[Si5351] Radmor FM-3001 - synteza Arduino Nano z CTCSS i skanerem pasma 2 m

Witam kolegów. Z racji, że krótkofalowcy coraz częściej sięgają po mikrokontrolery, postanowiłem sięgnąć i ja. Od zawsze marzyłem żeby móc jakkolwiek skonstruować własną syntezę do Radmora FM-3001 i podobnych w sensie powielania sygnału z kwarców. A, że w sieci jest tego jak na lekarstwo, wziąłem sprawy w swoje ręce. Wymodziłem więc kod sam, a właściwie skleciłem go z kawałków w jedną całość. Nic tak nie zachęca do budowy jak obecnie łatwość w dostępności modułów takich jak mega popularny ostatnio i mega łatwy w obsłudze moduł Si5351. Myślę, że wyszła z tego niezła synteza. Dlatego zachęcam do majsterkowania i testowania.

O taki moduł dokładnie tu chodzi:



Schemat syntezy

(Celowo pominąłem moduł z Si, bo nie mam go w programie, bo jego podłączenie jest banalnie proste.)



Główne cechy/zalety syntezy to:

- pokrycie całego pasma amatorskiego 2m
- łatwa dostępność tanich elementów składowych
- prostota montażu oraz kalibracji wzorca f i parametrów
- standardowy krok 12,5 kHz
- możliwość generacji subtonów CTCSS bezpośrednio przez Arduino
- pamięć częstotliwości po odłączeniu zasilania
- pamięć subtonów CTCSS dla dowolnego przemiennika z osobna
- automatyczny shift przemiennikowy -600 kHz
- osobne wyjścia generatorów: CLK0 -> odbiornik, CLK1 -> nadajnik;
[zakresy: CLK0 -> 33.3250 - 33,8250 MHz, CLK1 -> 8,0000 - 8,1111 MHz]
- dostosowanie do radmorowskich powielaczy jak FM-3001, FM-315, FM-302, itp.;
[CLK1 = f/18, CLK0 = (f-10,7)/4]
- skaner częstotliwości zmieniający kierunek przez obrót encodera i aktywowany przez dolny próg s-metra
- pętla histerezy skanera /żeby wyeliminować efekt "czkawki" sygnału/
- s-metr i miernik mocy

Opis ikonek na ekranie



Co do elementów składowych nie ma się co rozpisywać, gdyż są to zaledwie:

- Arduino nano
- wyświetlacz oled 1,3" SH1106
- Moduł Si5351
- opcjonalny stabilizator 5V
/względnie przetwornica DC/DC do zasilania napięciem ujemnym/
- 3 przyciski na panelu czołowym Radmora 3001
- encoder inkrementalny

Co do przycisków i obsługi. Jest gałka VFO na encoderze, przycisk SCAN to mikrostyk encodera, przyciski +/- CTCSS. PTT jest wyzwalane stanem niskim na D5. RSSI dla s-metra to wejście A0 (0-5V). Pin D9 to wyjście subtonu CTCSS. Skaner skanuje tylko od 145.2 do 145.8 - bo po co ma darmo latać po nieużywanych częstotliwościach ? Dokleiłem 145.800, bo tam czasem latają satelity. Dodam, że piny A4, A5 magistrali I²C wyświetlacza są współdzielone z modułem Si.

Jak ktoś chce potestować syntezę, to zapraszam na stronę:

https://simulide.com/p/downloads/

gdzie można pobrać program symulacyjny SimulIDE, otworzyć załączony plik "VFO_SH1106_FM-3001.sim1", następnie otworzyć wsad do Arduino, nacisnąć "upload" i włączyć zasilanie. Dlaczego o tym piszę ? Bo nie wystarczy w SimulIDE otworzyć wsad - trzeba jeszcze kliknąć ten przycisk:



Załączam dwa pliki wsadowe:

- VFO_SH1106_FM-3001.hex -> do radiotelefonu Radmor FM 3001 i wyświetlacza 1,3" SH1106
- VFO_SSD1306_FM-315.hex -> do radiotelefonu Radmor FM 315 z mniejszym wyświetlaczem 0,96" SSD1306

Trzeci plik to, jak wspomniałem, do symulacji w SimulIDE - trzeba rozpakować.

Myślę, że cena za wszystkie części nie przekroczy 70zł.

P.S.
Proszę nie przenosić tego posta do działu DYI ! Ani do żadnego innego działu.

Jak wygląda sprawa z harmonicznymi na wyjściu nadajnika?
Pytam z ciekawości bo znam kilka osób które budowały takie syntezy ale po obejrzeniu widma częstotliwości zrezygnowały z takiego rozwiązania na rzecz AD9851.
Po prostu AD9851 daje na wyjściu sygnał zbliżony do sinusa a na wyjściu Si5351 mamy prostokąt.
Fajnie by było obejrzeć na analizatorze widma co idzie w eter.

Swego czasu zbudowałem układ "generatora serwisowego" na module Si5351 z bajerami (odczyt, krok, zasilanie z akumulatorka kontrolowane z procesora i inne) ale generator był słyszalny w kilkunastu miejscach w paśmie. Zrezygnowałem z takiego pomysłu. Nawet nie brałem się za próby budowania filtrów. Jednak nie ma to jak AD9851. To zupełnie inna bajka pomimo znacząco wyższej ceny.

Cześć, kolego. Szczerze mówiąc, nawet nie zastanawiałem się nad harmonicznymi. Oczywiście zdaję sobie sprawę, że ten Si to generator typowo zegarowy o fali prostokątnej, ale byłem przekonany, że te harmoniczne zginą na licznych filtrach Radmora. Jednak sprawdzę to i jak nadarzy się okazja, to zbadam je analizatorem, jak tylko będę w domu.

Tymczasem wrzucam kolejny HEX do Arduino, w którym dodałem menu kalibracji kwarcu Si5351. Częstotliwość kalibracji od razu jest wpisywana do modułu podczas kręcenia enkoderem, tzn. możemy mierzyć częstotliwość "w locie". Do menu kalibracji wchodzimy przez długie przytrzymanie SCAN, tzn. klik enkodera.

Skoro została zachowana oryginalna architektura radiotelefonu (czyli powielanie 18-krotne, modulator fazy na początku), to byłbym optymistą co do harmonicznych idących przez cały tor nadawczy. W kolejnych powielaczach są filtry pasmowe nastrojone na kolejne częstotliwości wyjściowe po powieleniu. Również zasada działania powielacza wymaga skorzystania ze zniekształceń sygnału, który nie może być czystą sinusoidą, a i wzmacniacz mocy w klasie C jest silnie nieliniowy, z czym muszą sobie poradzić filtry na wyjściu nadajnika. Ale oczywiście wypada sprawdzić.

Ja bym dla spokoju sumienia dał filtr dolnoprzepustowy (może kaskadę 2 ogniw 1. rzędu) na wyjściu generatora Si5351, żeby trochę złagodzić zbocza. I tak prawdopodobnie amplituda prostokąta jest za duża i wymaga lekkiego stłumienia.

@Hektar Zahle.r Tak w ogóle to serdeczne wyrazy uznania i gratulacje. Ja mam kilka typów urządzeń Radmor z ery kwarcowej czekających na lepsze czasy. Od iluś lat chodził mi po głowie dokładnie takiego rodzaju pomysł - minimalna modernizacja polegająca na zastosowaniu "syntezy kwarcowej" i nawet wyprowadzeniu modułu sterowania i wizualizacji poza obudowę, żeby nie demolować oryginalnego panelu czołowego. Bo te wszystkie konstrukcje sprzed 20-30 lat polegały na wyrzuceniu z nadajnika niemal wszystkiego i pozostawieniu jedynie stopnia sterującego i stopnia mocy. Ale uczciwie przyznam, że rozważałem generator oparty na AD9851. Kolega @Hektar Zahle.r siadł i zrobił coś, o czym ja tylko myślałem. Dałbym plusik, gdyby nie to, że pierwszy wpis wątku na to nie pozwala.

Dzięki, kolego, za słowo otuchy. No to jest nas dwóch.

I znów posiedziałem nad kodem, i wymyśliłem sobie taki układ ikon:



Dodałem tu kilka rzeczy, a mianowicie:

- czwarty przycisk trybu pamięci MEM (wyprowadzenie D8), który działa w zapętleniu 0...9...VFO...0...9...,itd.
- dodałem skanowanie kanałów, podczas gdy jesteśmy w trybie kanałów
- miejsce dotychczasowej ikony SC zajmują teraz na przemian VFO | MEM | SC | MS (patrz obrazek powyżej)
- skaner zatrzymuje się po wciśnięciu PTT tak, aby można było swobodnie posłuchać znalezionej rozmowy
- efekty wizualne

Obsługa:

A zatem wyposażyłem syntezę w 10 kanałów. Podczas gdy jesteśmy w trybie pamięci, ustawiamy częstotliwość (plus subton CTCSS, jeśli chcemy) enkoderem i trzymamy przycisk MEM do czasu, aż pokaże się komunikat "Zapisano do M0...9" (działa to tak jak wejście do menu kalibracji). Jeżeli wcześniej był ustawiony dany subton dla przemiennika, wówczas w trybie kanałowym zostanie on przywołany z pamięci (nie trzeba ustawiać ponownie). Na zaktualizowanym schemacie zaznaczyłem przycisk SCAN, suwak potencjometru dla wejścia A0 S-metr (do testu) i nowy przycisk na D8. Dodam jeszcze, że podczas skanowania można klawiszem MEM przełączać się wygodnie między SC/MS, tzn. VFO scan/memory scan.



W przyszłości planuję dodać kilka pozycji menu takich jak zakres częstotliwości odbioru, czasy reakcji skanera itp. Ale to już przesiadka na inny kotroler z większą pamięcią flash, bo wsad do Arduino Nano zajmuje za dużo i konieczna była rezygnacja z bootloadera. W efekcie tego wsad należy wgrać za pomocą programatora, np. takiego jak USBasp plus adapter KANDA 6 wyprowadzeń. Układ został przetestowany pod kątem logicznym i wg mnie działa poprawnie, ale kto wie, czy nie zawiera błędów...

Wreszcie moja wymarzona synteza działa tak, jak chciałem, a teraz trzeba będzie pomyśleć nad +5 V zasilania z ujemnego 24V .

Plik HEX w załączniku, plik symulacji dla SimulIDE także - zapraszam do testów.

Edycja wpisu.

Znalazłem kilka błędów, naprawiłem, przetestowałem i podmieniam HEX - mam nadzieję - już ostatecznie.

P.S. Taką przetwornicę znalazłem:
AM1S-2405SZ AIMTEC https://www.tme.eu/pl/details/am1s-2405sz/przetwornice-dc-dc/aimtec/
Ale czy to na pewno separacja galwaniczna będzie, żeby móc zasilić Arduino z -24 V?

Oj, zazdroszczę pojemności życiowej na takie zajęcia. Ja i moje radiotelefony Radmora musimy poczekać.

Myślałem po moim poprzednim wpisie o kwestii zasilania i plusie na masie w 3031, a tu @Hektar Zahle.r się tym zajął w kolejnym wpisie. Murzynek jest pod tym względem przyjemniejszy, bo na 12 V i w dodatku z minusem na masie (tego drugiego nie jestem na 100% pewny, a instrukcje serwisowe mam w szafie zastawionej pudłami).

Co do przetwornicy: może ona nie naśmieci, pewnie bardziej Si5351 to zrobi potencjalnie przez zasilanie. Czy nie trzeba by przejrzeć kondensatorów na zasilaniu w oryginalnej radmorowskiej części zmodernizowanego radia? No bo rodzina 3001 nie była projektowana dla szybkich przebiegów prostokątnych występujących w układzie.

A dlaczego by nie zastosować stabilizatora -5 V (typu 7905), ewentualnie z prestabilizatorem (np. -15 V, 7915)? Separację galwaniczną można zapewnić jakimiś transformatorami w.cz. między wejściem pierwszego powielacza heterodyny i wejściem modulatora fazy.

Oczywiście część z Arduino + Si5351 musi być starannie odizolowana tak, żeby uniemożliwić nawet przypadkowe zwarcie między masą/chassis radiotelefonu a masą modułów Arduino + Si5351. Złącza SMA na płytce Si5351 są do demontażu... Ja w moich rozmyślaniach zakładałem, że moduł sterowania i moduł generatora zostaną wyniesione poza obudowę radia.

Witam po krótkiej przerwie. No i doszła zamówiona przetwornica AM1S-2405. Podłączyłem zgodnie ze schematem poniżej i ku mojemu zadowoleniu działa, jak się można było spodziewać, tzn. jest pełna separacja galwaniczna między wejściem a wyjściem i kwestia zasilania syntezy z -24 V staje się rozwiązana. Pobór prądu przez Arduino + wyświetlacz + Si5351 to 40 mA, natomiast maksymalny prąd AM1S to 200 mA. Zatem jest spory zapas na opcjonalne sprawy.



Co do sprawdzenia harmonicznych, to obecnie dysponuję jedynie skanerem Icom R20 i mogę jedynie powiedzieć, że po podłączeniu kabelka 20 cm do 500 MHz zachowują się one "przewidywalnie", ale powyżej - zaskoczenie, bo sięgają powyżej 1 GHz i mają tam nawet większy odczyt na skali S-metra w tymże odbiorniku, niż na częstotliwości podstawowej. Zatem na pewno sięgają bardzo wysoko, bo i na słuch radio odbiera tam czysty sygnał (czystą nośną).

Witam ponownie. Aktualizacja HEX-a do syntezy Radmora.

No i posiedziałem. I wymyśliłem, jak upchać dosyć ciekawe i pożyteczne menu w i tak już wyczerpanej pojemności pamięci flash Arduino. Jak się okazało, dało radę odchudzić program przez zastąpienie "ciężkich" czcionek tymi "lżejszymi", nie tracąc na wyglądzie wyświetlanych informacji, dzięki czemu wprowadziłem także kilka istotnych zmian takich jak np. blokada nadajnika poza pasmem amatorskim, udogodnienia wizualne typu wyświetlanie komórki pamięci na całym ekranie podczas przełączania MEM czy np. ikonka skanera (MS+/-, SC+/-) w negatywie dla czytelniejszego zobrazowania, że aktualnie włączony jest skaner. Co ciekawe i niezwykle pożyteczne zarazem, udało mi się tak wyskalować przetwornik A/C, że skaner zatrzymuje się i wznawia skanowanie idealnie na wyświetlanej pozycji ze skali S-metra. Ponadto uczyniłem skaner niezwykle precyzyjnym dzięki osobnej regulacji tych dwóch progów. Wprowadziłem też kosmetyczną zmianę taką, że pamięci 0-9 zastąpiłem nową i czytelniejszą wartością 1-10. To dużo dla mnie znaczy, że nie trzeba było wymieniać kontrolera na taki z większą pamięcią flash, bo Nano kosztuje chociażby trzy razy mniej niż Nano R4.

Przejdę do prezentacji Menu w kolejności 1-6.

1. Kalibracja Xtal: kalibracja kwarcu modułu Si z krokiem ok. 20 Hz.



2. Zakres odbioru.
Dostępne trzy opcje: 144-146 MHz, 144-148 MHz, 136-174 MHz.



3. Zakres skanera.
Dostępne trzy opcje: 144-146 MHz, 145,200-145,800 MHz, całe wybrane pasmo.



4. Pauza skanera: czas od zaniku sygnału do wznowienia skanowania.
Dostępny zakres: 2-20 sekund oraz Hold, czyli skanowanie zatrzymane na stałe.



5. Próg otwarcia: jest to wartość na skali S-metra, powyżej której zatrzymuje skanowanie.
Dostępne wartości: 1-9S, +10, +20, +30 dB z krokiem 1S.



6. Próg zamknięcia: jest to wartość na skali S-metra, poniżej której wznawia skanowanie.
Dostępne wartości: 1-9S, +10, +20, +30 dB z krokiem 1S.



A tak wygląda ekran blokady nadajnika poza pasmem amatorskim.
Wówczas wyjście CLK1 (nadajnika) modułu Si jest nieaktywne, natomiast aktywne jest wyjście CLK0 (odbiornika) i S-metr odbiornika nadal działa.



Podczas aktywnej blokady Tx na wyprowdzenie D10 wystawiany jest stan wysoki 5 V do sterowania odcięciem przekaźnika nadajnika:



Zapraszam do testowania oprogramowania i liczę na podpowiedzi, co mogę jeszcze poprawić lub dodać.

Hektar Zahle.r napisał:

Jak ktoś chce potestować syntezę, to zapraszam na stronę:

https://simulide.com/p/downloads/

Po raz kolejny wyrazy podziwu i uznania (niestety platoniczne - czasu brak, żeby się włączyć jako tester). Kwestia czysto porządkowa: na schemacie brak wyjścia w kierunku modułu Si5351 - zakładam, że będzie sterowany liniami A4 (SDA) i A5 (SCL) wykorzystywanymi do komunikacji z wyświetlaczem, tak?

Tak, linie SCL i SDA są wspólne dla wyświetlacza i modułu Si. Co do test,u to możesz zasymulować ją w programie SimulIDE (patrz link wyżej). Synteza zachowuje się na symulacji w 100% tak jak w rzeczywistości. Przez co ja jestem pełen podziwu, jak można było zrobić tak dobry program symulacyjny. Nawet błędy są te same. Jedyne, czego brak, to moduł Si nie działa, bo go tam nie ma.

Witam ponownie.

Ciąg dalszy prac nad hex-em do syntezy -> co zostało dopracowane:

- po wyłączeniu zasilania pamięta także ustawiony tryb kanałowy (poprzednio pamiętała tylko tryb częstotliwość VFO)
- pamięta, że przed wyłączeniem zasilania był włączony skaner, tzn. wznawia skan po włączeniu ON/OFF (tak jak w skanerach typu Uniden)
- dodano pozycję ustawień 7. Czułość s-metra w zakresie 0,5-5 V z krokiem 0,5 V
- dodano krok 1 MHz poprzez "dwuklik" przycisku encodera, tzn. zostaje podświetlone xx MHz i zmiana co jeden MHz po "trzeciej funkcji przycisku SCAN" polegającej na podwójnym kliknięciu
- podświetlono aktywne funkcje takie jak np. aktualnie nadawany subton CTCSS, trwa zmiana komórki pamięci, trwa zmiana subtonu, trwa skanowanie, Tx, itp.
- podczas gdy jest otwatra blokada szumu (stop skan) wskaźnik SC/MS powoli miga
- w ustawieniach, pozycja 4. pauza skanera, dodano 0 s
- dodano detekcję mikrosekundowych "szpilek" s-metra żeby skaner działał niezawodnie

Nowa pozycja w ustawieniach.



Krok 1 MHz z podświetleniem.



Sygnalizacja aktywnych funkcji.



Przypomnę, że teraz przycisk encodera SCAN ma potrójną funkcję:

1. Normalny klik - skan.
2. Podtrzymanie 1,5 sek. - ustawienia.
3. "Dwuklik" czyli podwójne kliknięcie - krok 1 MHz z podświetleniem.

Prac dalszych już raczej nie przewiduję, bo wyczerpałem limit zasobów pamięci absolutnie. Myślę, że teraz Radmorek, z tą syntezą, stać się może się fajnym i przyjaznym TRX-em, bo działa to teraz naprawdę świetnie. A przede wszystkim jest tanio i łatwo.

P.S.

Jeszcze kilka słów odnośnie odchyłek częstotliwości modułów Si5351.

Mam takie dwa moduły (do porównania) i odchyłki na CLK0 (Rx) "po przemieleniu" przez scalak na ustawionym 144 MHz i kalibracji na 0 wyglądają tak:

- moduł nr.1 -> 33,328350 MHz -> odchyłka 3,350 kHz
- moduł nr.2 -> 33,328615 MHz -> odchyłka 3,615 kHz

A zatem różnica między nimi to 265 Hz.

Kalibracja tych modułów żeby było równe 33,325000 MHz +/- 20 Hz (bo taki jest krok kalibracji) na ustawionym 144 MHz wygląda tak:

- moduł nr. 1 -> 100500
- moduł nr. 2 -> 108500

Czyli mamy różnicy w kalibracji równe 8000.

Zachęcam do zainstalowania sobie programu SimulIDE do symulacji układu :

https://simulide.com/p/downloads/

Wsad w załączeniu - zapraszam do testowania.