КВ любительский SSB приёмник на STM32: R4A-103

Краткое описание:

Приёмник предназначен для приёма любительских CW и SSB станций в КВ диапазонах: 40 m, 20 m, 15 m, 10 m.

Немного перекрываются вещательные диапазоны и имеется диапазон Citizen`s Band (27 - 28 MHz).

Управление приёмником осуществляется стилосом с помощью тачскрина TFT дисплея.

Реализованы следующие функции:

• электронное переключение диапазонов
• электронная регулировка громкости
• клавиатура для ввода частоты и шага настройки
• контроль напряжения 3.3 вольта
• сканирование по диапазону
• графическое управление частотой и громкостью
• плавная настройка

Полностью отсутствуют различные ручки управления, переменные резисторы, энкодеры. Функции и управление устройством более подробно будут рассматриваться ниже, в описании ПО.

Приёмник уверенно принимает любительские и вещательные радиостанции удалённые на тысячи километров. Избирательность по соседнему каналу зависит от полосы пропускания применённого фильтра.

В устройстве основной акцент сделан на цифровой части и программном обеспечении. Аналоговая же, приёмная часть выполнена по простой супергетеродинной схеме, с промежуточной частотой 455 КГц. При желании, схему можно легко  усовершенствовать и, таким образом, использовать описанное здесь программное обеспечение для любого, более сложного схемотехнического решения. Например, можно добавить ЭМФ, кварцевые фильтры, АРУ, изменить значение ПЧ и т.п. При необходимости, в ПО необходимо будет учесть боковые полосы ВБП и НБП.

Питается устройство от напряжения 9 - 12 Вольт, потребляемый ток составляет 250 мА.

Принципиальная схема приемника:

Входной сигнал поступает с антенны на микросхемы U7, U9, U11, U13  - аналоговые ключи 74LVC1G3157GW, благодаря которым происходит коммутация с входными контурами приёмника. Далее, через микросхемы U8, U10, U12, U14 происходит коммутация контуров с микросхемой-смесителем U4 (SA612A).

В качестве синтезатора частоты используется микросхема U2 (SI5351A).

На микросхему U4 поступают как входные сигналы, так и сигнал с синтезатора частоты, настроенного выше по частоте на 455 КГц.

Эти сигналы перемножаются, и на выходе смесителя образуется, в том числе, разность этих частот, равная 455 КГц, которая поступает на фильтр Q1. После фильтра, сигнал поступает на микросхему U3 (SA612A), где сигнал вычитается с опорным гетеродином, выполненном на резонаторе X2, с частотой 455 КГц.

С выхода микросхемы U3, низкочастотный сигнал поступает на цифровой потенциометр U5 (AD5245), который выполняет функции регулятора громкости и далее на усилитель НЧ на микросхеме U6 (LM386).

Управление синтезатором частоты и цифровым потенциометром осуществляется по шине I2C с помощью микроконтроллера U1 (STM32F103C8T6). Также, с помощью данного микроконтроллера осуществляется управление аналоговыми ключами. Вывод информации, а также управление устройством происходит с помощью TFT дисплея LCD1 с тачскрином.

Печатная плата: 

Печатная плата спроектирована в Протеусе и выполнена методом ЛУТ. Вместо двухстороннего монтажа, со стороны компонентов  использованы проволочные перемычки. Также, необходимо установить перемычку между входом усилителя на LM386 и электронным потенциометром, согласно схеме (она не указана на рисунке печатной платы).

Компоненты: 

Микросхемы: LM386, корпус SO-8 (1 шт.), SA612A, корпус SO-8, (2 шт.), SI53531A, корпус - переходник SOP-10 to DIP (1 шт.), AD5245, корпус SOT23-8 (1 шт.), 74LVC1G3157GW, корпус SOT23-6 (8 шт.). Именно под данные типы корпусов разработана плата в Proteus.

Микроконтроллер: плата Blue Pill с чипом STM32F103C8T6 (на Ali)

TFT дисплей: здесь следует быть внимательным! В нашем случае, используется экран с параллельным интерфейсом (не SPI!) и с драйвером SPF5408. Это тот дисплей, который работает с библиотеками ардуино для SPF5408! Так как есть похожие экраны с другими драйверами и другими интерфейсами, то их легко перепутать. 

Фильтр на 455 КГц использован от фирмы Murata с полосой пропускания 8 КГц.

Входные контура: каркасы с сердечниками использованы от советских радиоприёмников. Количество витков: 7 МГц - 12, 14 МГц - 8, 21 МГц - 5, 28 МГц - бескаркасный контур с посеребрённым проводом, диаметр контура - 7 мм, количество витков - 5. Все катушки - с отводами примерно от 2/3 с начала витков относительно земли.

Налаживание устройства:

Настройка входных контуров осуществляется регулировкой ёмкостей и индуктивностей. Предварительно, контура удобно настраивать по прибору NWT, анализируя графики резонансов и подбирая число витков катушек и ёмкости конденсаторов, а затем - при подаче постоянного сигнала VFO с NWT, при включенном приёмнике, на середине каждого диапазона - настраивать контура по уровню громкости.

Калибровка резонатора X2. Необходимо частотомером замерить частоту генерации резонатора, т.к. она может отличаться от 455 КГц и занести это значение в макрос программы. В моём случае, это значение составляет 450 КГц.

#define IntFreq 450000

(В принципе, можно в качестве второго гетеродина использовать второй выход микросхемы Si5351.)

Калибровка SI5351A. К сожалению, здесь программная калибровка не предусмотрена, и она была проведена вручную,с помощью измерения частоты генерации частотомером. Значения отклонений частоты записаны в макросы:

#define IntFreq_7  1200

#define IntFreq_14 2100

#define IntFreq_21 2800

#define IntFreq_28 3700

Установка частоты, например, на диапазоне 7 МГц, производится в следующей строке:

si5351_set_frequency(CLK0, freq + IntFreq - IntFreq_7);

Тем самым, необходимо обеспечить значение:

(IntFreq - IntFreq_7) равным значению промежуточной частоты, т.к. частота генерации синтезатора должна быть выше на промежуточную частоту.

Калибровка тачскрина осуществляется следующим образом: необходимо раскомментировать данный участок программы, а все дальнейшие строки программы закомментировать.

 Тем самым, программа войдёт в указанный цикл. Теперь, при включении устройства необходимо нажимать стилосом на крайние участки экрана по X и по Y и вручную записать значения, отображаемые на экране, в макросы заголовочного файла Touchscreen.h, например:

#define   X_START    660

#define   X_END    3700

#define   Y_START    3640

#define   Y_END    550

Это значения АЦП тачскрина при нажатии на экран.

Затем необходимо вручную рассчитать следующие значения XD и YD и записать их в макросы:

XD = (X_END - X_START)/320, YD = (Y_END - Y_START)/240;

#define   XD    9.5

#define   YD    12.79

Возможно, калибровка экрана и не потребуется, необходимо её произвести лишь при неправильной работе тачскрина.

Также, если тачскрин будет неправильно отображать нажатия, необходимо увеличить данную задержку:

#define   ILI9341_TOUCH_DELAY    200

В моём случае, при данной задержке и при уверенном нажатии стилосом, тачскрин работает стабильно.

Устранение помех: поскольку цифровая часть схемы физически проходит рядом с приёмной частью, был проведён комплекс работ по устранению различных помех.

Во-первых, возле питающих выводов всех микросхем должны быть установлены конденсаторы 0.1u, плюс электролитические конденсаторы на 10 u. Эти же ёмкости ставятся на питающий вывод +5V TFT дисплея прямо на плате дисплея!

Во-вторых, желательно установить дроссель последовательно по питанию 5V, его значение подбирается по устранению характерного шума возбуждения, в моём случае, это значение 100 микро Генри.

В-третьих, источник питания должен быть высококачественным, дешёвый китайский импульсный адаптер может давать помехи в эфир. Можно использовать простой аналоговый блок питания.

Налаживание усилителя НЧ заключается в установке необходимого коэффициента усиления регулировкой резистора R4. Если закоротить этот резистор, то усиление будет максимальным (но LM386 может возбуждаться), если убрать R4 вместе с C22 - то минимальным.

Для того, чтобы не возбуждался цифровой потенциометр AD5245, необходимо в непосредственной близости от него установить конденсаторы по питанию.

К сожалению, в устройстве присутствует небольшой шум при перерисовке экрана. Он наводится от линии данных D0-D7. В момент, когда пользователь не нажимает на экран - шума нет, так как нет обмена данными с экраном. Этот шум удалось минимизировать обмотав провода D0-D7 экранирующим проводом. Но, вероятно, лучше эту линию провести кабелем с экранирующей оплёткой.

Программное обеспечение:

Программное обеспечение позволяет сделать управление устройством удобным и современным. На прилагаемых фотографиях изображены меню и различные функции управления устройством. 

Некоторые нюансы работы ПО:

При включении устройства, попадаем в меню выбора диапазона.

При выборе частоты с клавиатуры, ввод производится в килогерцах, а при выборе шага настройки - в герцах.

Кнопка  Esc отменяет ввод, кнопка Ent - подтверждает.

Вводить частоту можно только в рамках указанного диапазона.

Во время сканирования, некоторые функции отключены, для возобновления их работы необходимо нажать кнопку Stop.

При выборе диапазона 10 m, пользователь сразу попадает на частоту сигнала дальнобойщиков: 27.135 MHz.

Все библиотеки и файл main.c находятся в исходниках, также выложен файл .hex.

В устройстве, используется 68.37 % памяти FLASH (от полных 64 кб) и 2.32 % памяти RAM.

SYSCLK, тактовая частота шин, предделители, латентность, - установлены в библиотеке Malkin_System_Clock:

SYSCLK должна быть равна 32 МГц.

Должен использоваться HSE - внешний кварц 8 МГц.

С помощью делителей, SYSCLK делится на 16, и FAPB_1 должна быть равна 2 МГц. Это необходимо для правильной работы линии I2C.

Адрес I2C SI5351: 0x60. (установлен в макросе si5351.h)

Адрес I2C AD5245: 0x2C (d’44’) (установлен в main.c в setVolume()).

Если по линии I2C будут ошибки, например, при обрыве линии SCL или SDA, то предусмотрено отображение этих ошибок на экране с их описанием.

Программа написана в среде Atollic True Studio. Прошивка осуществляется программатором ST LINK V2 (на Ali).

Цена устройства невелика: TFT дисплей около 350 р, 150-200 р - BLUE PILL, 50 р - AD5245, 80 р - SI5351, остальные компоненты имеют очень низкую цену. В итоге, цена устройства не выше 700-800 рублей.

Теги:

• STM32
• Радиоприем
• Микроконтроллер
• Proteus