Funkamateure. Unterlagen zur Aus- und Weiterbildung für. Ein Projekt von Reinhard DL3BR und Hubert DG4GAH. Skript von Joachim DL6JS.

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1 DEUTSCHER AMATEUR-RADIO CLUB OV P34 PROJEKTUNTERLAGEN Unterlagen zur Aus- und Weiterbildung für Funkamateure Ein Projekt von Reinhard DL3BR und Hubert DG4GAH. Skript von Joachim DL6JS. Projekt CW-Decoder

2 CW-Decoder Aufgebaut mit Arduino Diecimila S3v3, Rev2 (serial, single sided) Im Laufe der letzten Jahre wurden ja schon mehrere Projekte dieser Art in verschiedensten Publikationen vorgestellt. Der hier beschriebene CW-Decoder beruht auf dem Bauvorschlag von Reinhard, DL3BR. Zur Arduino-Plattform soll an dieser Stelle nicht all zu viel gesagt werden. Sie ist ja schon State of the Art. Details unter: Die Plattform Unser Experimentier-Board unterstützt Atmel ATmega 8 oder ATmega 168 Mikrocontroller Wir verwenden hier einen Atmega 328 der auch dem Pin Mapping des ATmega 8 entspricht. Details unter: Der Mikrocontroller ist die Zentraleinheit des Arduinos. Er bietet neben einem seriellen Einund Ausgang (9-pol Sub-D) 6 analoge Eingänge, 6 analoge Ausgänge mit Pulsweiten- Modulation und 6 digitale Ein- und Ausgänge. Der Flash-Speicher (Programmspeicher) und das SRAM (Arbeitsspeicher), ist je nach Mikrocontroller unterschiedlich. Er arbeitet mit einem Systemtakt von 16 MHz und kann 8- Bit-Befehle verarbeiten und kann direkt mit anderer Hardware verbunden werden. Unser Mikrocontroller-Chip ist bereits mit einem Boot-Loader versehen. Es entfällt daher die Programmierung direkt über die Programmier-Schnittstelle. Unser Experimentier-Board Als Entwicklungsumgebung (IDE) oder Programmierumgebung benutzen wir die Open Source Arduino Software. Eine Entwicklungsumgebung für den PC, in der man die Programme schreibt. Sie ist in Java geschrieben und basiert auf Processing, avr-gcc und anderer Open-Source-Software. Umfangreiche Software/Bibliotheken, sowie entsprechende Treiber runden das Ganze ab. Projekt 2 CW-Decoder

3 Die Stromversorgung unseres Experimentier-Boards erfolgt über ein Steckernetzteil (9-12V DC/500mA). ISP (In-System-Programmer) / Bootloader Über diese 6/10 pol. Verbindung kopiert man den Bootloader in den Arduino. Ein Bootloader ist ein kleines Programm, das im Speicher des Mikrocontrollers fest integriert ist und dafür sorgt, dass die Sketche (die eigentlichen Programme) über die serielle Schnittstelle auf den Controller gelangen. Man spricht hier auch davon, einen Bootloader zu brennen. Benötigt wird dazu ein sogenannter AVR-Programmer oder Brenner. Der Bootloader wird aber nur ein Mal in den Controller gebrannt, danach steht er grundsätzlich zur Verfügung. Sobald der Prozessor mit Strom versorgt wird, wird er ausgeführt. Dadurch, dass der Bootloader immer zuerst ausgeführt wird, ist es möglich, auch bei einem komplett defekten Programm immer wieder eine korrigierte Version hochzuladen. Arduino Software installieren Die aktuelle Version der Arduino Entwicklungsumgebung (IDE) liegt hier: Anwendung starten Wir starten das Programm Arduino.exe. Als nächstes sind ein paar erforderliche Programmeinstellungen vorzunehmen: - Im Reiter Tools >> Board >> den Typ des Boards, in unserem Fall Arduino UNO wählen. Projekt 3 CW-Decoder

4 - Im Reiter Tools >> Serieller Port >>den Port, hier COM22 auswählen Ggf. in der Systemsteuerung >> System >> Hardware >> Gerätemanager unter Anschlüsse (COM/LPT) die Nummer des benutzten COM Ports suchen. Die erstellten Programme (Sketche) werden im Sketchbook standardmäßig im Unterordner Eigene Dateien>> Arduino abgelegt. Für jeden Sketch wird ein Unterverzeichnis mit demselben Namen angelegt. Wird der Sketch von Hand umbenannt, muss der Ordner gleich umbenannt werden. In diesem Ordner wird ein Unterordner applets angelegt. Dieser enthält temporäre Dateien die zum Übertragen auf das Board benötigt werden. Dieser kann ohne Schaden gelöscht werden. Die hier beschriebene Vorgehensweise wurde auf der Basis von Microsoft Windows WIN XP vorgenommen! Projekt 4 CW-Decoder

5 Die Benutzeroberfläche Arduino Neue Datei erstellen Eine bestehende Datei öffnen Überprüfen Vor dem Übertragen des Sketches auf das Boards wird ein maschinenlesbarer Programmcode erzeugt. Um die Fehlersuche zu vereinfachen empfiehlt es sich in regelmäßigen Abständen die Datei auf Schreib- oder Syntaxfehler zu kontrollieren. Enthält der Text Fehler, so werden diese farbig unterlegt und im unteren Fenster Hinweise zur Behebung gegeben. Upload / Compilieren Mit diesem Button wird das Programm compiliert und der maschinenlesbare Code aufs Board übertragen. Beim Start des Übertragungsvorgangs leuchtet die grüne LED 3x auf. Während der Datenübertragung blinken die rote und die gelbe LED am Board. Dies ist ein Hinweis dafür, dass über die Anschlüsse D0 und D1 Daten übertragen werden. Datei speichern Ein-/Ausgänge Projekt 5 CW-Decoder

6 Unser Add-On sprich User Interface Der markierte Punkt ist mit Masse zu verbinden. Effekt: Das Display ist ständig beleuchtet. Hier könnte auch ein Ausgangs-PIN der mit PWM moduliert wird angeschlossen werden, so das die Beleuchtung programmgesteuert dimmbar wäre. Filterboard Um die CW-Audiosignale zu decodieren und als sie Text anzuzeigen benötigt man eine sehr gute Signalanalyse, d.h. - empfindlichen Decoder - automatische Verstärkungsregelung (Signalstärke unterschiedlich) - tastgeschwindigkeitsunabhängig (Mensch) - gute Störaustastung (QRN/QRM) - scharfes CW-Filter Projekt 6 CW-Decoder

7 Filterboard V.3 All diese Kriterien machen eine Profilmetrie sehr schwer, muss sie doch in mathematische Funktionen gefasst werden. Hier sind die Programmierer gefragt! Die Computerprogramme sind in der Regel auf exakt gegebene Morsezeichen getrimmt. Liegen die Abweichungen außerhalb der meist engen Grenzen, ist das automatische Mitschreiben nicht mehr ausreichend sauber. Ungültige Zeichenfolgen sind die Folge. Das Filterboard soll die Schwächen unseres Projektes auffangen. Das lässt sich mit wenig Aufwand und sehr günstigen Bauteilen auf einer einseitigen Platine realisieren. Unser Filterboard besteht aus drei Schaltungsblöcken: 1. Einem aktiven, analogen Filter mit vier Operationsverstärker 2. einer Phasenregelschleife PLL und 3. einem digitalen Filter aus Logikbausteinen. In der ersten Stufe benutzen wir die Operationsverstärker zur NF-Signalbegrenzung indem wir auf die Amplitude/Pegel des Eingangssignals Einfluss nehmen. Die zweite Stufe bildet die Phasenregelschleife auch PLL (Phase Locked Loop) genannt. Man könnte dazu auch Nachlauffilter sagen, denn der Aufbau verhält sich wie ein Bandpass. Der Einfachheit halber benutzen wir hierfür den bekannten Baustein XR2211D, einen FSK-Demodulator/Tonedecoder. In ihm integriert befinden sich der Phasenkomparator, Schleifenfilter und der spannungsgesteuerte Oszillator. Der Baustein übernimmt in unserer Schaltung ständig den Vergleich mit der Referenzfrequenz, steuert nach wenn sie abweicht damit das daraus abgeleitete Signal möglichst konstant ist. Man spricht hier auch von einrasten/fangen. Mit dem Einstellregler P1 wird der Fangbereich der PLL eingestellt. Der Regler P2 dient der Einstellung unserer Referenzfrequenz. Das Fenster liegt bei Hz. P3 wird zur Einstellung des Eingangspegels benötigt. Ist die PLL eingerastet, leuchtet die LED im Takt des CW-Codes Die Reglerbezeichnungen beziehen sich auf das Filterboard V.3! Der Eingang des Filterboards wird entweder über einen 3,5 mm Klinkenstecker an den Receiver angeschlossen, am besten an einem Ausgang der immer gleichen Pegel liefert, Projekt 7 CW-Decoder

8 (FSK, Packet-Ausgang) oder er erfolgt über ein externes Mikrofon. In beiden Fällen ist der Eingangspegel entsprechen einzustellen. Bei der Verwendung eines Electret Mikrofon muss eine Betriebsspannung für dieses zugeführt werden. Dies ist auf den aktuellen Layouts berücksichtigt. Das Layout ab der Version V4.1 kann auch als Zwischensteckplatine Shield auf dem Arduino-Board benutzt werden. Durch diese Sandwichbauweise sind keine weiteren Verkabelungen mehr zum Filterboard nötig. V4.01 als Zwischensteckplatine (Anschlüsse unten Arduino, oben Display) Die Firmware Die Firmware für den Morsedecoder liegt aktuell in der Version A1.00 vor. Sie wird in unregelmäßigen Abständen aktualisiert. Die aktuellste Version ist auf unserer Homepage Ortsverband P34 verfügbar. Es sind noch einige Erweiterungen mit Menu-Strukturen geplant. Da die Programmierung und vor allem das Austesten sehr zeitintensiv ist, wird es noch ein wenig Zeit in Anspruch nehmen bis es unseren Vorstellungen genügt. Die Größe des Display lässt sich leicht über 2 Parameter verändern, dadurch entsteht bei größeren Displays eine bessere "Rücklesemöglichkeit". Es ist beim Start darauf zu achten, dass erst mehrere Morsezeichen eingelesen werden müssen, da ansonsten keine Referenzen zur Verfügung stehen. Danach funktioniert auch dann die automatische Geschwindigkeitsanpassung. Es werden im Programm immer neue Samples erstellt, so dass fortwährend eine Anpassung stattfindet. Natürlich ist wie bei allen diesen Geräten das Eingangssignal das A und O. Projekt 8 CW-Decoder

9 Das menschliche Gehör kann hier nicht überboten werden. Dies ist nur bei rein digitalen Betriebsarten möglich. Trotzdem ist es beachtlich wie gut der Decoder die Morsezeichen mitschreiben kann. Auch die Geschwindigkeit von HS Morsern lässt sich decodieren solange die Zeichen nicht komplett verschmiert oder ohne Pausen sind. Aber auch hier gilt wie immer, einfach probieren. Das Equipment kann natürlich auch rein zu Lernzwecken benutzt werden, um seine eigene Gebeweise zu kontrollieren. Viel Spaß und gd DX 73 wüscht die Old-Men Truppe "Die Einsteins" vom Ortsverband Albstadt P34. Projekt 9 CW-Decoder

10 Anhang Schaltungen Projekt 10 CW-Decoder

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13 Anhang Filterplatine V4.1 (Bestückungsseite) Filterplatine V4.1 (EAGLE-Layout)) Projekt 13 CW-Decoder