Admin

Встраиваемый УКВ-приёмник Radiofix

М. ТКАЧУК, г. Алматы, Казахстан

-приёмник Radiofix, описание которого приводится далее, был разработан для встраивания и замены стандартного УКВ-блока в ретроприёмнике "Океан 209". Перестройка по частоте этого приёмника осуществляется с помощью сенсорного элемента, функции которого выполняет штатная металлическая пластина, вмонтированная в ручку для переноски. Внешний вид приёмника "Океан 209" при этом не изменяется. Основой приёмника является микросхема RDA5807FP, представляющая собой однокристальный УКВ-тюнер, который содержит все необходимые узлы и требует лишь небольшого числа внешних компонентов. Управляет этой микросхемой микроконтроллер (МК) PIC12F675-I/P по шине 12С. В приёмнике применена фиксированная настройка на радиостанции УКВ-диапазона. Единственным органом управления приёмником является сенсорный элемент. Частоты радиостанций УКВ-диапазона, вещающих в данной местности, заносятся в память МК, и перестройка происходит перебором частот. Громкость устанавливается регулятором громкости приёмника "Океан 209".

Для качественной перестройки имеющегося в ретроприёмнике "Океан 209" УКВ-блока с диапазона OIRT (65,9...74 МГц) на диапазон CCIR (87,5...108 МГц) необходимы специализированные приборы и некоторый запас радиоэлементов. Довольно подробно процесс перестройки описан в [1]. Однако этот путь показался довольно затратным по времени и ресурсам. Для поиска более простого метода внедрения диапазона CCIR были рассмотрены варианты, предлагаемые в сети Интернет. Как известно, там имеется много разных схемных предложений. Это различные приёмники на дискретных элементах и микросхемах. Также в интернет-магазинах можно приобрести уже готовые модули. Широко распространены схемы УКВ-приёмников с управлением от модулей Arduino разной сложности и на любой вкус. Применение в конструкции Arduino было отклонено, ведь уже не приходится говорить о простоте приёмника. Кроме того, использование возможностей Arduino в упрощённом приёмнике является нерентабельным.


За основу предлагаемого приёмника Radiofix была взята информация из статьи [2]. Здесь управление приёмником осуществляет МК серии PIC12F675 — это широко распространённый бюджетный МК. Приёмный узел выполнен на микросхеме RDA5807FP, основные плюсы перечислены выше. Отображение принимаемых частот не реализовано.
Схема приёмника Radiofix показана на рис. 1. Номера контактов, к которым он подключается, соответствуют схеме приёмника "Океан 209", которая приведена в [3]. Особенность приёмника заключается в том, что общим проводом является контакт 20, — плюсовая линия питания приёмника "Океан 209". На схеме можно выделить четыре узла. Первый — управляемый понижающий модуль питания А1 [4] с выходным напряжением 3,3 В, который обеспечивает стабильным напряжением все элементы приёмника. Второй узел — обработчик сигнала сенсорного элемента на логических элементах DD1—DD3 микросхемы CD4093B [5]. Эти элементы содержат на входе триггеры Шмитта и выполнены по КМОП-технологии, по
этому обладают высоким входным сопротивлением и низким энергопотреблением. Третий узел — управляющий МК DD2 [6], который по сигналу обработчика сигнала сенсорного элемента формирует по шине гС команды для управления микросхемой DA1. В память МК записаны все частоты местных радиостанций. Четвёртый узел — собственно УКВ-тюнер на RDA5807FP [7].

Работает встроенный в "Океан 209" УКВ-приёмник в следующей последовательности. При включении электропитания "Океан 209" работает в диапазоне, который выбран барабанным переключателем. Допустим, переключатель установлен в положение "УКВ". Появившееся на контакте 9 напряжение -4,4 В приведёт к открытию транзистора VT1, который, в свою очередь, зашунтирует базуУТЗ на общий вывод (контакт 20). Транзистор VT3 закроется и тем самым разрешит работу модуля питания. После инициализации МК DD2 передаст код частоты радиостанции в тюнер DA1. При включении всегда включается радиостанция, частота которой записана по умолчанию.


Сенсорная пластина подключена к выводам 1 и 2 (входам) элемента DD1.1 через резистор R2. Стабилитрон VD1 является защитным, а резистор R3 создаёт низкий логический уровень. При касании сенсора рукой наведённое напряжение поступит на входы элемента DD 1.1, на выходе которого появятся импульсы. Спад первого из них запустит одновибратор, выполненный на элементах DD1.2, DD1.3, СЗ, R9 и VD2. На его выходе (вывод 10 элемента DD1.3) установится низкий логический уровень на время, определяемое постоянной времени цепи C3R9, — около 680 мс. По истечении этого времени одновибратор вернётся в исходное состояние, и на его выходе будет высокий уровень. Если продолжать касаться сенсорной пластины, после сброса одновибратора на выводе 10 DD1.3 вновь установится низкий уровень. Следует заметить, что наведённое напряжение на входах 1, 2 DD1.1 по виду напоминает искажённую синусоиду частотой 50 Гц, но благодаря гистерезису элемент DD1.1 на своём выходе формирует прямоугольные импульсы. Низкий уровень запускает одновибратор DD1.2, DD1.3, а высокий сбрасывает его, но только после отработки времени выдержки. Такой режим продолжается всё время, пока длится касание к сенсорному элементу. Этот режим используется для быстрого перебора радиостанций.
Появление низкого уровня на входе 7 МК DD2 служит командой на смену принимаемой радиостанции, т. е. частоты УКВ-тюнера. При повторном появлении низкого уровня включается следующая радиостанция и т. д. Для этого приёмника в память МК DD2 записаны частоты двенадцати радиостанций УКВ-диа-пазона, вещающих в г. Алматы. Смена частот радиостанций для другой местности возможна только после перепрограммирования МК DD2. Об этом будет рассказано далее.
Управление тюнером DA1 осуществляется по шине 12С, входами являются выводы 7 и 8. Согласно требованиям протокола работы шины 12С, к этим выводам подключены подтягивающие
резисторы R8 и R10. Сигнал от штыревой антенны ретроприёмника через контакт 22 подаётся на вывод 4. А с выводов 12, 13 звуковые сигналы через разделительные конденсаторы С6, С7 и резисторы поступают на контакт 19. Это вход усилителя НЧ ретроприёмника.
Для написания и компиляции программного кода, загружаемого во Flash-память МК, использовалась интегрированная среда разработки MPLAB X IDE v6.10 совместно с компилятором ХС8 v2.36. К статье приложены исходные файлы radiofixmain.c, radiofix header.c, radiofixheader.h и скомпилированный hex-файл RADIOFIX.X. production.hex. Ввиду того, что МК серии PIC12F675 не имеет встроенных модулей 12С, соответствующий интерфейс был создан программно. Для этого использовались статьи [8] и [9]. В этой конструкции с целью упрощения и оптимизации программный код 12С работает только на передачу, от DD2KDA1.
Рассмотрим работу программного кода по исходному файлу radiofixmain.c. Для описания и навигации будем использовать номера строк. Итак, в строках 8—15 содержится информация о конфигурационных битах МК, которые настраиваются при сборке проекта. В строках 20—37 реализована функция проверки состояния входа 7 МК DD2, описание которой приведено в [10]. Строки 40—45 определяют настройки портов МК. В строке 47 введена задержка, необходимая для завершения переходных процессов и настройки
параметров микросхемы RDA5807FP по умолчанию. А в строке 51 инициализируется передача данных по стандарту 12С, параметры которого задаются в файлах radiofix_header.c, radiofixheader.h. Далее, в строках 52—56 проходит передача данных, а в строке 57 формулируется условие окончания передачи данных.
Рассмотрим этот участок кода более подробно. Передаваемые данные формируются согласно технического описания на микросхему RDA5807FP [7], там, в частности, в табл. 7 указано назначение регистров этой микросхемы. Подробно о работе с регистрами этой микросхемы можно ознакомиться в [11]. Там говорится о другом модуле УКВ-приёмника, однако всё актуально для микросхемы RDA5807FP. Отличия имеются в описании некоторых команд регистров. Управление работой RDA5807FP заключается в записи данных в его регистры. Есть ещё режим чтения данных из регистров, но, как мы определились ранее, в этой конструкции он не применяется. Регистры — 16-разряд-ные, данные передаются по 8 бит, начиная со старшего.
При включении питания регистры принимают значения по умолчанию в соответствии с табл. 7 из [7]. Далее, от МК DD2 начинается передача фиксированного стартового адреса (строка 52). После каждой операции записи происходит инкремент внутреннего счётчика DA1, и очередная запись данных будет выполняться уже для следующего регистра. Так происходит до тех пор, пока внутренний счётчик не дойдёт до границы записи, после этого он вернётся к своему начальному значению. В нашем случае данные передаются только в двух регистрах, это 02Н и ОЗН, которых достаточно для работы Radiofix. Остальные регистры содержат данные по умолчанию, которые загружаются при включении.
Далее в строках 53, 54 передаётся значение для регистра 02Н, это шестнадцатеричное число 0xD005. Преобразовав это число в бинарный вид 0Ы101 0000 0000 0101 и подставив в табл. 7 из [7], можем видеть, какие режимы включаются в приёмнике. Затем, в строках 55, 56 передаются данные для следующего регистра ОЗН. Этот регистр ответственен за настройку полосы рабочих частот, шага перестройки, рабочего канала, на котором ведётся приём. То есть загруженные в этот регистр данные определяют частоту настройки приёмника.
После завершения передачи данных (строка 57) программа переходит в строке 59 в начало цикла. А далее в строке 61 имеется оператор, который контролирует команды от функции проверки состояния вывода 7 МК DD2. Если на этом выводе присутствует высокий уровень, программа начинает исполнять операторы ниже строки 61. В нашем случае здесь низкий уровень, и программа возвращается в цикл функции проверки и там ожидает прихода низкого уровня на выводе 7 МК DD2. Приёмник при этом работает на частоте, данные о которой были записаны в DA1 при включении (строки 55, 56).
Если теперь кратковременно прикоснуться к сенсорному датчику, одновибратор установит на выво
де 7 МК DD2 низкий уровень. Программа после задержки (строка 27) возвращается с высоким уровнем в строку 61. Условие перехода программы выполнено, и она переходит в строку 63, Chan увеличивает своё значение на 1. Переменная Chan определена в файле radiofix_header.h, и ей присвоено значение 0.
Далее, в строке 64 присутствует оператор switch [12], предназначенный для организации выбора из множества различных вариантов того, который совпадает со значением Chan. В нашем случае будет выполняться case 1 всё то, что содержится в фигурных скобках, это строки 67—73, которые похожи на ранее переданные строки 51—57, за исключением содержимого регистра ОЗН. Тем самым приёмник будет настроен на другую радиостанцию. В строке 75 произойдёт выход из case 1, и выполняется строка 189, поэтому на выходе 6 МК DD2 появится высокий уровень, откроется транзистор VT2, и включится индикаторный светодиод,
указывающий, что настройка на новую радиостанцию выполнена. Далее в сроке 190 введена задержка на 1,4 с, затем при выполнении строки 191 индикаторный светодиод выключается, и в строке 194 программа возвращается в начало цикла. Встретив в строке 61 низкий уровень, она уходит в циклическую функцию проверки состояния вывода 7 DD2 и ожидает следующего касания сенсорного элемента. Если такое произойдёт, запустится процесс, аналогичный первому касанию, только произойдёт передача данных из case 2, так как переменная Chan станет равной 2. Если касание к сенсору будет длительным, включится перебор case, это то же самое, что и перебор принимаемых частот радиостанций. Время между переключениями будет чуть более 1,4 с.

Перед написанием новой (коррекции) программы должны быть известны частоты работы радиостанций УКВ-диа-пазона именно для данной местности. Для этого понадобится приёмник этого диапазона с цифровой индикацией. Изменению в программе подлежат значения регистров ОЗН. Если есть необходимость в большем числе принимаемых радиостанций, их можно добавить аналогично имеющимся case, продолжив их нумерацию. На форуме [13] можно найти информацию о расчёте частоты принимаемой радиостанции. Для облегчения и автоматизации процесса расчёта новых приёмных частот составлены вспомогательные таблицы Табл. I.ods и Табл. 2.ods, которые выполнены с помощью программы LibreOffice Calk.
В Табл. I.ods приведён наглядный пример определения значения приёмной частоты в шестнадцатеричном виде для занесения в регистр ОЗН МК. Имеются подробные пояснения. На основании этого примера составлена
Табл. 2.ods для автоматизированного расчёта значений приёмной частоты. Для вычислений используются встроенные функции программы LibreOffice Calk. Пользоваться таблицей очень просто. Во второй столбец вставляют численное значение частоты радиостанции, а в шестом получают код, который заносят в программу.
Для написания программы для МК DD2 с другими приёмными частотами создают новый проект в MPLAB X IDE. Выбирают МК PIC12F675, а для правильного отображения русских букв в пояснениях выбирают кодировку UTF-8. Расположение папок — по вашему усмотрению. После создания проекта в папке Header Files создают файлы radiofix header.c и radiofix header.h, а в папке Source Files — один файл radiofixmain.c. Затем в них вносят содержимое аналогичных файлов, приложенных к данной статье. Далее вносят изменения только в файл radiofixmain.c, остальные корректировать нет надобности. После внесения всех изменений, касающихся содержимого реги^ ~ компилируют прое.х. и загружают hex-файл в МК. В результате приёмник работает на новых внесённых частотах.
Встраиваемый приёмник Radiofix собран на макет л печатной плате с применением проводного монтажа, её внешний вид показан на рис. 2. Плата изготавливается строго по размеру платы УКВ-блока приёмника "Океан 209". Чтобы сохранить правильную работу верньерного устройства, на новую плату переносится конденсатор переменной ёмкости. О том, как правильно провести работу по демонтажу УКВ-блока, рассказано в [1]. Микросхемы DD1, DD2 установлены на плату через переходные панельки. Микросхема DA1 монтируется на переходной плате SOP16/DIP16. На выводах этой
платы смонтированы кварцевый резонатор ZQ1, катушка индуктивности L1 (для поверхностного монтажа) и не показанный на схеме блокировочный конденсатор ёмкостью 0,1 мкФ, который подключён между выводами 10 и 11 микросхемы DA1. Сама переходная плата закреплена на макетной плате с помощью проволочных перемычек на небольшой высоте над ней. Аналогично смонтирован модуль питания А1. Не показанный на схеме индикаторный светодиод BL-L502 зелёного свечения подключается с помощью гибких проводов катодом к резистору R4, а анод — к контакту 20 приёмника "Океан 209". Сам светодиод с помощью термоклея крепится с левой стороны на основание шкалы так, чтобы не мешать перемещению указателя. Особых требований к остальным деталям приёмника не предъявляется. В качестве фильтрующих конденсаторов питания применены конденсаторы К53-4А, возможна замена на любые оксидные.

Для организации проволочного вывода от сенсорного датчика надо снять ручку для переноски. Сама металлическая пластина со стороны контакта с корпусом имеет загибы внутрь. На таком загибе ближе к краю и в стороне от центра сверлят отверстие диаметром 1,5 мм. С помощью соответствующих по диаметру винта, шайб и гайки крепится отрезок тонкого гибкого изолированного провода. Затем в деревянном корпусе с правой стороны приёмника "Океан 209" под узлом крепления проводника сверлят углубление 5 мм с помощью сверла диаметром 6 мм. Нужно проследить, чтобы углубление не выходило за размеры ручки, отметки которой хорошо видны на корпусе. После этого в углублении сверлят отверстие диаметром 2 мм для провода. Отверстие нужно сверлить с наклоном, чтобы не встретиться с металлическими элементами корпуса. Во время окончательной сборки вывод сенсорного элемента подключается к центральному проводу экранированного кабеля. Экран в этом месте никуда не подключается.
Предварительную проверку собранного приёмника проводят без установки на своё место. При этом подбирают резистор R4, который влияет на яркость свечения индикаторного светодиода. От сопротивления резистора R12 зависит максимальная громкость УНЧ ретроприёмника, у которого конденсатор С96 должен быть удалён. При отсутствии ошибок в монтаже, программировании МК приёмник работает сразу.
Недостатком предложенного встраиваемого приёмника является невозможность оперативного изменения частот настроек, поскольку они фиксированы и занесены в память МК. Также отсутствует индикация частоты, что является неудобным. Применение сенсорного элемента, работающего за счёт наводок сети 50 Гц, вероятнее всего, приведёт к проблемам при работе в полевых условиях. Иногда возникали сбои работы сенсорного датчика при определённом положении сетевой вилки блока питания ретроприёмника в розетке. При смене фазировки вилки всё работает отлично. При работе от встроенной батареи также всё работает без сбоев.

Несмотря на указанные недостатки, получился несложный и качественный встраиваемый УКВ-приёмник. После его установки в "Океан 209" приём в УКВ-диапазоне стал без помех, не наблюдается ухода частоты. В результате работа приёмника стала более стабильной. Применение фиксированной настройки имеет свои положительные стороны, ускоряется время перестройки на станции. Ведь нет необходимости при настройке сканировать весь диапазон, на котором, кроме полезных сигналов, имеются помехи. Недостатки работы сенсорного датчика, вероятно, удастся решить путём доработки или замены трансформаторного блока питания "Океана 209". Да и работа с этим недостатком возможна, ведь "Океан 209" обычно устанавливают на определённом постоянном месте. При этом всегда имеется возможность подключения питающей вилки с определённой фазировкой к сети. Если всё же появится желание отказаться от сенсорного датчика, такая возможность имеется. Для этого удаляют микросхему DD1 и все её элементы обвязки. Между выводами 7 и 1 МК DD2 подключают подтягивающий резистор сопротивлением 10 кОм. Механическую кнопку с самовозвратом включают между выводами 7 и 8 МК. При управлении кнопкой работа приёмника Radiofix остаётся прежней.
Возможна адаптация этого приёмника для работы с другими ретроприёмниками. Построение этого УКВ-приёмника является хорошим стимулом к изучению основ радиоконструирования и программирования МК.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лохни X. Радиоприёмники семейства "Океан” и Selena. УКВ-блок. — Радио, 2023, № 11, с. 9—19.
2. Три приёмника УКВ на RDA5807.
1. Простой УКВ ЧМ (FM) приёмник 76—108 МГц из 10 деталей. — URL: https://www. radiokot.ru/circuit/analog/receiv transmit/ 11 41/(25.01.2024).
3. Кузнецов И., Кацман E. "Океан 209". — Радио, 1977, № 10, с. 36—38.
4. Понижающий модуль питания, ми-ни-DC-DC от 12 до 24 В до 5 В 3 А, понижаю- I щий преобразователь напряжения, регули- I руемый 1,8 В, 2,5 В, 3,3 В, 5 В, 9 В, 12 В. — URL: https://aliexpress.ru/item/10050020 65822127.html?spm=a2g2w.orderdetail.0. 0.30de4aa6k7qEI7&sku_id=12000018615 717858(25.01.2024).
5. CD4093B Types. — URL: https://www. promelec.ru/fs/sources/ae/a5/77/6f/ 969abfb48b1a5b2fed620866.pdf (25.01.2024).
6. PIC12F629/675 Data Sheet. — URL: https://www.evselectro.com/image/data/ ' datasheet/pid2f675.pdf (25.01.2024).
7. RDA5807FP. Single-Chip Broadcast FM Radio Tuner. — URL: https://opendevices. ru/wp-content/upl oads/20 1 5/1 0/ RDA5807FP.pdf (25.01.2024).
8. Программное обеспечение l2C для микроконтроллера PIC. — URL: https://tri-iuh. blogspot.com/2012/11 /software-i2c-for-pic-microcontroller.html (25.01.2024).
9. PIC12F675 i2c (bit banging) code. — URL: https://saeedsolutions.blogspot.com/ 2012/11/pic12f675-i2c-bit-banging-code-proteus.html (25.01.2024).
10. PIC. Урок 4. Кнопка. — URL: https:// na rod st ream.ru/pic-urok-4-knopka/ J (25.01.2024).
11. Про Ардуино и не только. Радио на RDA5807M. Часть 1. — URL: https://tsibrov. blogspot.com/2019/11 /rda5807m-part1. html (25.01.2024).
12. Обучение: Программирование на Си для PIC. switch-case-break (выбрать набор и выйти). — URL: https://www.labkit.ru/html/ I C_for_PIC?id=410 (25.01.2024).
13. Расчёт частоты приёма для RDA5807M. — URL: https://www.radiokot.ru/ forum/viewtopic.php?f=61 &t=112746&sid= 9731 b79b6dfd cd1 d941 b097861 08f4f (25.01.2024).
От редакции На нашем FTP-сервере по адресу http://ftp.radio.ru/pub/2024/ । ОЗ/ukw.zip находятся файлы проекта и упомянутые в тексте таблицы.