvihem 90 °. Tvar rádiového datového signálu 57 kHz na výstupu kodéru vysílaèe je znázornìn na obr. 1. Všechna data RDS jsou vysílána sériovì s rychlostí pøenosu 1187,5 bitù/s. Demodulátor RDS v pøijímaèi musí nejprve odfiltrovat z multiplexního signálu kmitoèty v okolí 57 kHz a obnovit pùvodní subnosnou frekvenci.

Obr. 1. Datový signál 57 kHz na výstupu kodéru RDS u vysílaèe, resp. pøijímaný signál RDS na výstupu filtru 57 kHz demodulátoru RDS v pøijímaèi

Ta je nutná k synchronní demodulaci datových signálù, které jsou vyhodnoceny ve dvoufázovém dekodéru symbolu. Zde je také získána informace k obnovení pùvodního bitového taktu 1187,5 Hz. Následující diferenciální dekodér vytvoøí z každého zachyceného symbolu logickou hodnotu 0 nebo 1 dat RDS tak, jak byly zavedeny do kodéru na vysílaèi. Pøenos dat je synchronní s impulsy bitového taktu, není nijak vymezen zaèátek a konec pøenosu. Tyto informace musí odvodit datový procesor, kterým je informace RDS vyhodnocována. Zakódováním každého bitu RDS jako dvoufázového symbolu se zmenší výkon datového signálu v okolí subnosné 57 kHz a zamezí se tím rušení stereofonního signálu rozhlasového vysílání pøenosem dat RDS. Demodulátory RDS pro pøijímaèe dodává øada výrobcù jako integrované obvody, ke kterým je nutné pøipojit pouze krystal a nìkolik kondenzátorù. Na jejich výstupu je k dispozici datový signál RDDA a hodiny posuvu RDCL v úrovních TTL pro další zpracování mikroprocesorem. Na obr. 2 je znázornìna struktura kódování základního pásma RDS. Formát pøenosu informací RDS spoèívá ve využití zkráceného cyklického kódu, který je možné s velkou spolehlivostí zajistit proti chybám. Nejvìtší prvek struktury má název „skupina“ a obsahuje 1O4 bitù. Každá skupina se skládá ze 4 blokù po 26 bitech. Každý blok obsahuje informaèní slovo o délce 16 bitù a kontrolní slovo o délce 10 bitù. Kontrolní slovo slouží k zabezpeèení pøenosu proti chybám a k rozlišení, o který blok se v pøijímané sekvenci dat jedná. Matematická operace vytvoøení kontrolního slova je popsána v literatuøe [1], pøípadnì [2]. Zjednodušenì lze pro základní pøiblížení øíci, že kontrolní slovo je vypoèítáno z obsahu bitù informaèního slova pøedem definovaným algoritmem spoèívajícím v násobení a dìlení a k výsledku této operace je pøièteno ještì tzv. ofsetové slovo 10 bitù, které je pro každý ze ètyø blokù ve skupinì rùzné a které je na obou stranách pøenosu RDS známé. Inverzní matematickou operací se všemi pøijatými 26 bity na pøijímaèi je možné vypoèítat ofsetové slovo z jakékoliv pøijaté sekvence 26 bitù a porovnat se

Obr. 2. Struktura kódování základního pásma RDS

Praktická elektronika A Radio - 7/2000

M/S: DI: TP, TA: PTY: AF:

rozlišení hudba/øeè bity identifikace dekodéru (viz [1]) kódy dopravního vysílání kód typu programu 5 b alternativní kmitoèty

adresa pøíslušné dvojice segmentù kódu PS, pro kterou bude vysíláno zobrazení v bloku „D“ téže skupiny

Obsah zobrazení znakù na displeji kódu PS zleva. b8 až b1 – kód znaku jednoho segmentu v latinské abecedì. Úplný soubor 218 znakù EBU je kódován podle tabulky ASCII, která pøiøazuje každému znaku osmibitový dvojkový kód.

Obr. 3. Obsah bitù skupiny 0A RDS. Ve skupinì typu 0B je bit B0 = 1 a blok C = C’ obsahuje 16 bitù kódu PI, který je stejný jako v bloku A obou skupin známými ofsetovými slovy. Jsou-li obì slova totožná, byl právì zachycen jeden blok skupiny RDS. Celý postup výpoètu a obsah ofsetových slov je volen tak, aby s velkou pravdìpodobností (až 99,8 %) nemohl být vypoèten nesprávný výsledek a tím chybnì urèeny naètené bloky (viz lit. [1]). Aby mohl být správnì dekódován obsah jednotlivých blokù, resp. skupin, musí být datový procesor pøijímaèe schopen nalézt zaèátek a konec blokù a skupin v nepøetržitém toku datového pøenosu bitù RDS, musí být nalezena bloková a skupinová synchronizace celého pøenosu. Blok je urèen tehdy, je-li

po zachycení posledního bitu z 26 vypoèteno správné ofsetové slovo pøíslušné jednomu ze ètyø blokù. Skupinové synchronizace pøenosu bude dosaženo tehdy, jestliže pøijímaè zasynchronizuje další blok vždy po naètení a odpoèítání následujících 26 bitù. Z posloupnosti alespoò dvou po sobì následujících správnì urèených ofsetových slov dekodér odvodí zaèátek skupiny RDS, a to s velkou spolehlivostí i tehdy, když v nìkteré další 26bitové skupinì nastane chyba v pøenosu nìkterých bitù. Je-li nalezena synchronizace pøenosu, je možné naèíst obsah informaè-

ních bitù jednotlivých blokù a vyhodnotit požadované funkce RDS. Datový procesor musí také co nejrychleji vyhodnotit pøípadnou ztrátu synchronizace a zablokovat další ètení chybných dat, aby se nemohly pøepsat již správnì naètené údaje. Specifikace pøenosu RDS definuje celkem 16 typù skupin, u každé skupiny se definuje ještì verze A nebo B. Pro naètení a vyhodnocení základních funkcí RDS, tj. kód PI, PS, PTY, TA, TP a AF staèí vyhodnotit skupiny typu 0A, pøípadnì 0B. Ostatní skupiny pøenášejí další informace a pøijímaè je mùže zcela ignorovat. Vysílání jednot-

Obr. 4. Blokové schéma propojení desek dekodéru RDS

Praktická elektronika A Radio - 7/2000

Obr. 5. Schéma zapojení demodulátoru RDS s obvodem TDA7330A

Obr. 6. Rozmístìní souèástek na desce demodulátoru RDS

Realizace dekodéru RDS

Obr. 7. Deska s plošnými spoji pro demodulátor RDS v mìøítku 1:1

Obr. 8. Fotografie desky demodulátoru livých skupin mùže být libovolné podle požadavkù provozovatele daného vysílání, skupiny typu 0 se vždy vysílají nejèastìji. Obsah jednotlivých bitù skupiny typu 0A je znázornìn na obr. 3. Skupina 0B se od skupiny 0A liší pouze tak, že v bloku C je vysílán PI kód místo AF a kontrolní slovo má odlišné ofsetové slovo C’. Tato skupina mùže být vysílána v pøípadì, že rozhlasová stanice má pouze jediný vysílaè a neexistují AF. Je dùležitá také v pøípadech, kdy je požadovaný co nejrychlejší pøístup ke kódu PI. Jeden každý bit pøenosu RDS musí být datovým procesorem zpracován nejdéle za 842 mikrosekund, odvysílání, resp. naètení jedné kompletní RDS skupiny 104 bitù trvá 87,56 ms.

Obvodová realizace dekodéru RDS byla uskuteènìna podle blokového schématu na obr. 4. Obsahuje demodulátor RDS s obvodem TDA7330A, desku procesoru 8051 s pamìtí programu EPROM a obvodem 8155 pro rozšíøení poètu V/V linek a desku s osmimístným alfanumerickým displejem složeným z osmi 16segmentových zobrazovaèù LED. Vstup demodulátoru RDS se pøipojuje na výstup pomìrového nebo koincidenèního detektoru libovolného pøijímaèe VKV. Výstupní nf napìtí od pøijímaèe má mít amplitudu alespoò 200 mV a demodulátor musí být pøipojen pøed nf deemfázi. Zapojení demo-

Obr. 9. Zapojení demodulátoru RDS s obvodem SAA6579. Pøesný kmitoèet oscilátoru závisí na zatìžovací kapacitì PKJ. Údaje jsou pøevzaty z katalogu pro PKJ s CL = 30 pF. Kmitoèet lze pøesnì doladit zmìnou kapacit kondenzátorù u krystalu

dulátoru je velmi jednoduché, integrovaná struktura obsahuje veškeré obvody nutné pro kvalitní demodulaci signálu RDS na subnosné 57 kHz. Zapojení je na obr. 5. Z výstupu je možné odebírat datový signál RDDA s pøíslušným hodinovým signálem RDCL. Na výstup QUAL je pøes tranzistor pøipojena LED, která pøi pøíjmu kvalitního signálu z pøijímaèe trvale svítí. Vývod QUAL je v integrovaném obvodu pøipojen na výstup dvoufázového dekodéru symbolù a pøi správné demodulaci je v úrovni log. 1. Na vývodu 15 IO1 je vyveden ještì signál ARI, který v dané aplikaci nemá žádné další využití. Zapojení obsahuje krystal 4,332 MHz. Zaøízení bylo odzkoušeno s krystalem od firmy Krystaly, a. s. Hradec Králové, pro objednávku je tøeba uvést požadavek na paralelní rezonanci s kapacitou CL = 20 pF. Z tohoto kmitoètu je dìlièem v IO odvozen bitový takt 1,1875 kHz a z podstaty vìci by mìl být tento kmitoèet co nejpøesnìjší. Proto byl do obvodu oscilátoru doplnìn ještì dolaïovací trimr 25 pF. V praktickém provozu zapojení se však ukázalo, že nastavení kmitoètu oscilátoru nemá výrazný vliv na funkci celého dekodéru, pouze pøi velmi slabém a znehodnoceném signálu pøi pøesném doladìní ponìkud poklesla chybovost pøenosu naètených dat. Napájení obvodu je 5 V, doporuèuji kvalitní filtraci napájecího napìtí elektrolytickým kondenzátorem, aby nebyla ovlivnìna správná funkce obvodu rušením od èíslicové èásti zaøízení. Pro tento obvod je navržena samostatná destièka.

Obr. 10. Èasový prùbìh signálù RDCL a RDDA na výstupu demodulátorù RDS. Data RDDA jsou platná vždy po zmìnì úrovnì signálu RDCL. Na obrázku je znázornìn fázový skok – skluz taktu, který se objeví pøi nekvalitním signálu na vstupu demodulátoru RDS

Praktická elektronika A Radio - 7/2000

S tunerem je nutné propojení stínìným kabelem, s deskou procesoru mùže být propojení kablíkem maximální délky asi 10 cm. Pøi delším propojení je vhodné doplnit rezistory 3,3 kΩ na linky RDDA a RDCL jako pull-up. Obvod demodulátoru byl odzkoušen ještì s obvodem SAA6579, tento IO je však dodáván pouze v provedení pro povrchovou montáž. Schéma zapojení je na obr. 9, funkce demodulátoru byla zcela totožná a bezchybná. Deska procesoru byla navržena jako modul pro univerzální použití na rùzné vývojové aplikace a øídicí obvody s mikroprocesorem. Základním prvkem je mikroprocesor øady 8051 (8031, 8751, AT89C51 apod.). K procesoru je pøipojena vnìjší pamì o velikosti 2 kB, vhodné zapojení propojek na desce umožòuje pøipojit pamìt až 32 kB. Dále je k procesoru pøipojen obvod 8155, který slouží k rozšíøení poètu výstupních, pøípadnì i vstupních linek. V našem pøípadì je k výstupùm pøipojen displej s osmi 16segmentovými znakovkami LED. Všechny obvody je vhodné osadit do precizních objímek. Obyèejné objímky ze zkušenosti nedoporuèuji, závada typu špatný kontakt na nìkterém vývodu IO se ve všech zapojeních podobného druhu hledá

velmi obtížnì. Použitelné vývody od mikroprocesoru a výstupy obvodu 8155 jsou pøivedeny na konektor FRB a na desce jsou ze strany spojù popsány ve smyslu jejich katalogového oznaèení. Obvod reset je složen z rezistoru 8,2 kΩ a kondenzátoru 20 µF. Pøi sestavování programù využívajících port 8155 je tøeba respektovat skuteènost, že i když je obvod reset spoleèný pro port i mikroprocesor, nemusí se resetovat oba IO ve stejný okamžik. Prahové napìtí pro pøeklopení hradel se Schmittovým klopným obvodem na vstupech obou IO se mùže lišit a tím mohou po spuštìní programu vzniknout nepochopitelné chyby. Napájení celé desky je 5 V, dovolená tolerance max. 5 %. Doba trvání úrovnì log. 1 na vstupu RST mikroprocesoru musí trvat nejménì 24 period oscilátoru, v této dobì je nastaven èítaè programu na hodnotu 0000H - poèáteèní stav, a dále jsou nastaveny nìkteré speciální registry mikroprocesoru do pøedem definovaného stavu, podrobnìji viz napø. [3]. Obvod 8155 - expander vstupù a výstupù - obsahuje statickou pamì RAM 256 x 8 bitù, 14bitový èasovaè a 22 vstupních nebo výstupních linek

Obr. 11. Deska mikroprocesoru µP8051

Praktická elektronika A Radio - 7/2000

(2 x 8 + 6 linek tvoøí porty PA0 až PA7, PB0 až PB7 a PC0 až PC5). Tento obvod byl pùvodnì urèen pro rozšiøování systémù s mikroprocesory øady 8048. Funkèní vlastnosti jsou však úplnì urèeny øídicím programem, takže obvod 8155 je možné pøipojit i k procesorùm øady 8051. K procesoru se pøipojuje pøes kanál DB0 až DB7, komunikuje se pomocí signálù RD a WR. Ve vztahu k mikroprocesoru se obvod 8155 chová jako vnìjší pamìt dat. Program mikroprocesoru musí nejprve vyslat a zapsat informaci o požadované funkci obvodu 8155 do jeho stavového registru, v druhém kroku se pak pøenesou data a zapíšou se do pøíslušných registrù obvodu 8155. Inicializace signálem reset po pøipojení napájecího napìtí nastaví porty PA, PB a PC do režimu funkce vstupù, zablokuje pøerušení od kanálù A a B, zablokuje èítaè a vynuluje pøíznak jeho pøeteèení. Obsah pamìti RAM a registrù èítaèe zùstane nezmìnìný. Dioda D1 pøipojená paralelnì k rezistoru 8,2 kΩ v obvodu reset pro oba IO slouží k rychlému vybití kondenzátoru pøi krátkém výpadku napájecího napìtí; zlepší se tím proces inicializace obou obvodù. Podrobnìjší popis obvodu 8155 je uveden v [3]. (Pokraèování pøíštì)

Univerzální modul 8051 a dekodér RDS pro pøíjímaèe FM

ším obvodùm 48pinovým konektorem FRB, všechny špièky jsou pájeny ze strany spojù. Propojky u pamìti programu je tøeba zapojit tak, aby odpovídaly použité pamìti podle velikosti (2 kB, 4 kB, 8 kB, 16 kB). V pøípadì, že by byl procesor provozován s vnitøní pamìtí programu, je nutné pøed zapájením objímky odškrábnout ze strany spojù mìï okolo špièky 31 a støedem objímky ji propojit pøes rezistor 2,2 kΩ na špièku 40 (+5 V). Budete-li požadovat opìtovné pøipojení vnìjší pamìti programu, staèí jednoduše uzemnit špièku 31, aniž se zkratuje napájení. Oznaèení kolíkù konektoru FRB je vyznaèeno pøímo na desce s plošnými spoji ze strany pájení. Tím je usnadnìna orientace pøi zapojování celého modulu ve všech aplikacích. Schéma zapojení celého modulu je na obr. 11 (v minulém èísle PE), rozmístìní souèástek je na obr. 12. Celý modul byl nazván „µP 8051“. Výpis øídicího programu je v tab. 1.

Ing. Jan Šedivý (Pokraèování) gramu je èasovì multiplexováno procesorem s daty na sbìrnici D0 až D7, zápis adresy do støadaèe je øízen signálem ALE, výbìr dat z pamìti programu je øízen signálem PSEN. Celý modul - procesorová deska je sestaven na oboustranné desce s plošnými spoji. Rozmìry jsou 79 x 143 mm, ze strany souèástek je vedeno jen nìkolik spojù, které nebylo možné realizovat zespodu. Pøed osazením objímky pro obvod 8155 je tøeba propájet 4 díry umístìné pod tímto obvodem, po osazení objímky k nim již není pøístup. Celá deska je pøipojena k dal-

Mikroprocesor je èasován krystalovým oscilátorem 12 MHz. Krystal mùže být libovolného typu pro základní rezonanci 12 000 kHz. Pokud není ve vztahu k použití celé procesorové jednotky požadována definovaná pøesnost trvání strojových cyklù mikroprocesoru, pak nezáleží na typu rezonance (sériová nebo paralelní). Pøi použití krystalu 12 MHz je doba trvání jednoho cyklu mikroprocesoru pøesnì 1 mikrosekunda. Obvod 8282 je osminásobný støadaè - budiè sbìrnice a slouží k zachycení adresy pro pamì programu. Prvních 8 adres pro pamì proTab. 1. Výpis øídicího programu

byte 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F 000 010 020 030 040 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 1A0 1B0 1C0 1D0 1E0 1F0 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 2A0 2B0 2C0 2D0 2E0 2F0 300

00 00 C2 4E 75 FF 33 54 50 A3 18 32 78 00 7C B8 33 7F 11 E7 20 0C 03 BC B4 21 49 33 72 D2 32 57 90 0D 41 D2 0A 21

01 01 00 75 47 FF F6 FF 0E A3 E6 89 30 00 41 03 7E 21 2E 40 B1 BC 0B 34 00 70 41 71 D2 00 FF FF 00 41 D5 0B 41 1A

0E 16 11 42 44 FF 08 F9 E4 DF 13 30 B6 00 A2 1E E5 99 75 B2 0B 69 00 1A 49 BC 7C D2 0E 7D FF C2 00 C6 85 41 F6 85

D2 FF 2E 4F 75 FF DF 90 93 E9 F5 EA 5C 00 41 E5 32 20 34 54 90 02 61 78 85 68 FF 0F 41 00 FF 01 32 85 32 E7 85 71

90 FF 79 75 48 75 FA 05 6A DB 32 54 11 41 00 33 B5 02 FF 40 04 7C 96 30 32 67 FF 41 78 00 FF 7D B8 33 7B 85 32 41

71 FF 41 43 53 D0 E4 00 FA E2 EB 03 08 7C 7F B5 7F 0C 05 F8 00 01 FF B6 2A 78 FF 69 85 00 FF 00 01 7A B8 33 7D 85

60 75 75 2E 22 10 FA 7B A3 78 13 F5 B6 78 00 7E 07 E5 34 E5 EF BC FF D4 85 30 FF 85 32 00 FF C2 1E E5 02 7C 21 72

00 21 88 75

00 00 01 44

21 01 75 2E

C3 1E A8 75

FF FF 81 45

FF FF 01 2E

FF FF 26 75

75 C2 75 46

34 01 41 52

A2 F9 02 E4 2F E5 31 02 30 21 07 85 34 21 32 93 1A 93 7A 33 B6 B4 33 79 00 FF 00 E5 32 20 E5 99 42

B4 E5 7F 93 E6 33 20 0D B6 EE 85 32 B4 04 03 F6 17 F6 08 2B 58 00 70 41 00 FF 00 33 B5 E5 32 21 85

00 2F 08 69 13 13 00 00 CC 20 33 78 EE E5 03 08 78 41 B6 D2 58 1E E5 B4 D2 FF 00 B5 7B 33 B5 A0 73

7F 54 18 F9 FB F5 28 00 06 B1 77 D2 0A 33 54 A3 30 7C 03 01 08 E5 32 FF 02 E5 00 7A 07 B5 7D 30 43

04 03 E6 A3 18 33 0D 00 08 02 D2 08 E4 00 38 B8 B6 00 76 61 B6 33 B5 FF 75 2A 00 07 85 7C 07 B5 85

78 FA FE DF E6 E5 00 00 B6 41 09 21 F5 00 48 49 D8 00 E5 88 02 B5 79 00 D0 54 75 85 32 07 85 1D 74

2C 78 EE EF 13 32 00 00 03 7C 21 99 21 03 FF F8 0F 41 33 BC 54 70 07 00 00 03 D0 33 74 85 32 E4 44

00 2E 33 21 F5 13 61 00 02 41 B2 85 D2 03 78 41 08 A2 54 4E 10 07 85 C2 C2 F8 00 73 D2 33 76 F4 85

E6 E6 FE 44 33 F5 20 00 41 FA 85 32 91 A2 41 7C B6 00 F0 02 01 85 32 B0 90 41 C2 D2 0C 75 D2 B5 75

310 320 330 340 350 360 370 380 390 3A0 3B0 3C0 3D0 3E0 3F0 400 410 420 430 440 450 460 470

45 BA 7C 07 00 90 93 09 5A 61 B4 7C 20 F6 30 4E 41 53 44 56 50 4D 43

85 03 34 B9 41 00 78 B9 B3 A5 85 90 08 08 31 4F 46 50 52 45 4F 2E 4C

76 07 61 CC 80 00 01 49 92 85 32 03 E5 E5 32 2E 46 4F 41 44 50 4F 41

46 B9 51 04 BD 74 F2 02 92 33 60 F0 63 62 33 2E 41 52 4D 41 20 2E 53

Alfanumerický displej K zobrazení osmi alfanumerických znakù byl navržen osmimístný displej složený ze šestnáctisegmentových zobrazovaèù v multiplexovaném zapo85 D8 BA 7C 1B 0F 90 79 21 61 20 78 54 54 34 2E 49 54 41 20 4D 52 53

77 04 02 4E 06 F0 07 41 D9 E5 B5 41 F0 F0 35 50 52 20 20 20 55 2E 49

47 7C 07 61 D2 90 00 22 E5 32 03 76 C4 C4 36 54 53 20 20 20 53 4D 43

85 1A B9 51 B0 06 E7 00 33 B5 10 50 93 93 37 59 20 20 20 20 2E 2E 53

78 61 5C BA 7D 00 54 A2 B5 60 06 08 F6 F6 38 4E 49 45 43 56 52 4C 4F

48 51 04 02 00 78 7F 5A 61 07 02 76 08 08 39 45 4E 44 55 41 4F 49 54

41 BA 7C 08 C2 03 93 B3 07 85 41 49 E5 E5 41 57 46 55 4C 52 43 47 48

7C 03 4E B9 02 E4 08 92 85 32 7C 08 63 62 42 53 4F 4B 54 49 4B 48 45

11 07 61 58 41 F2 F2 91 33 62 10 76 00 54 43 20 20 41 55 45 20 54 52

2E B9 51 05 AC E7 08 A2 63 D2 07 3D 54 0F 44 20 20 54 52 44 4D 20 20

41 D4 BA 7C FF 54 E9 54 D2 06 02 08 0F 41 45 20 20 45 45 20 2E 4D 4D

7C 04 03 68 FF 7F F2 82 07 61 41 76 93 17 46 20 20 20 20 20 20 2E 2E

500 02 DC 01 6E 00 B7 02 87 03 9F 03 13 03 55 03 76 510 01 BB 02 01 03 DC 01 EE 00 F7 02 A7 03 8F 03 1B 620 630 640 650 660 670

FF 52 32 FA F3 FA

BF F1 F2 42 F2 42

FB 5A 12 EC 12 EC

17 52 5E 56 5E 56

53 F3 12 BE 12 BE

34 56 5E 53 5E 53

8D 56 FE FD FE FD

FD F2 56 E3 56 E3

DE 52 F3 ED F3 ED

73 52 1E BD 1E BD

AD DF 53 5C 53 5C

BF FF ED DE ED BF

FF ED 5F EF 5F BF

FF 5F F1 73 F1 BF

DF FF E3 FF E3 FE

FD FE 52 5F 52 FF

720 730 740 750 760 770

FF 76 66 26 77 26

FD FF 26 76 26 76

FD 2E EC 36 EC 36

AD AE 76 A6 76 A6

27 A7 FC FC FC FC

85 A6 36 77 36 77

3F 26 36 57 36 57

FF FE 66 57 66 57

77 26 27 DB 27 DB

FE A6 FC FB FC FB

89 BF 7E DE 7E DE

AD 9F 37 77 37 FD

DF FF 77 FB 77 FD

AF AF 73 FE 73 FD

FF DB 73 AF 73 FE

DF 3D 76 FF 76 FF

Na adresách,které nejsou v tabulce vyznaèeny, je pamì programu prázdná,hodnota byte je FF. © ŠEDIVÝ 2000

Praktická elektronika A Radio - 8/2000

Obr. 12. Osazení souèástek na desce mikroprocesoru

Obr. 13. Deska s plošnými spoji mikroprocesoru v mìøítku 1:1. Nahoøe ze strany spojù, dole ze strany souèástek

Praktická elektronika A Radio - 8/2000

jení. Autor mìl k dispozici zobrazovaèe typu VQB200 ze starších zásob. Je možné použít i jiné typy, patrnì však bude nutné upravit desku, na které je displej osazen. Zobrazovaèe mají spoleènou katodu. Celý displej je sestaven jako jeden modul na dvou deskách, které jsou navzájem mechanicky spojeny distanèními sloupky o délce 16 mm. Na horní desce jsou umístìny pouze zobrazovaèe a dvì signalizaèní LED, na spodní desce jsou pomocné obvody pro realizaci multiplexu. Na samostatné desce je ještì ochranný obvod (viz dále). Schéma obvodù zobrazovaèe je uvedeno na obr. 15. Výbìr pozice je Obr. 14. Fotografie desky øídicího mikropoèítaèe Obr. 15. Schéma obvodù zobrazovaèe (a, b), dekódování poøadí a rozmístìní segmentù displeje (c) a indikaèní LED (d)

urèen nastavením adresy na vstupu dekodéru 1 z 10 obvodu IO3 74LS42. Na jednom z výstupù 0 až 9 je vždy log. 0. Výstupy dekodéru pozice jsou invertovány hradly IO1 a IO2 a pøes rezistory 100 Ω jsou buzeny báze tranzistorù T1 až T8. Tyto tranzistory spínají jednotlivé katody zobrazovaèù. Každý zobrazovaè má celkem 16 segmentù, tedy 16 anod. Anody shodných segmentù všech pozic jsou spojeny na desce zobrazovaèù paralelnì. Z dùvodù programování a usnadnìní orientace pøi zapojování jsou segmenty rozdìleny na dvì skupiny po osmi: A0 až A7 a B0 až B7. Jednotlivé segmenty obou skupin jsou pøes tranzistory T10 až T17 a T20 až T27 rozsvìcovány logickou nulou na pøíslušném portu PA a PB obvodu 8155 z desky procesoru. Definice oznaèení jednotlivých segmentù pøi pohledu na zobrazovaè zepøedu znakem nahoru je zøejmá z obr. 15c. Této definici musí odpovídat pøi-

Praktická elektronika A Radio - 8/2000

Obr. 16. Osazení souèástek na obou deskách displeje

Obr. 17 a 18. Desky s plošnými spoji displeje v mìøítku 1:1 pojení všech 16 vodièù k obvodu 8155. Rezistory R100 až R107 a R200 až R207 jsou umístìny mezi obìma deskami konstrukce displeje. Portu PA0 odpovídá segment A0, PA1 - A1, ........ PB0 - B0 atd. Jakékoliv jiné zapojení povede k zobrazení nesmyslných znakù. Na tuto definici pøiøazení segmentù je v programu zapsána kódovací tabulka znakù velké latinské abecedy, èíslic 0 až 9 a nìkterých dalších znakù. Pøiøazení odpovídá èásti tabulky ASCII v [1], malá písmena jsou zobrazována jako velká. Rozsvícení pøíslušné pozice displeje je urèeno stavem na portu PC obvodu 8155. Pozice 1, resp. katoda 1 je definována jako znak na displeji nejví-

Obr. 19. Fotografie sestaveného displeje ce vlevo pøi pohledu na displej zepøedu a zobrazovanými znaky nahoru. Adresa je v kódu BCD, využité jsou kombi-

Praktická elektronika A Radio - 8/2000

nace 1 až 8, èíslu 0 je pøiøazen stav „nesvítí“. (Dokonèení pøíštì)

Univerzální modul 8051 a dekodér RDS pro pøíjímaèe FM

Pro správný návrh multiplexního zapojení jsou dùležité tyto zásady: Srážecí rezistory u všech segmentù navrhujeme tak, aby nebyl pøekroèen tzv. špièkový proud jednotlivým segmentem. Ten je uvádìn v katalogu spolu s pøíslušným èasem, po který mùže nejdéle segmentem téci. Tento èas je také nejdelším možným èasem, po který trvá obsluha jednoho místa displeje. Na vhodné proudy je tøeba také dimenzovat tranzistory, které spínají jak

Ing. Jan Šedivý (Dokonèení) Souèástí displeje je ještì deska s ochranným obvodem, který zamezí znièení zobrazovaèù pøi výpadku strobování displeje. K problému realizace a provozu displeje v multiplexovaném režimu uvedu ještì trochu teorie, nebo návrhy podobných zapojení bývají velmi èasto nesprávné. Uvažujme navržené zapojení osmimístného displeje. Jednotlivé pozice jsou rozsvìcovány postupnì v èase tak, že vždy svítí pouze jedna znakovka. Je-li celkový èas, za který se postupnì rozsvítí všechny pozice, dostateènì krátký (ménì než asi 50 ms), je to vlivem setrvaènosti lidského oka vnímáno, jakoby svítil celý displej trvale. Definujme T = 8t, kde T je souèet všech osmi dob t, ve kterých právì svítí jedna pozice dipleje v jednom cyklu strobování všech pozic. Dále definujme proud I jako støední proud trvale rozsvíceného jednoho segmentu znakovky. Je zøejmé, že máli segment svítit trvale po dobu T daným svìtelným výkonem, pak pøes nìj musí procházet statický proud I. Jestliže nyní bude uvedený segment souèástí osmimístného multiplexu, bude svítit pouze po dobu T/8. Bude-li pøes nìj stále procházet pouze proud I, bude celkový svìtelný výkon za dobu T pouze 1/8 pùvodního výkonu v režimu, kdy segment svítil trvale po celou dobu T. Lidské oko tedy bude vnímat asi 8x menší jas tohoto segmentu. Celkový støední proud I s tohoto segmentu v multiplexovaném režimu pak bude pouze 1/8. Z úvahy je zøejmé, že je nutné 8x zvìtšit proud tímto segmentem v dobì T/8, kdy je právì rozsvícen. Z úvahy vyplývá, že špièkový proud procházející segmentem v daném multiplexovaném režimu musí být Išp = 8 x I, kde I je jmenovitý statický proud segmentem. Ten je uvádìn v katalogu. Je jasné, že velikost tohoto proudu nìkolikanásobnì pøekraèuje maximální statický dovolený proud pøes daný segment. V pøípadì jakékoliv poruchy strobování displeje, kdy zùstane trvale svítit pouze jedna pozice, se znakovka znièí pøekroèením mezního dovoleného proudu. V zapojení, u nìhož je multiplex realizován mikroprocesorem a programem, se to mùže stát, pokud program „vypadne“ nebo se zacyklí pøi odlaïování apod.

Obr. 20. Ochranný obvod displeje

Obr. 21. Osazení souèástek na desce ochranného obvodu

Obr. 22. Deska s plošnými spoji ochranného obvodu displeje v mìøítku 1:1

Obr. 23. Fotografie desky ochranného obvodu displeje

Praktická elektronika A Radio - 9/2000

segmenty, tak i spoleèné katody jednotlivých znakovek. Pro ilustraci uvádím konkrétní údaje v této konstrukci: Støední proud jednoho segmentu je 10 mA, diplej má 8 míst, špièkový proud musí být 80 mA. Na tento proud musí být dimenzovány tranzistory T10 až T17 a T20 až T27. Bude-li souèasnì rozsvíceno všech 16 segmentù jedné znakovky, pak bude špièkový proud spoleèné katody každé znakovky 1,28 A! Na tento proud musí být dimenzovány tranzistory T1 až T8 a tomu musí odpovídat také pøíslušné budicí proudy v bázích tranzistorù! Strobovací kmitoèet displeje je odvozen od signálu RDCL z demodulátoru RDS, obsluha jedné pozice trvá 0,842 ms. Impulsní proudy na desce displeje jsou znaèné. Z tohoto dùvodu je nutné také kvalitní blokování napájecího napìtí elektrolytickým kondenzátorem pøímo u displeje, aby nebyly impulsními proudy zatìžovány pøívodní vodièe a nebyly tak rušeny jiné obvody. Ochranný obvod je uveden na obr. 20. Je realizován monostabilním obvodem 74123. Ten je spouštìn impulsy signálu PC0 adresace pozice. Doba periody obvodu 74123 je nastavena asi na 2 ms. Je-li obvod pøed uplynutím této doby znovu spuštìn signálem PC0, je na výstupu Q trvale log. nula. Pøes hradlo 74ALS00 a tranzistory KC635 a BC313 je na displej pøipojeno napájecí napìtí +5 V DIS. V pøípadì výpadku strobovacího signálu na portu PC je displej ihned odpojen od napájení a tím je chránìn proti znièení. Odbìr celé sestavy popisovaného RDS dekodéru je asi 700 až 900 mA, záleží na tom, co je zobrazeno na displeji.

Sestavení a oživení Procesorovou desku propojíme s modulem displeje ohebnými páskovými vodièi. Napájení +5 V od desky ochranného obvodu je vhodné pøivést samostatným vodièem ke zdroji +5 V. Všechny zemì propojíme navzájem silnìjším ohebným vodièem. Na desce displeje je tøeba dbát správného zapojení segmentù. Zem desky demodulátoru RDS propojíme se zemí proceso-

Obr. 24. Pøíklad využití signálu „dopravní hláška“

rové desky vodièem nejvýše 10 cm dlouhým. Propojíme signály RDDA a RDCL. Tlaèítka RESET, PI a PTY pøipojíme na pøíslušné porty desky mikroprocesoru podle blokového schématu. Pøed osazováním jednotlivých desek, zejména modulu procesoru je vhodné peèlivì zkontrolovat plošné spoje, napøíklad ohmmetrem pøi vyjmutých IO. Vstup ochranného obvodu provizornì pøipojíme na vývod PC3, kde je pomalejší prùbìh impulsù. Napájení +5 V DIS zatím nepøipojujeme, kolektor tranzistoru BC313 spojíme na kostru pøes rezistor asi 220 Ω. Na vstup demodulátoru RDS pøipojíme asi 0,5 m stínìného, nejlépe mikrofonního ohebného kablíku. Vstup pøipojíme na detektor tuneru VKV pøed èlen RC deemfáze. Na sestavu pøipojíme napájení 5 V. Osciloskopem zkontrolujeme prùbìh signálu RDCL. Ten je generován nepøetržitì, bez ohledu na to, zda je èi není na tuneru VKV pøijímán nìjaký signál. Perioda pravoúhlých impulsù je 842 mikrosekund. Na lince RDDA bude nedefinovaný pravoúhlý prùbìh log. jednièek a nul. Na kolektoru tranzistoru BC313 v ochranném obvodu musí být pravoúhlé impulsy 5 V, jejichž šíøka je asi 2 ms. Pokud je výraznì odlišná, je tøeba upravit odpor rezistoru R4 nebo kapacitu kondenzátoru C3 u obvodu 74121. Pøi stisknutí tlaèítka RESET musí prùbìh zmizet a napìtí je nulové. Pøipojíme vstup obvodu 74123 zpìt na port PC0. Je-li vše v poøádku, bude na kolektoru tranzistoru trvale napìtí 5 V, pokud bìží procesor. Pøi resetu nebo pøi odpojení signálu RDCL se musí napìtí zmenšit k nule. Osciloskopem ještì zkontrolujeme prùbìhy na PC0 až PC3. Musí zde být signál obdélníkového prùbìhu, postupnì vždy s dvojnásobnou periodou (PC0 = 1,684 ms, PC1 = 3,36 ms atd.). Odpojíme rezistor 220 Ω a displej pøipojíme na kolektor T1 (BC313) pøes rezistor 47 Ω. Pøipojíme napájení. Po stisknutí tlaèítka RESET se na displeji vypíše „NO...RDS“, pokud není naladìn tuner. Na tuneru naladíme nìkterou stanici, která vysílá RDS, napø. Radiožurnál. Je-li vše v poøádku, displej vypíše „CR 1“. Pokud je vše v poøádku a zaøízení funguje, odstraníme rezistor 47 Ω pøed displejem. Displej bude svítit normálním jasem. Mìla by svítit dioda „synchro“ pøipojená na P30. Ta signalizuje, že datový procesor je zasynchronizovaný, dále svítí dioda na portu P11 = TP. Ta signalizuje, že na naladìném programu jsou obvykle vysílána dopravní hlášení. Dioda „dopravní hláška“ se musí rozsvítit pouze po dobu, po kterou je právì vysíláno dopravní hlášení. Tehdy platí nastavení bitù TA = TP = 1. Serióznì lze tuto funkci ovìøit pøi pøíjmu programu Radiožurnál ÈR 1 každý den v 9, 13 a 19 hodin po zprávách. Po dobu vysílání Zelené vlny LED svítí, hlášky v jinou dobu jsou nepravidelné, podle aktuální situace v dopravì.

Praktická elektronika A Radio - 9/2000

Pøi zasynchronizovaném datovém procesoru lze èítaèem ovìøit pøesnost nastavení krystalového oscilátoru v demodulátoru RDS, pøípadnì doladit správný kmitoèet trimrem C7 (25 pF). Pokud není k dispozici pøesný èítaè, je možné kmitoèet porovnat s kmitoètem 19 kHz z fázového závìsu stereofonního dekodéru tuneru. Je to pøesnì 1/3 kmitoètu subnosné 57 kHz. Nyní odladíme tuner mimo stanici. Do jedné sekundy se na displeji vypíše informace „NO...RDS“ a zhasnou všechny LED. Po opìtovném naladìní stanice se vypíše celý kód PS - název stanice. Je-li signál pøijímané stanice nekvalitní nebo slabý, kód PS se nevypíše a dioda synchronizace bliká nebo se rozsvítí na krátkou dobu vždy, kdy je krátce signál zasynchronizován. Kód PS se mùže vypsat obèas, program je napsán tak, aby se název stanice PS vypsal kompletní, najednou všechny znaky a správnì, a to až po druhém správném naètení všech segmentù PS. Zamezí se tím indikaci neúplných nebo zkomolených názvù stanic pøi špatných pøíjmových podmínkách. Po uzemnìní špièky P31 se na displeji vypíše kód PTY dané stanice. U ÈR 1 je to „NEWS“, stanice Impuls má napø. kód PTY „POP MUS“. Uzemnìním špièky P35 se na displeji vypíše kód PI vysílání v hexadecimálním tvaru. Pro ÈR 1 se vypíše „PI = 232F“, Impuls má „PI = 2203“, stanice ÈR 3 Vltava má kod PI 232D a kód PTY CULTURE. Øídicí program obsahuje necelé 2 kB programu ve strojovém kódu mikroprocesoru 8051. Obsahuje datový procesor, který naète a vyhodnotí datovou sekvenci z demodulátoru RDS, dále obsahuje synchronizaèní procesor, který zajistí synchronizaci blokù a skupin, dále obsahuje èást pro zpracování a vyhodnocení dat skupin 0A a 0B a program pro ovládání displeje s tabulkou zabrazení znakù. Kódy PTY jsou definovány podle [1], pokud nìjaká stanice kód PTY nevysílá, vypíše se údaj „NO...PTY“, stejnì jako vždy, pokud data PTY nejsou pøidìlena podle uvedené normy. Na vývodu 4 obvodu TDA7330, resp. na vývodu 8 obvodu SAA6579 je možné pozorovat osciloskopem prùbìh jednotlivých symbolù modulace subnosné 57 kHz tak, jak je znázornìno na obr. 1. Na tìchto špièkách je výstup zesilovaèe a filtru RDS signálu 57 kHz. K synchronizaci osciloskopu použijeme signál RDCL. Program byl navržen výhradnì za úèelem ovìøení realizace základního zpracování dat systému RDS. Na stránkách AR byl popsán nespoèet rùzných pøijímaèù VKV, frekvenèních syntezátorù a jiných doplòkù, dekodér RDS však ještì nikdy nebyl realizován. Program je navržen tak, aby ve spojení s libovolným tunerem VKV zobrazoval uvedené funkce RDS. Výstup dopravní hláška je možné použít

>

>

v zapojení podle obr. 24. Chceme-li slyšet nepravidelnì vysílaná dopravní hlášení v dobì, kdy posloucháme signál z magnetofonu nebo CD pøehrávaèe, je možné pøepnout na vstup zesilovaèe signál z tuneru pomocí relé. Nf signály musí být oddìleny kondenzátorem, rezistory 470 kΩ slouží k vyrovnání stejnosmìrné složky signálu. Tím je zcela zamezeno vzniku nepøíjemného lupnutí pøi pøepnutí vstupu zesilovaèe. Zapojení pøedpokládá vstupní odpor zesilovaèe alespoò 150 kΩ. Dopravní hláška Zelená vlna na programu CR 1 je vysílána tak, že pøed znìlkou je nastaven bit TA, který sepne P12 na úroveò log. 0. Zaøízení reprodukuje celou znìlku, pøíslušné hlášení a teprve po ukonèení druhou znìlkou je na vysílaèi bit TA vynulován a P12 pøejde zpìt na log.1. Bit P12 není programem mazán v pøípadì výpadku signálu pøi špatných pøíjmových podmínkách. Dopravní hláška je vynulována až pøi kterémkoliv následném vyhodnocení bitu TA v bloku B jako nula. Je tím zamezeno reprodukci neúplných hlášení o dopravì pøi špatném signálu RDS. Zaøízení bylo sestaveno a odzkoušeno se souèástkami uvedenými ve schématu, vìtšinu tìchto souèástek mìl autor k dispozici ze starších zásob. Jsou však i nyní nabízeny v placené inzerci PE a AR. Problémem mùže být získání šestnáctisegmentových znakovek z výroby bývalé NDR. Je možné použít znakovky podobné (ty nabízí firma GM electronic), mají však jiné zapojení pøívodù. Po vyhodnocení zájmu ètenáøù o uvedenou konstrukci mùže být navržen program pro zobrazení na maticovém displeji LCD. Uvedená konstrukce je vhodná jako doplnìk pro rùzné stolní pøijímaèe a tunery. Není nutné, aby tuner byl ladìn frekvenèní syntézou. Vf obvody však musí splòovat podmínky fázové vìrnosti a šíøky pásma pro pøenos stereofonního signálu, i když samotný pøijímaè mùže být i monofonní. Pøi koneèné realizaci je vhodné volit co nejkratší vedení k displeji, protože multiplexovaný displej vytváøí urèité vf rušení do bezprostøedního okolí. Procesorovou desku je vhodné stínit plechovým krytem. Pamì s programem je možné získat na základì písemné objednávky na adrese autora: Ing. Jan Šedivý, Sládkovièova 11, 142 00 Praha 4. Pøípadné pøipomínky nebo dotazy volejte na tel. 02/4725579. Výroba zaøízení ani jeho èásti za úplatu není dovolena bez písemného souhlasu autora. Cena naprogramované pamìti je 250 Kè, k cenì bude pøipoèteno poštovné.

C2 C3 C4, C5 C6 C7 C8 T1 IO1 PKJ

D1

100 nF/12 V, keramický 270 pF, keramický 10 nF, keramický 27 pF, keramický 25 pF, trimr 15 pF, keramický KC507, KC237, KC238 apod. TDA7330A Krystal 4,332 MHz pro paralelní rezonanci s CL = 20 pF (dodává na objednávku firma Krystaly a.s. Hradec Králové) LED, libovolná

2) Deska procesoru µP 8051 R1 až R8 C1 až C3

8,2 kΩ 100 nF, keramický, napø. TK 782 C4 100 µF, axiální el., napø. TF 009 apod. C5, C6 33 pF, keramický C7 470 µF/10 V, el. radiální C8 20 µF/15 V, el. axiální PKJ Krystal 12000 kHz pro základní rezonanci D1 KA 206, KA 207 apod. IO1 80C31 nebo 80C51 IO2 MHB8155 (81C55) IO3 MHB8282 IO4 2716 nebo 2764, 27256, K573RF5 apod., pøípadnì EEPROM 28C64 apod. (pamì programu) konektory FRB TX 516 48 11 TY 515 48 11 objímky na IO precizní 2 ks 40 pinù objímka na pamì dle typu IO - preciz. deska s plošnými spoji oboustranná podle výkresu (možno objednat u firmy „SPOJ“) 3) Modul displeje R01 až R08 100 Ω R10 až R17 1 kΩ R21 až R27 1 kΩ R101 až R107 33 Ω R201 až R207 33 Ω R300, R301 220 Ω C1, C3, C4 100 nF, keramický (TK 782) C2 220 µF/10 V, el. radiální IO1, IO2 MH74ALS04 IO3 74LS42

T1 až T8 T10 až T17 T20 až T27 zobrazovací

KC635 KC636 KC636 znakovka 16 segmentù VQB200E nebo VQB200D, 8 ks libovolná LED, 2 ks distanèní sloupek M3 x 16 mm, 4 ks desky s plošnými spoji podle výkresu 4) Ochranný obvod pro displej R1 R2 R3 R4 R5 C1, C4 C2 C3 IO1 IO2 D1 T1 T2

1 kΩ 68 Ω 180 Ω 15 kΩ 2,2 kΩ 100 µF/10 V, el. radiální 100 nF/12 V, keramický 470 nF/100 V, svitkový TC 205 MH74ALS00 UCY74123 KA206, KA207 apod. BC313 nebo jiný univerzální tranzistor p-n-p s Ic=1 A KC635

5) Souèástky mimo desky LED 1 ks - dopravní hláška rezistor 220 Ω plochý ohebný spojovací vodiè osmipramenný asi 70 cm stínìný vodiè tlaèítko libovolné 3 ks

Literatura [1] EN 50067. Specification of the radio data system (RDS). December 1990. [2] Dvojkový cyklický kód a mikroprocesor MHB 8080A. Sdìlovací technika 2/1985. [3] Èíslicové integrované obvody - konstrukèní katalog TESLA Eltos 1990. [4] Ovládání zobrazovaèe a klávesnice jednoèipovým mikropoèítaèem MHB8048. AR 10/1989. [5] Radio data system demodulator RDS SAA 6579. Katalogový list Philips 1994. [6] Single Chip RDS Demodulator + filter TDA7330A, B. Katalogový list SGS THOMSON.

Seznam souèástek 1) Demodulátor (obr. 5) R1 R2 R3 C1

1 kΩ 330 Ω 2,2 MΩ 100 µF/10 V, radiální

Obr. 25. Pohled na displej dekodéru RDS

Praktická elektronika A Radio - 9/2000