ПРИНЦИПЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ РАДИОСТАНЦИЙ.
ЦЕПИ, СОПРЯГАЕМЫЕ ПРОГРАММАТОРОМ
На сегодняшний день большое количество разнообразных радиоэлектронных средств (РЭС) имеет возможность обмениваться с окружающим миром через асинхронный последовательный интерфейс (UART). Таким образом программируются радиостанции, сотовые телефоны, обмениваются данными различные контроллеры, сканирующие приемники, декодеры и т.д. Чаще всего контроллер последовательного порта встроен непосредственно в микропроцессор РЭС. Однако для подключения к последовательному порту ЭВМ требуется отдельное устройство - программатор или интерфейс, рассчитанный на работу с сигналами компьютерного порта.
Рассмотрим программирование радиостанций через COM-порт компьютера. Современные профессиональные радиостанции как правило не имеют другого пути установки рабочих частот и прочих параметров. Производитель же не прилагает программатор к радиостанции, вынуждая пользователя либо приобрести его с соответствующим программным обеспечением за отдельную плату, либо каждый раз при необходимости изменить настройки программировать станцию у продавца. За отдельную же плату. Стоимость программатора превышает его себестоимость в десятки раз и достигает четверти стоимости радиостанции. Это похоже на покупку видеомагнитофона с кассетой, на которой записаны нужные вам передачи, но кассета заперта на ключ. И каждый раз, когда нужно сменить запись, приходится бежать в мастерскую. Не хотите - приобретайте ключ к кассетоприемнику за изрядную стоимость. Или представьте себе автомобиль с запертым капотом… А как же права потребителя ? И вообще, не слишком красиво зарабатывать деньги не на качественной собственной разработке, а на сокрытии небольшого количества вполне банальной информации. А именно: подавляющее большинство программаторов призвано инвертировать и согласовать по амплитуде уровни сигналов микропроцессора радиостанции и COM-порта.
Чтобы определить требования к программатору и составить его схему, подробно рассмотрим сопрягаемые им устройства. COM-порт современного компьютера состоит из микросхемы - контроллера последовательного порта и микросхемы-драйвера, приводящие внешние сигналы порта в соответствие с протоколом RS-232. Микросхема-драйвер принадлежит к многочисленному семейству MAX-2xx, MAX-32xx или их аналогам. Драйвер воспринимает как двуполярные входные сигналы размахом 25 В, так и ТТЛ-уровни. Внешние цепи и сигналы порта имеют следующие свойства:
- входные уровни: логическая единица - (-25…0,8) В, логический нуль - (2,4…25) В;
- входы драйвера соединены с землей внутренними резисторами (3…7) кОм;
- выходные уровни: логическая единица - (-5…-10) В, логический нуль - (5…10) В при нагрузке всех выходов относительно земли сопротивлениями не менее 3 кОм;
- допустимо долговременное замыкание на землю (но не на другой выход) выходов порта.
Таким образом, драйвер порта является инвертирующим буфером со сдвигом уровня.
ВНУТРЕННИЕ ЦЕПИ РАДИОСТАНЦИЙ, ОТВЕТСТВЕННЫЕ ЗА ПРОГРАММИРОВАНИЕ
Изучение схем радиостанций и штатных программаторов показывает: выход и вход программирования процессора через простую защитную цепь выведены на разъем внешней гарнитуры. Вход и выход программирования могут быть объединены между собой или с другими входами радиостанции. Рассмотрим более подробно цепи программирования радиостанций различных типов (рис. 1).
Рис. 1. Цепи радиостанций, ответственные за программирование
Для радиостанций фирмы KENWOOD характерны раздельные цепи приема RxD и передачи TxD информации. В мобильных станциях (рис. 1а) они снабжены защитными диодами к шинам питания, токоограничительными резисторами и помехоподавляющими конденсаторами. Входы процессора станции имеют внутренние подпирающие резисторы (pull-up resistor) к цепи +5В. Схемы носимых радиостанций KENWOOD более просты, роль защитных диодов играют внутренние цепи процессора (рис 1б - TK-378). Напряжения на входе RxD процессора должны быть следующие: логический нуль - не более 0,2 Е, логическая единица - не менее 0,8 Е, где Е - напряжение питания процессора. Вследствие разброса напряжений питания программатора и процессора радиостанции напряжение логической единицы следует подавать через токоограничивающий резистор, логический же нуль может быть низкоомным подключением к общему проводу (не зря же он общий). Выходную цепь - передатчик - программатора, таким образом, целесообразно выполнить в виде однотактного транзисторного ключа (рис. 1з), причем номинал сопротивления Rk должен обеспечивать заряд помехоподавляющей емкости за время, определяемое минимальным временем передачи логической единицы при данной скорости передачи данных.
Важное замечание. В радиостанциях KENWOOD TK-860G обнаружена следующая особенность: даже во время передачи данных внутренний подпирающий резистор на входе PTT не отключается. А так как его сопротивление может составлять 20 кОм, а R3 = 4,7 кОм, то низкий логический уровень на выходе TxD составляет порядка 1 вольта. То бишь имеет место, скажем так, эффект "высокого нуля". Это надо учитывать при разработке входной цепи - приемника - программатора.
Для радиостанций YAESU / VERTEX, как и всех последующих рассмотренных радиостаций характерны совмещенные цепи приема и передачи данных (клонирования). Цепь клонирования носимых станций VERTEX (рис. 1в - VX-10) может иметь конденсатор С1 до 1000 пФ и резистор R1 до 4,7 кОм в зависимости от конкретной модели. Авторы же FT-41R/11R (рис. 1г) вообще отличились, поставив два конденсатора по 1000 пФ и трехвольтовый процессор. Для эффективного заряда такой емкости в штатном программаторе, к примеру, стоит Rk = 12 кОм. При подключении такого программатора к цепи рис. 1в в режиме приема данных от станции возникает делитель между Rk программатора и R1 станции (рис. 1з), поскольку цепи приема и передачи программатора объединены. Низкий логический уровень при этом составит 1,4...1,5 В, то есть мы опять сталкиваемся с эффектом "высокого нуля". Увеличение Rk затягивает перезаряд емкости. По этой причине программаторы для радиостанций других производителей, любительские конструкции могут не работать с изделиями YAESU / VERTEX либо на прием, либо на передачу. Что характерно. Программаторы на основе широко любимой микросхемы MAX232 также будут ненадежны, ибо входной уровень логического нуля MAX232 гарантированно составляет всего 0,8 В.
Цепи клонирования мобильных станций YAESU / VERTEX (рис. 1е - FTL-1011/7011) лишены недостатков цепей носимых станций за счет усложнения помехоподавляющей цепи.
Грамотно выполнена цепь клонирования мобильных станций MOTOROLA (рис. 1д - GM-300), обеспечивающая весьма качественные логические уровни с крутыми фронтами. Комментарии излишни.
Выходные уровни цепи клонирования мобильных станций ICOM (рис. 1ж) создаются транзистором с открытым коллектором. Входные уровни определяются диодным ключом. Таким образом, и в данном случае применим однотактный транзисторный ключ на выходе программатора.
В свете всего вышеизложенного мы можем теперь сформулировать требования к программатору:
1. В цепи TxD должен быть однотактный ключ, при этом выходное напряжение не должно превышать 5 В во избежание повреждения слабозащищенных входов процессоров, как, например, в носимых радиостанциях KENWOOD. При этом желательна возможность изменять Rk ключа под станции конкретных производителей.
2. Цепь RxD должна иметь входной уровень логического нуля не менее 1,5 В для учета эффекта "высокого нуля", уровень логической единицы не более 2,7 В для работы с трехвольтовыми процессорами. Выходные уровни цепи RxD, они же входные для COM-порта, должны быть не хуже ТТЛ.
3. Питание программатора по возможности должно осуществляться от COM-порта и иметь минимальное токопотребление. Также следует предусмотреть питание от разъема радиостанции и внешнего источника.
4. Цепи передачи и приема данных с радиостанции должны допускать объединение с сохранением работоспособности.
5. Входные и выходные цепи программатора должны быть защищены от статического электричества и последствий их коммутации при включенном питании.
6. Следует предусмотреть возможность подключения переходников для программирования станций конкретных типов.
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ПРОГРАММАТОРА
Принципиальная схема программатора для COM-порта, удовлетворяющего перечисленным требованиям, представлена на рис. 2.
Рис. 2. Принципиальная схема программатора
Цепь TxD являет собой наш любимый однотактный ключ. Цепь RxD - классический триггер Шмитта с эмиттерной связью. Ее уровень логического нуля - не менее 1,7 В, логической единицы - не более 2,6 В, между уровнями сими - гистерезис. Стабилизированное питание +Е = +5 В обязано своим существованием микросхеме LP2950AC-5.0, хотя и стоящей порядка 25 рублей, но имеющей ток потребления не более 380 мкА (типично - 75 мкА) в режиме холостого хода. Общий ток потребления от порта составит 3 - 4 мА, причем основная его доля приходится на внутренний резистор порта (3...7 кОм, подробности см. выше) в цепи RxD. Микросхему LP2950 можно заменить на нашу КР1170ЕН5, при этом потребление возрастет на треть. На совсем худой конец 78L05 тоже сгодится. Однако отдельные экземпляры 78L05 своим собственным потреблением могут нагрузить порт так, что напряжения на входе может не хватить для режима стабилизации напряжения. Рекомендуется использовать 78L05 с внешним источником питания.
Указанные на схеме импортные транзисторы VT1, VT3, VT4 могут быть заменены на BC546, BC547, BC548 с любым буквенным индексом или отечественный КТ3102Е, VT2 - BC556, BC557, BC558 с любым буквенным индексом или отечественный КТ3107Е. Правда, последнее время отечественные транзисторы дороже и ниже качеством. От применения транзисторов КТ315 следует отказаться, поскольку, как показывает практика, нередко попадаются экземпляры, плохо работающие в ключевом режиме. Диоды - любые быстродействующие кремниевые, например LL4148 в корпусе для поверхностного монтажа, 1N4148 для монтажа в отверстие и т.д.
ПЕРЕХОДНИКИ К РАДИОСТАНЦИЯМ
Переходники для программирования некоторых типов станций приведены на рис. 3. Подключение к программатору удобно производить через подходящий разъем. Рекомендуем разъем DB9 как надежный и недорогой.
Важное замечание. Кабель, подключенный к цепям RRxD и RTxD, желательно взять экранированный либо многопроводный, но с малой емкостью между проводами. В противном случае при раздельных цепях RxD и TxD наводка с передающей на приемную цепь приведет к сбоям при программировании (проверено на практике с некоторыми радиостанциями KENWOOD).
 
  
  
 
  
 
 
Рис. 3. Цепи подключения к радиостанциям и телефонам
Рис. 4. Разъем к GP-340, переходник MOT-4 (чертеж К.В. Боханова)
Резисторы R1 в переходниках на KENWOOD служат для быстрого перезаряда входных емкостей, подключены параллельно R2 (он же Rk) программатора. Обратите внимание, что используемые фирмой KENWOOD стереоштеккеры диаметром 2,5 и 3,5 мм отличаются от стандартных диаметром фланца (металлического бортика). У стандартных штеккеров фланец имеет диаметр 8 мм по металлу (без учета корпуса). Штеккеры KENWOOD имеют внешний (включая корпус) диаметр порядка 5 мм, чтобы входить в резиновое кольцо уплотнения разъема. Поэтому при отсутствии штатных штеккеров следует не быть формалистом и сточить по контуру фланцы стандартных штеккеров, не повреждая резьбу под корпус, до диаметра 5 мм, и урезать соответствующим образом корпус.
Важное замечание. Большинство носимых радиостанций KENWOOD программируются просто подключением к ним штеккеров при выключеном питании. Некоторые станции требуется предварительно ввести в режим программирования. Так упомянутая ниже станция TK-353 вводится в такой режим нажатием и удержанием боковой кнопки, расположенной ниже PTT, и кнопки C при включении питания ручкой. При этом на индикаторе станции появляется надпись "--PC--". А радиостанция TK-250 в режим программирования вводится нажатием клавиш Lamp + Lo и включением питания.
Еще одно замечание. Для носимых радиостанций KENWOOD переходник целесообразно изготавливать на основе отдельных разъемов 2,5 и 3,5 мм, а не на основе штатного сдвоенного разъема, например, от гарнитуры KENWOOD. Это позволит надежно подключать данный переходник к некенвудовским станциям, где расстояние между разъемами и посадочные места могут несколько отличаться.
В переходниках на YAESU / VERTEX резистор R1 параллельно с R2 (он же Rk) программатора дает то самое требуемое сопротивление для перезаряда емкости. На вход штеккера для мобильных станций также подается сигнал на включение режима для программирования. Резистор R2 в переходнике для мобильных станций добавлен на всякий случай не столько для защиты программатора, сколько для защиты радиостанции при неправильном подключении. Люди-то все простые.
С помощью трехконтактного штеккера прошиваются старые радиостанции типа FT-11R, FT-41R. Применяемый для современных станций четырехконтактный штеккер, по правде, является достаточно редким. Его, если не удалось купить отдельно, можно взять от гарнитуры к носимым станциям VERTEX или из шнура для видеоаппаратуры, подключающего канал видео и стереозвука.
С помощью двухконтактного штеккера 2,5 мм программируются станции типа FTH-2008, FTH-2009, FTH-2010. Для ввода их в режим программирования надо выключить станцию, снять резинку, закрывающую кнопку передачи, переключить находящийся там тумблер (или замкнуть контакты, если он отсутствует) и включить станцию.
|
