Systém řízení transceiverů Automatický telegrafní klíč Vratislav MICHAL, student 2.st 1.r magisterského studia, zpracováno na UTEE FEKT, školitel: Doc. Ing. Jiří SEDLÁČEK, CSc.
1. ÚVOD V radioamatérském provozu je stále běžně využíván pro spojení telegrafní provoz. Základním problémem telegrafního provozu je převod přenášené informace (určité zprávy či sdělení) do telegrafní abecedy. K tomu se používají v zásadě dvě skupiny telegrafních klíčů – mechanické nebo elektronické.
1
Mechanické telegrafní klíče jsou nejstaršími prvky používanými pro generování klíčovacích signálů. Byly používány od dob jiskrové telegrafie až do nástupu číslicové techniky. Dnes mají stěžejní význam při výcviku telegrafistů. Jedná se v podstatě o vhodně upravený mechanický kontakt (tlačítko) , jehož stiskem přímo klíčujeme vysílač. Veškeré časování je závislé na operátorovi a jeho provozní zručnosti. Elektronické telegrafní klíče využívají pro generování telegrafních znaků elektronické obvody. Umožňují generování přesných sekvencí znaků telegrafní abecedy a tím zvyšují čitelnost a rychlost klíčování. Mechanická část klíče je realizována jako soustava dvou kontaktů ovládaných jedním či dvěma rameny. Po stisku jednoho či druhého kontaktu generuje elektronická část klíče periodicky telegrafní značky, jejichž časování je dáno nastavením elektroniky klíče. V radioamatérském provozu je automatický klíč prostředkem ke zefektivňování a zkvalitnění provozu na CW. Jeho použití výrazně snižuje únavu oproti používání ručních klíčů, zvyšuje provozní rychlost a zvyšuje čitelnost. Z praktických zkušeností i soudobých požadavků radioamatérského provozu vychází předložený projekt univerzálního systému řízení transceiveru . Cílem projektu je návrh a realizace univerzálního systému řízení běžně používaných radioamatérských stanic, který by spojoval funkci široce nastavitelného automatického telegrafního klíče s dalšími řídícími a kontrolními funkcemi umožňujícími zjednodušení a usnadnění obsluhy zařízení zejména při radioamatérských závodech.
2. TEORETICKÝ ROZBOR Zapojení univerzálního řídícího systému do přenosovém řetězci ukazuje obr.1. Navrhovaný systém řízení lze rozdělit na tyto bloky:
- automatický telegrafní klíč Tato část systému obstarává vlastní generování telegrafních signálů. Chod generátoru (jeho vlastnost – rychlost, časování režimy klíčování atd.) se řídí výstupy ze souboru nastavovacích položek menu, především timing a setup (viz dále). Transceiver je vhodnou posloupností impulsů klíčován a generuje telegrafní značky. Jako norma této posloupnosti pro radiový provoz se užívá norma PARIS (obr.2). Vezmeme-li jedno políčko jako elementární časovou jednotku, pak délka této jednotky odpovídá délce tečky a délce mezery mezi značkami (čárkou,tečkou).
2
Tři jednotky odpovídají čárce a mezeře mezi jednotlivými skupinami (písmeny) a 3+4 jednotky potom mezeře mezi slovy. Nastavením generátoru můžeme v souladu s uvedenou normou generovat telegrafní znaky s jednotně definovanou rychlostí.
3
- centrum pro práci s pamětí Paměť, kterou disponuje telegrafní klíč je rozdělena do tří částí: • Paměť RAM obsažená v řídícím mikroprocesoru, využívaná jako vnitřní systémové registry • Externí paměť EEPROM obsahující aktuální nastavení všech parametrů telegrafního klíče • Externí paměť RAM/EEPROM obsahující přednastavené či odvysílané relace (zprávy) a údaje o nich. Dále tato část obsahuje algoritmy pro ovládání režimů paměti (čtení zápis defragmentace atd.) a jejich propojení z¨uživatelem pomocí nabídky menu memory či přímo z klávesnice. - obvody autonomních hodin Tj. samostatný, na procesoru nezávislý hodinový obvod. - systém sledování napájení – interní voltmetry - I/O obvody a napěťové ochrany vstupů a výstupů - vizualizace – displej Na displeji jsou vypisovány nejdůležitější aktuální stavy automatu, např. odvysílaná relace, údaj o přehrávané paměti, čas, napětí atd. Tato část také zajišťuje dekódování telegrafních signálů do formy vhodné pro uložení do paměti a zobrazení na displeji.
3. NÁVRH OBVODOVÉHO ŘEŠENÍ Vzhledem k požadavkům a rozsahu řízení bylo zvoleno centrální řízení univerzálního systému mikroprocesorem. Na základě požadavků na paměť, I/O obvody a flexibilitu při vývoji a aplikaci softwaru byl zvolen procesor z jádrem
4
Intel 51 s pamětí flash EEPROM 8/16kB typu AT89c52 (viz obr.3). Hardwarová koncepce je postavena na využití duplexního sériového kanálu typu I2C. Tímto rozhraním bude probíhat komunikace mezi řídícím procesorem a některými periferními obvody - pamětí EEPROM 24LC08, obvodem RAM/CLOCK PCF 8583 a obvodem AD/DA PCF 8591. Dále bude tato sběrnice přístupná z vnějšku a pro čtení a nastavování aktuálního stavu automatu. K automatu bude připojena maticová klávesnice 3*4 kláves a LCD maticový displej 16 znaků x 2 řádky. Citlivé obvody výstupů jsou chráněny oddělovacími optočleny, příp. systémem rezistorů, kondenzátorů a zenerových diod. Obvod musí mít jediné napájení a přijatelný odběr pro případný bateriový provoz.
4. POPIS ROZHRANÍ I2C Jedná se o sériové synchronní rozhraní navržené firmou PHILIPS pro použití v TV přijímačích. Pro svou univerzálnost se rychle rozšířilo i mimo cílový rámec TV obvodů a zaujalo spolu se sběrnicemi SPI a 3-Wire bus čelní místo v sériových systémových sběrnicích. Komunikace probíhá po dvou vodičích: SDA - Seriál Data SCL - Seriál Clock.
Z této vlastnosti rozhraní plyne omezení v možnosti pouze simplexního (jednosměrného) provozu. Provoz na sběrnici je stanoven protokolem typu M-S (Master-Slave). Je-li sběrnice volná (SDA,SCL v log.1) a nastane li požadavek na zahájeni komunikace, vyšle master inicializační bit – tzv. start bit (obr.4). Tento bit je jedinečný v tom, že zde nastane korektní změna logické úrovně hodinového signálu (SCL) v aktivní části impulsu SCL. Tento jedinečný stav vyhodnotí obvody vždy stejně a to tak, že přejdou na inicializaci komunikace a to i v případě, že komunikace s obvodem již probíhá (nebo nebyla správně ukončena). Při start bitu tedy dochází ke změně úrovně datového signálu (na L), je li hodinový signál v log. H. Po start bitu následuje osmibitová adresa cílového zařízení (slave), která se skládá z pevné adresy zařízení, selektivní adresy a R/-W bytu. Pevná adresa je dána
5
výrobcem a je většinou čtyřbitová. Selektivní adresa je nastavována uživatelem a umožňuje připojení více obvodů o stejné pevné adrese (stejného typu) na jednu sběrnici. Po této sekvenci následuje R/-W bit, který určuje, budou-li data ze slave čtena nebo do slave zapisována. Poslední položkou inicializační části komunikace je tzv. ACK bit. Tím zařízení potvrzuje přijetí adresy a vysílá jej zařízení, ze kterého je čteno. Dál se již komunikace odehrává podobným způsobem a je závislá na typu obvodu a na směru toku dat. Vždy je ale přenos osmibitový a je potvrzen bytem ACK (ACKnowledge). Přenos se ukončí stop bitem, který obdobně jako start bit využívá změny log. úrovně signálu během aktivní části hodinového signálu (přechod z L →H). Jelikož se jedná o obousměrnou komunikaci na jedné lince, je výskyt rozdílných logických úrovní na jednom vodiči. To se realizuje pomocí systému otevřených kolektorů. Princip je patrný z obr.5. Výskyt opačných logických úrovní na sběrnici nemůže vést k destrukci spínacích prvků, protože logická úroveň L se vytváří sepnutím tranzistorů, kdežto logická úroveň H je vytvářena použitím tzv. pull-up rezistorů v kolektorech tranzistoru.
Přehled použitých obvodů I2C: • PCF 8591 – 8-bitový A/D a D/A převodník Obvod PCF 8591 je monolitický obvod firmy PHILIPS sdružující čtyři analogové vstupy, jeden analogový výstup, 8 bitový aproximační D/A převodník, obvody Sample/Hold (S/H), sériové rozhraní I2C a ostatní podpůrné obvody. Zajímavostí obvodu je, že obsahuje jediný D/A převodník. Výstup tohoto převodníku je veden přes obvod S/H na jeden programovatelný výstup obvodu a zároveň do vstupu komparátoru, jehož výstupem je ovládán aproximační registr , jež tvoří jeho vstup. Převod A/D je tedy vlastně proporcionální zpětovazební regulací, kde řídící veličina je vstupní napětí a výstupní napětí je reprezentovaného
6
ve formě osmibitového slova. Princip je patrný z blokového schématu na obr.6. Do bloku DAC vstupují veličiny Vref a AGND. Dynamika převodníku je tedy dána rozdílem těchto dvou úrovní. Při vlastním převodu je důležitá volba vhodného okamžiku převodu. Z hlediska obvodu by bylo možné provádět převod neustále – cyklicky. V zásobnících registru by tedy byly hodnoty k okamžitému použití. Tento režim je však zjevně nevýhodný z energetického hlediska a také z hlediska možného rušení. Proto je převod A/D proveden „na požádání“. Po přijmutí adresy s identifikovaným bitem R/-W nastaveným do 1 je na základě nastavení control registru odebrán vzorek analogového vstupu 1. Vzorek se v následujícím čase (daném hodinovým taktem) převede. Převod probíhá paralelně s přenosem hodnoty posledního konvertovaného bytu v čase minulé komunikace. Tato hodnota nás obvykle nezajímá a ve složitějších obvodech kde je obvod volán z různých částí pogramu dokonce ani nelze efektivně zjišťovat, kterému vstupu hodnota odpovídá. Proto ji ignorujeme. Po dokončení přenosu této hodnoty a potvrzení ACK je již k dispozici převedená hodnota prvního vzorku a je vyslána na sběrnici. Zároveň je odebrán vzorek druhého vstupu a je zahájen jeho převod. Z hlediska uživatele dochází tímto způsobem k omezení. Určitou možnost však dává nastavení kontrol registru, kde lze v případě, potřebujeme - li použít jeden či dva vstupy nastavit diferenciální režim. Potom bude obvod zaměstnán pouze dvěma převody a rychlost
7
převodu jednoho žádaného bytu bude roven času pro přenesení dvou bytů. Názorně je průběh komunikace naznačen na obr.7.
• Paměť typu EEPROM 24LC08 Jedná se o paměť typu FLASH EEPROM o kapacitě 8Kbitů. Nejdostupnější obvody táto řady jsou obvody MICROCHIP, ale na trhu jsou i obvody ST, Atmel atd. Vnitřní struktura je patrná z obr.8. Paměťové pole je členěno do čtyřech bank po 256 bytech. Prostřednictvím řadiče I2C komunikuje procesor s blokem řízení procesů. Prostřednictvím tohoto bloku je možné provádět zápis či čtení. slova/věty. Z důvodu nenulového času zápisu do paměti je obvod
8
vybaven zásobníkem pro 16. slov. Čas zápisu garantovaný výrobcem je 10ms. S tímto časem je nutné počítat při pracích s větším počtem bytů (např. defragmentace) Nedostatkem vnitřního zásobníku je schopnost inkrementace adresního generátoru pouze v oblasti dolních čtyřech bytů. Při plném využití jeho kapacity tedy může snadno dojít k porušení kontinuity adresy. Komunikace probíhá opět podle standardního protokolu I2C. Při zápisu obvod odpoví ACK bytem. V případě zápisu následuje osmibitová adresa, osmibitová data a stop bit. Je zřejmé, že na pokrytí celé paměťové oblasti 8Kbitů nemůže osmibitová adresa stačit. Adresace stránek (bloků po 256B) využívá části adresního bytu obvodu, určující fyzickou adresu obvodu. Paměť tedy odpoví celkem na 4 adresy. Každá tato adresa umožňuje přístup do jedné stránky paměti. Toto řešení má nevýhodu v omezení počtu pamětí na jedné lince. Obvodu zbývá již jen jeden adresní byt. Díky tomu, že dolní dva bity adresy zařízení jsou součástí jeho adresy, je možné paměť tohoto typu realizovat jako řadu pamětí nižších kapacit (24LC02, 24LC04) s vhodně zapojenými adresními piny. Rovněž pomocí dvou pamětí 24LC08 lze nahradit paměť 24LC16. Rychlost čtení paměti je dána hodinovým taktem sběrnice. Výrobce garantuje 1 000 000 možných R/W cyklů se stálostí 200 let. Toto je však hodnota teoretická a pravděpodobně nedosažitelná.
• Statická paměť RAM PCF8583 Obvod paměti o kapacitě 240x8 bitu má zcela shodnou vnitřní strukturu, jako výše popisovaný obvod paměti EEPROM 24LC08. Rozdíl při práci s pamětí je v rychlosti zápisu, který je dán kmitočtem hodin. Paměť RAM je v obvodu použita především z důvodu neomezeného počtu cyklů zápisu a data do ní zapisovaná mají proto charakter dočasně potřebných dat. • Obvod reálného času v obvodu PCF8583 Krystalem řízený obvod RTC - C (real time clock – calendar) je přímou součástí obvodu PCF8583. Hlavní myšlenkou obvodu je mapování dat hodin do prostoru spodních 16ti bytů adresního prostoru celé paměti, se kterou se pracuje naprosto stejně, jako s ostatními adresami. Chod hodin je závislý na nastavení řídícího registru 00H (obr.9). V registru je možné nastavení těchto režimů: - counter mode - alarm & clock mode - clock mode V režimu counter mode pracuje obvod s vyřazeným děličem (Obr.7) a chová se jako počítadlo pulsů. Registry jsou v režimu event counter mode BCD. Jejich rozsah je tedy 0-99. Obvodem v tomto režimu lze realizovat počítač pulsů s rozsahem 6 míst BCD.
9
V režimu clock mode je možno zvolit druh hodinového signálů. V oscilátorovém režimu pracuje obvod s hodinovým krystalem 32.768kHz dolaďovaným kapacitním trimrem V režimu 50Hz jsou hodiny synchronizovány vnějším kmitočtem (sítě) 50Hz. Synchronizačním kmitočtem jsou pak
inkrementovány vnitřní registry (obr.9), ve kterých je aktuální hodnota uložena ve formátu BCD. Přesný formát (12/24Hrs, atd.) závisí opět na nastavení status registru. Ve status registru je také maskovací bit alarm enable flag , který povoluje/zakazuje alarm (budík). Jeho režim se nastavuje v alarm control registru (08H) a je možné jej konfigurovat do všech potřebných režimů denní, jednorázový, kombinovaný atd. Vnitřní obvod řídící logiky potom provádí prosté srovnávání hodnot registrů alarmu s registry času a při shodě generuje přerušení. Zajímavé je použití alarmu v režimu event counter mode, kdy lze generovat alarm i od načítané hodnoty. V obvodové implementaci je samozřejmě nutné provést zálohování obvodu baterií. Při hodnotě napájecího napětí 2V je odběr cca. 1mA.
10
• Mikroprocesor AT89C52 Obvod AT89C52 je osmibitový jednočipový mikroprocesor s těmito vlastnostmi: - 8kbyt flash EEPROM - Jádro MCS-51 kompatibilní - 0-24MHz clock - 256 x 8 Bitů interní RAM - 32 I/O linek - Tři 16ti bitové čítače - 8 zdrojů přerušení - Sériový kanál
11
Jedná se o obdobu obvodu Intel I80C52. Hlavní odlišností obvodu oproti verzi Intel je implementovaná paměť programu EEPROM, což je velice výhodné z hlediska vývoje. Odpadá nutnost používání drahých a simulátorů či práce s externími paměťovými obvody. Zařízení můžeme tedy vyvíjet přímo v cílové aplikaci.
Struktura procesoru: • Obr.10 napovídá že obvod je typický zástupce jednočipového mikrokontroléru hardwarské architektury. Centrální sběrnice je distribuovaná mezi všemi základními částmi mikroprocesoru. Výpočetní jádro tvoří osmibitová aritmeticko logická jednotka vybavena hlavním „work“ akumulátorem Acc, pomocným akumulátorem B a stavovými příznaky v registru PSW (Program Status Word). Přerušení od sériového kanálu Vektory těchto přerušení jsou adresově mapovány do oblasti 04H-0FH. Procesor podporuje také rozsáhlou variabilitu přidělování priorit jednotlivých přerušení. Jistou konstrukční nevýhodou je absence třístavových I/O linek. Všechny I/O pracují v režimu otevřený kolektor což může působit komplikace a v některých případech je nutná korekce tohoto nedostatku pomocnými zesilovači či pull - upp rezistory. Paměť RAM je členěna do 4 bank registrů (00-1FH), bitové oblasti (20H-2FH) a oblast „slovní“ paměti 30H-0FFH. V tomto prostoru jsou také uloženy registry speciálních funkcí. Procesor podporuje přímé i nepřímé adresování operandů v paměti RAM. Procesor podporuje tato přerušení: • Přerušení od přetečení časovačů/čítačů • Přerušení od vnější události • Přerušení od sériového kanálu Vektory těchto přerušení jsou adresově mapovány do oblasti 04H-0FH. Procesor podporuje také rozsáhlou variabilitu přidělování priorit jednotlivých přerušení.
5. POPIS ZAPOJENÍ Kompletní schéma zapojení je uvedeno v příloze 1. Pomocí sběrnice I2C jsou obsluhovány obvody paměti EEPROM, RAM/Clock a převodník AD/DA. Přímými linkami je ovládána klávesnice, displej, spínání podsvětlení displeje, speaker, klíčovací výstupy CW a PTT a vstupy telegrafního klíče. Zvýšená pozornost byla věnována ochraně proti napěťovým špičkám, vysokým potenciálům a vf. rušení. Ochrana proti vyšším potenciálům a potenciálům opačných polarit je tvořena zenerovými diodami, případně prvky TRANSIL v kombinací s vhodnými rezistory. Ochrana proti vf. poli, které může být při použití výkonových koncových stupňů (PA) značné (i řádově kW na 12
svorkách koncového stupně) je tvořena keramickými kondenzátory, případně induktory. Významný prvek ochrany je použití galvanického oddělení, realizovaný nejčastěji optočleny, případně použitím relé. V aplikaci telegrafního klíče je použito optočlenů s antiparalelním zapojením výstupů optočlenů, které je náhradou nepolárního kontaktu. V přímé implementaci je též výhodné použití
optočlenů s darlingtonovou dvojicí výstupních tranzistorů. Tyto optočleny (např. PC 815) dosahují dokonalejší saturace a tím umožňují sepnutí s nižšími ztrátami. V obvodu je použita maticová klávesnice. Tento typ klávesnice se běžně užívá z důvodu omezení potřebného počtu I/O linek. Čtení klávesnice se provád pomocí scan kódů. V případě telegrafního klíče je algoritmus scan kódu realizován sovtwarově a to tak, že na horizontální ose matice je konkrétní statická logická úroveň (111) a na svislé ose se provádí cyklické testování. Dojde-li ke změně úrovně, zaháji se scan algoritmus, který je proveden pouze jednou. Tím se výrazně šetří procesorový čas a minimalizuje vyzařování rušivého pole. Celý obvod telegrafního klíče je napájen jediným napětím 8-15V. Toto napětí je stabilizováno stabilizátorem 7805 a je distribuováno do všech obvodů. Některé druhy displejů potřebují k nastavení kontrastu zápornou hodnotu proudu. Byl tedy realizován invertor napětí s použitím obvodu nábojové pumpy 7660. Princip
13
obvodu je založen na přečerpávání náboje nahromaděného v kondenzátoru jeho střídavým přepínáním mezi vstupem (+5V) a výstupem (-5V). Je li výstup generátoru kladný (obr.12), je externí kondenzátor nabíjen přes sepnuté tranzistory T1,T2. V opačné polaritě je kladná elektroda kondenzátoru připojena na nulový potenciál a záporná svorka si udržuje svůj potenciálový rozdíl, je tedy záporná. V aplikaci s obvodem 7660 lze generovat napětí opačné polarity při odběru cca 10mA. Účinnost obvodu je závislá i na kmitočtu generátoru. Je-li využit interní oscilátor obvodu 7660 pohybuje se kmitočet v okolí 100kHz. Výstup napěťového měniče je přes odporový dělič (připojený na +5V) veden již přímo do vstupu displeje. Dělič je realizovaný odporovým trimrem a umožňuje nastavení předpětí v rozsahu -5V…5V, tudíž i připojení displeje s libovolnou provozní hodnotou předpětí pro nastavení kontrastu.
6.PROGRAMOVÉ VYBAVENÍ Kromě vytvoření kvalitního robustního a spolehlivého hardwaru je kvalita a použitelnost z hlediska uživatele dána spolehlivým a uživatelsky přístupným programem.
Struktura programu Hlavními částmi programu je inicializační část, ve které se načtou parametry minulého nastavení klíče a provede se inicilaizace všech procesorem ovládaných periférií. Druhá část obstarává standardní funkce, které jsou nutné pro chod klíče, jako je obsluha pastičky, časování telegrafních značek, testování různých stavů atd. Hlavní část programu obstarává uživatelskou nabídku - menu s mnoha obslužnými podprogramy, jejichž konečným výstupy jsou řídící signály pro předchozí dvě části programu. Program byl tvořen jako maximálně uživatelsky přístupný. Samozřejmostí je např. možnost přístupu k uživatelsky potřebným (časově akutním) funkcím přímo přes tlačítka klávesnice. Tyto položky a jejich včasné použití je předpokladem k úspěchu při telegrafním spojení. Je to především nastavení automatického volání (volání z nahrané paměti) a opakování posledních odvysílaných relací. Ostatní časově neakutní položky jsou přístupné přes položky v menu. Struktura nabídky menu je zobrazena na obr.3 Menu timming V tomto menu se nastavuje vše, co má vliv na časové události automatu. Je to: • • • • • •
rychlost generovaných telegrafních značek (speed) čas pro vzájemné oddělení zpráv (Message Select) Délka pro určení mezery oddělení znaků mezerami (space 1-2 ) Délka mezery (space 3) Poměr tečka:čárka (rate) Doby potřebné pro dekódování znaků (pause 1,2,3) 14
Je-li obvod osazen převodníkem A/D PCF8591 je nabídka speed neaktivní a regulace rychlosti se provádí potenciometrem. Časem pro vzájemné oddělení zpráv se rozumí čas, po který se daná relace bere jako celek. To je důležité pro automat při použití funkce REPEAT, kdy opakuje poslední odvysílanou relaci. Zároveň je tato doba určující pro spínání podsvětlení displeje, je–li aktivován příslušný režim. Automat umožňuje nastavení poměru tečka:čárka:mezera. V automatu je nastavování prováděno užitím referenční hodnoty 1/100 elementární značky – tečky. Nastavují se tedy časy 100:300:100. Této jednotky užívá i menu pro odměření mezery. Toto menu má zásadní vliv na dekódování znaků pro potřeby vizualizace a uložení do paměti. Volba RX delay nastavuje čas (s) pro změnu režimu z TX na RX. Nastavení tohoto času má zásadní vliv na životnost některých částí transceiverů, především spínacích prvků v koncovém stupni.
15
Menu memory V menu lze se provádět veškeré operace s pamětí sloužící pro vysílání standardních relací. Jsou to: • • • • •
Zápis (Write) Přehrávání (Play) Mazání (delete, delete all) Defragmentace Odkazy
Systém pamětí je základní funkce, která je od každého automatického klíče očekávána. Proto ji byla při vývoji zařízení věnována nejvyšší pozornost a vývoj ještě není u konce. Klíč má celkem 20 pamětí, z toho 19 je realizováno jako (EEPROM) a jedna (již zmíněná repeat) jako RAM. Paměti 1-9 a paměť 0 (RAM) jsou přístupné přímo z klávesnice stlačením příslušného zástupného tlačítka. Paměti jsou koncipovány jako dynamické s maximálním součtem délek 940 znaků. Tato dynamika si vyžádala konstrukci speciálních rutin pro defragmentaci a organizaci paměti. Na druhou stranu přinese uživateli široké možnosti při práci s pamětí. Každá z devatenácti pamětí má rezervovaný prostor pro parametry, kterými jsou počáteční adresa a délka. Jelikož hodnota 940 adres převyšuje adresní schopnost jednoho registru je adresa i délka uložena společně ve třech registrech. Toto uspořádání je také voleno pro případnou organizaci paměti nadřazeným systémem (PC..). Při zápisu se zpřístupňuje řada doplňkových funkcí jako ukazatel volného místa, vložení mezery, výmaz znaku, možnost vložení časové prodlevy při zaklíčovaném či odklíčovaném vysílači, přechod na jinou (příp. stejnou) paměť atd. Především kombinace posledních dvou funkcí umožňuje vysokou flexibilitu automatu – různé formy bezobslužného provozu, jako použití v majácích, auto repeat módy atd. Tyto funkce doposud (pokud je autorovi známo) v žádném typu telegrafního klíče implementovány nebyly.
Menu Setup Nabídka ovlivňuje základní stavy automatu. Mezi zajímavosti patří možnost paměťového/reall time klíčování. Paměťové klíčování má oproti reall time klíčování výhodu v možnosti aktivovat generování tónu (tečky/mezery) i v době generování jiného tónu. To bývá výrazným odlehčením operátora při dlouhodobém provozu. Nynější klíče jsou vybaveny většinou real time klíčováním. Další možnosti nabídky je reverzace klíčování – změna polarity pastičky, sound zapnutí/vypnutí zvukové indikace a vypnutí klíčování transceiveru při zachované funkci automatu pro účely nastavování.
16
Menu POWER Toto menu využívá možnosti převodníku A/D PCF 8591 pro potřebu řízení rychlosti provozu. Jeho zbývající dva vstupy využívá pro měření napětí. Pomocí přepínačů (dip) lze volit ze dvou napěťových rozsahů, případně pomocí vnějších obvodů vytvořit rozsah nový. Tímto odpadá používání a trvalý provoz měřících přístrojů. Kontrola napájecího napětí při provozu je velmi důležitá a má vliv jak na velikost generovaného výkonu PA, tak i na životnost některých částí transceiveru, především koncového vf. stupně. Je např. známo, že některé z ruských tranzistorů řady KT nevydrží vyšší kolektorové napětí než cca 12,5V. Zároveň lze kontrolovat např. anodové napětí či žhavící proud elektronkového koncového zesilovače. V novější verzi software se chystá aktivace různých událostí na zjištění havarijního stavu (odpojení napájení, zákazu klíčování, zvukový alarm atd.)
Clock menu Pro potřeby radioamatérského provozu je neodmyslitelnou nutností znalost přesného času. Čas je povinným údajem např. v radioamatérském denníku (dle Českého telekomunikačního úřadu). Je také součástí deníku pro potřeby hodnocení radioamatérských závodů. Automat využívá plně služeb autonomního obvodu reálného času PCF8583. Program umožňuje jak práci s časem. V současné době se pracuje na implementaci údaje o datumu a na využití alarmu.
Vlastní struktura programu Vzhledem k obsáhlosti programu bude uveden pouze stručný nástin struktury. Po startu procesoru se nastaví PC (program counter) na hodnotu reset vektoru, který u tohoto procesoru začíná na adrese 00H. Od této adresy je program přenesen do oblasti mimo dosah přerušovacích vektorů. Provede se inicializace základních proměnných, načte se konfigurace z paměti EEPROM a provede se inicializace displeje. Procesor provede test přítomnosti jednotlivých obvodů a stav si uloží do interních regisrů. Tyto registry pak využije k zpřístupnění některých nabídek menu. Zobrazí se úvodní hlášení a během něj se dokončí úvodní konfigurace a nastaví vhodný režim displeje. Posledním krokem inicializace je nastavení přerušení. Dále se program dostane do základní smyčky. Z této smyčky může být vnější událostí přenesen do některého cílového podprogramu programu. Touto událostí může být příchod přerušení od klíče, signál od klávesnice či časový signál pro refresh displeje z důvodu aktualizace hodnoty času či voltmetru. Klíčovou častí programu je vlastní generování telegrafních pulsů/tónu. Tato přerušení mohou být vyvolána i během např. provozu na sběrnici I2C a musí být programově natolik dokonale ošetřena, aby komunikaci nenarušila. Při každém novém přerušení musí program testovat celou řadu příznakových bytů a podpůrných signálů a dle nich vyvodit vhodnou akci. Tyto akce jsou v některých okamžicích zvláště náročné a je nutné je řešit důslednou optimalizací algoritmů. 17
6. ZÁVĚR Realizace navrhovaného univerzálního řídícího mikroprocesorového systému potvrdila správnost ideového návrhu i správnou funkci jednotlivých obvodů. Univerzální systém byl realizován včetně ovládací klávesnice a zobrazovacího LCD panelu jako kompaktní obvod na jediné desce plošných spojů. Komplexní činnost celého mikroprocesorového systému byla ověřena praktickým využitím v radiotelegrafním provozu. Ukázala, že zařízení může výrazně přispět k zefektivnění radiového provozu využíváním rozsáhlého souboru funkcí pamětí pro automatické generování či opakování relací. Široká možnost nastavení parametrů generovaných řídících signálů v časové oblasti umožňuje automatický telegrafní klíč individuálně přizpůsobit operátorovi „na míru“, což je nezbytné především při vyšších provozních rychlostech. Rovněž nastavení všech konstant znakového dekodéru individuálním zvyklostem operátora značně snižuje chybovost provozu. Volbou nastavení konfigurace automatu je možné řídící systém používat navíc i v různých režimech automatického radiového provozu jako je např. řízení majáku. Uvedená konstrukce byla vytvořena s úmyslem maximální flexibility a použitelnosti zapojení. Tu vytváří celá řada funkcí a možností, které nenalezneme u žádného známého amatérského či profesionálního telegrafního klíče. Důraz byl také kladen na pečlivý výběr dostupných a spolehlivých součástek a rozumnou úroveň obvodové složitosti odpovídající současným možnostmi potencionálních konstruktérů. Toto řešení také přináší výhody i oproti častým realizacím automatu na počítači PC především v mobilitě, nezávislosti na síťovém napájení a sníženém vysokofrekvenčním rušení. V současné době se pracuje na dokončení softwaru a připravuje se konstrukční dokumentace pro zveřejnění v odborných časopisech.
Literatura: [1] Skalický J.: Mikroprocesory s jádrem 8051, Praha 1999 [2] Aplikační listy MICROCHIP,PHILIPS,ATMEL
18
19
