Popularny odbiornik krótkofalowy na miarę XXI wieku

Projekt SP3FHI i SP3VZX

Cyfrowy tor m.cz.

DigiReX to pierwszy na świecie amatorski odbiornik w klasie najprostszych urządzeń, w którym sygnał m.cz. przetwarzany jest na postać cyfrową.

DigiReX został zaprojektowany jako urządzenie o bardzo prostej konstrukcji a jednocześnie bogate funkcjonalnie. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu mikrokontrolera firmy Atmel. Oprócz typowych funkcji sterowania spotykanych w innych konstrukcjach mikrokontroler funkcjonuje jako część toru m.cz. Korzystamy przy tym z wbudowanego przetwornika A/D a do konwersji D/A używamy prostej drabinki rezystorów. Odbiornik wyposażono w funkcje, które realizowane drogą tradycyjną wymagają stosowania dodatkowych układów wymagających oczywiście strojenia. W prostym urządzeniu kierowanym do niezbyt zaawansowanych lub wręcz początkujących konstruktorów jest to nie do zaakceptowania. Nie posiadają oni zwykle wymaganego oprzyrządowania a większy stopień skomplikowania wydłuża i utrudnia montaż co może wielu zniechęcić do próby budowy własnego urządzenia. Przeniesienie funkcji ze świata sprzętu w świat oprogramowania przerzuca część procesu budowy urządzenia na jego konstruktora.

Dostęp do sygnału w postaci cyfrowej umożliwił implementację S-metra, toru ARW (w tym sterowanie wzmacniaczem p.cz. Oraz ARW cyfrowe), skanera (we współpracy z komputerem PC) prawie bez wykorzystywania układów elektronicznych. Również w procesie strojenia wykorzystujemy informacje o sygnale. Dodatkowo uzyskując pełną kontrolę nad sygnałem doprowadzanym do wyjścia m.cz. Odbiornika zaproponowaliśmy technologię EPS (Ear Protection System – system zabezpieczenia słuchu), wyciszając sygnał przy przełączaniu zakresów i innych operacjach gdzie mogą pojawić się nieoczekiwane skoki poziomu sygnału.

Przetwarzanie A/D

Korzystamy z wbudowanego w ATMega przetwornika A/D o 10-bitowej rozdzielczości. Ponieważ przetwornik ten pracuje tylko w zakresie napięć dodatnich konieczne było dostosowanie poziomu sygnału wejściowego. Realizowane jest to na wzmacniaczu operacyjnym. Należy nadmienić, że proces regulacji tego układu jest wspomagany przez oprogramowanie na mikrokontrolerze co umożliwia uzyskanie idealnych parametrów bez stosowania przyrządów pomiarowych. Dodatkową korzyścią z przetwarzania na postać cyfrową jest dodatkowe filtrowanie spowodowane ograniczeniem pasma wynikającym z przetwarzania A/D. Przy zastosowanej częstotliwości próbkowania 8kHz otrzymujemy ograniczenie pasma do 4kHz. Zdecydowanie da się to odczuć porównując sygnał wychodzący z części analogowej z sygnałem po cyfrowym przetworzeniu. Poziom szumów w zakresie >4kHz ulega wyraźnemu obniżeniu zwłaszcza w zakresie 4-6kHz.

<>
Przetwarzanie D/A

Zastosowaliśmy najprostszy przetwornik D/A złożony z ośmiu rezystorów. Prosty filtr dolnoprzepustowy realizowany jest przez dołączenie pojemności do masy. Jak widać rozdzielczość przetwornika D/A wynosi tylko 8 bitów ale praktyczne próby dowiodły, że takie rozwiązanie jest wystarczające.

<>
ARW w torze analogowym

W analogowej części odbiornika zastosowaliśmy wzmacniacz p.cz. Sterowany napięciem. Sprzężenie z układem cyfrowym zapewnia cyfrowy potencjometr. Mikrokontroler analizuje sygnał na wejściu przetwornika A/D i na tej podstawie odpowiednio steruje układem wzmacniacza. Zakres dynamiki zależy oczywiście od parametrów układu analogowego; w naszym przypadku MC1350P to prawie 60dB przy wykorzystaniu pełnego zakresu regulacji. Możliwa jest regulacja szybkości działania ARW. Po wyłączeniu automatyki wzmocnienie może być regulowane ręcznie.

<>
ARW w torze cyfrowym

Przetwarzanie sygnału przetworzonego na postać cyfrową umożliwia stworzenie dodatkowego elementu “wirtualnego” toru ARW. W tym przypadku regulacja głośności uzyskiwana jest wyłącznie w drodze obróbki cyfrowej. Dostępne są opcje regulacji szybkości i głośności sygnału wyjściowego. Zakres dynamiki osiąga 45dB.

<>
S-meter

Mikrokontroler analizuje informacje o poziomie sygnału i łączy je z informacjami o ustawieniach ARW. Na tej podstawie uzyskuje przybliżoną wartość poziomu sygnału wejściowego i ustala wartość dla S-metra. Ponieważ procesor steruje tłumikiem antenowym to może uwzględnić wpływ ATT na wskazanie S-metra.

<>
EPS

Podstawą dla stworzenia EPS była obserwacja innych konstrukcji, w których często występują trzaski i nagłe zmiany głośności zaskakujące użytkownika a mogące negatywnie wpływać na słuch. Postanowiliśmy wprowadzić kilka nieskomplikowanych procedur, które znacząco obniżają i eliminują taki zdarzenia. Służy temu operowanie ARW w powiązaniu z operacjami użytkownika (np. Przy przełączaniu zakresu) a także wyciszanie toru m.cz. W trakcie operacji gdzie mogą pojawić się na wyjściu przebiegi nieokreślone (np. Po włączeniu).

<>
Jak widać zastosowanie dość prostego mikrokontrolera w nietypowy sposób umożliwiło realizację funkcji zwykle niedostępnych w tak prostych urządzeniach. Niestety mała moc obliczeniowa nie pozwala na wprowadzenie zaawansowanych funkcji przetwarzania takich jak filtry cyfrowe. Przeprowadzone próby wykazały możliwość realizacji funkcji kompresora ale być może będzie ona wykorzystana przy konstrukcji toru nadawczego. Niemniej wydaje się, że osiągnięte rezultaty są godne uwagi i podnoszą walory użytkowe naszego projektu.

© 2005 SP3FHI


Opracowanie stron SP3FHI (C) 2005
DigiReX (C) 2005 SP3FHI, SP3VZX