Всем привет! В этой статье вы познакомитесь с инструкцие по сборке очень классного FM/AM приёмника. Собран он по супергетеродинной схеме. У меня времени ушло всего два выходных. При наличии опыта в радиоконструировании, программировании, и наличи е ровных рук вы смело повторите конструкцию и останетесь довольны.
Итак, Вы решили использовать в своем приемнике (конструкции) схему цифрового синтезатора частоты. Расписывать тут подробно теорию синтезатора частот я не планировал. Вкратце – синтезатор состоит из трех узлов: формирователя опорной частоты (состоящего из генератора и делителя), ГУН-а (гетеродина) плюс управляемого делителя его выходной частоты, и схемы сравнения этих частот (поделенных – ГУН-а и опорной). Перестройка синтезатора по частоте производится изменением в делителе частоты ГУН-а его коэффициента деления. Схема сравнения частот при этом управляет ГУН-ом таким образом, чтобы его выходная частота (поделенная на коэффициент) совпала со сформированной опорной. Кому нужно подробнее, за сим, извиняюсь, – “к учебникам”…
В своем “Ресивере…” [1] в качестве основы синтезатора я использовал специализированную микросхему LM7001 фирмы Sanyo в типовой схеме включения. Выбор на нее пал по банальной причине доступности и низкой цены (около $1). Можете почитать datasheet на микросхему (лично я настоятельно советую сделать это очень внимательно).
Управляется синтезатор командами, передаваемыми по последовательному интерфейсу. И если в Вашей конструкции предполагается, что синтезатор всегда формирует одну-единственную частоту, то тут еще может можно обойтись тремя регистрами с параллельным входом и последовательным выходом, но в случае необходимости перестройки частоты, без процессора управления, увы, не обойтись. Смотрите сами – ниже приведена структура управляющего слова:
Как видим, нам необходимо “послать” в ИМС три байта (24 бита), содержимое которых полностью определяет ее работу. Может быть, я назвал эти биты несколько вольготно, но, так попонятней будет… Пройдемся по содержимому “управляющего слова” немного подробней (но !!! самое полное изложение все-равно – только в оригинальном datasheet )…
Коэффициент деления делителя – (биты D0-D13) Это как раз и есть делитель – значение, на которое делится измеряемая частота ГУН-а перед сравнением с опорной. Изменяя коэффициент, управляют частотой, на которую настроен синтезатор. При работе в диапазоне FM (бит S установлен в “1”; сигнал от гетеродина поступает на вход FMIN микросхемы) используются все 14 бит (с D0 по D13), в диапазоне AM (бит S сброшен в “0”; сигнал от гетеродина поступает на вход АMIN микросхемы) – только с D4 по D13.
Биты тестирования ИМС – (биты T0,T1) как следует из названия, используются в техпроцессе производства для тестирования произведенных микросхем. В “нормальной” эксплуатации всегда должны быть установлены в “ноль”.
Переключение диапазонов – (биты B0-B2 и BT). Биты B0-B2 не имеют никакого отношения к частоте, на которую настроен синтезатор, а всего лишь определяют выходные уровни на выводах ВО1-ВО3 микросхемы. Выводы эти предназначены для управления внешними элементами коммутации, переключающими поддиапазоны в гетеродине и/или цепях тюнера (например, входные и нагрузочные контуры УВЧ). Если же биты В0-В2 установлены в “ноль”, то в этом случае выходные уровни на выводах ВО1-ВО3 микросхемы определяются значением битов R0-R2. Бит ВТ управляет подачей сигнала т.н. измерительной (Time Base) частоты на вывод ВО1 микросхемы. Когда бит ВТ сброшен в “ноль”, состояние вывода ВО1 определяется значением битов В0-В2 (или битов R0-R2), если же он установлен в “1”, на выводе ВО1 микросхемы присутствует меандр частотой 8 кГц.
Опорная частота – (биты R0-R2) позволяют выбрать опорную частоту поступающую на схему сравнения (из ряда: 1, 5, 9, 10, 25, 50 и 100 кГц), и, собственно, определяющую (равную) шаг перестройки синтезатора по частоте. Кроме того, если биты В0-В2 установлены в “ноль”, то значения битов R0-R2 определяют также и выходные уровни на выводах ВО1-ВО3 микросхемы. По сути, эти биты устанавливают коэффициент деления сигнала кварцевого генератора внутри ИМС, а т.н. “шаг” по сути – частота, подаваемая на схему сравнения в качестве опорной.
Выбор входа – (бит S) переключение диапазона: FM (бит равен “1”; при этом сигнал от гетеродина должен поступать на вход FMIN микросхемы) или АМ (бит равен “0”; при этом сигнал от гетеродина должен поступать на вход АMIN микросхемы).
Еще одно необходимое отступление перед тем, как перейти к непосредственно процедурам управления. Про приемники. Точнее – про частоту, которую должен выдавать синтезатор частот. Итак, супергетеродинный приемник состоит из следующих узлов: УВЧ (может и отсутствовать), смеситель, гетеродин, УПЧ, детектор. На выходе детектора присутствует уже принятый сигнал, что с ним дальше делать – дело Ваше, тут я рассматривать не буду. Детектор тоже опустим. Начнем с того, что основное усиление супергетеродинного приемника происходит на промежуточной частоте и сосредоточено в УПЧ. Чтобы получить эту самую промежуточную частоту, в приемник установлены смеситель и гетеродин (роль которого в нашем случае выполняет тот самый синтезатор частот на LM7001). Промежуточная частота формируется на выходе смесителя и фактически является разностью частоты принимаемого сигнала и частоты гетеродина. Причем, вычитать можно как принимаемый сигнал из гетеродина (т.н. “верхняя настройка гетеродина”), так и гетеродин из принимаемого сигнала (т.н. “нижняя настройка гетеродина”). Неоднократно читал, что лучшим считается вариант с “верхней настройкой”. Почему – всех доводов я уж и не помню, но там “что-то было про помехи”… Как следствие, выбрал я для себя “верхнюю настройку” гетеродина. При этом частота, на которой должен работать гетеродин будет выше частоты принимаемого сигнала на величину промежуточной частоты:
Fгет = Fсиг + Fпч
Теперь, собственно, про управление. Для начала определимся с тем, что и как мы будем делать. Собственно, у меня в “Ресивере…” тюнер работает только в “буржуйском” диапазоне FM. Других диапазонов нет, переключать их не нужно. Выходы ВО1-ВО3 микросхемы никуда не подключены, управлять ими тоже – никакой необходимости. Следовательно, все биты R0-R2, B0-B2 и BT “управляющего слова” в моем случае сброшены в “ноль”. Сигнал гетеродина подается на вход FMIN микросхемы. И как следствие – бит S установлен в “единицу”. Итого, вроде как в бинарном виде последний (третий) байт будет выглядеть так B’00000001′. Только вот еще один нюанс – если внимательно посмотреть на последовательность “управляющего слова”, то видно, что данные передаются младшим битом вперед (это видно по полю делителя). Следовательно, чтоб не мудрить с двумя байтами делителя, разворачивая их справа-налево, проще всего один раз в уме (или на бумажке) развернуть третий байт. Получаем B’10000000′ или 0х80 (hex). Именно такое значение мы и видим в процедуре передачи “управляющегшо слова” (сначала передается два байта делителя).
Теперь разберемся с делителем. Собственно, делитель (число) это частное частоты гетеродина и опорной частоты (которая фактически равна шагу настройки):
DIVISOR = Fгет / Fопорн
Частота гетеродина нам уже почти известна. Берем нижнюю частоту диапазона FM (88 МГц) и суммируем (настройка-то “верхняя”) с промежуточной частотой (у меня в тюнере 10,7 МГц). Получаем 98,7 МГц. Теперь прибавим промежуточную к верхней частоте диапазона FM (108 МГц) – “в ответе” 118,7 МГц. То есть, для приема радиостанций в диапазоне частот от 88 до 108 МГц нужно, чтобы гетеродин перестраивался в диапазоне от 98,7 до 118,7 МГц. Итак, что делить, у нас есть. Будем определяться с тем на что делить. В принципе, для FM можно использовать шаг настройки как 50, так и 100 кГц (использовать 25 кГц, думаю не стоит – ну зачем такая точность?). С другой стороны, по формуле
Nшагов = ((Fмакс – Fмин) / Fопорн) + 1
посчитаем число шагов необходимых для перестройки по всему диапазону FM (при шаге 50 кГц): ((108-88)/0,05)+1=401. Больше одного байта. Жалко! Если же использовать шаг настройки 100 кГц то получим всего ((108-88)/0,1)+1=201 шаг, это число прекрасно помещающается в один байт памяти. Вот это уже “ближе к народу”. И, как бы оправдывая самого себя – а нужно ли настраиваться с точностью в 50 кГц? Порылся в памяти – все FM-станции, вещающие в Запорожье, рекламируя свою частоту, указывают только одну цифру после запятой. Следовательно, сетка частот с шагом в 100 кГц меня устраиват с головой. Вот и определились, на что делить – на 100 кГц. Подставив в приведенную выше формулу значения принимаемой и опорной частот (вторая, как мы помним, является одновременно и шагом настройки), получаем значение коэффициента деления. Проделав это дважды (для крайних частот FM-диапазона) мы получаем два коэффициента: минимальный – 987 (соответствует настройке применика на частоту 88,0 МГц), и максимальный – 1187 (принимаемая частота 108,0 МГц). Меняя этот коэффициент в пределах от 987 до 1187 и отсылая его в LM7001, мы сможем перестраивать приемник в диапазоне от 88 до 108 МГц. Что собственно, нам и требовалось…
Теперь еще одно обстоятельство. Раз уж мы будем использовать микропроцессор для управления, было бы очень неплохо хранить в его памяти несколько (а может и несколько десятков) станций. Что же в таком случае запоминать? Коэффициент деления (с его пределами от 987 до 1187) в один байт памяти не поместится, а использовать для хранения одной частоты аж две ячейки памяти – “жаба давит”. Непосредственно частоту настройки (например, 101,8 МГц) тоже хранить как-то неудобно. Проще всего оказалось сохранять в памяти номер шага в сетке частот. Что это за номер такой? Да все просто – всего шагов в сетке у нас 201, 0-й шаг соответствует частоте 88,0 МГц, 1-й – 88,1 МГц и так далее. Можете посчитать сами (в уме, на бумажке, на калькуляторе) – 200-й шаг соответствует частоте 108,0 МГц. Так вот их “родимых”, эти самые порядковые номера мы и будем сохранять.
Теперь переходим непосредственно к самому проекту приёмника. Сейчас я приведу проект Тимофея Носова а во втором случае свой проект. Единственная разница только в том, что мой проект это приёмник в составе бортового ПК и собран он на STM контроллере. и так приступим.
Предлагаемый приемник обеспечивает прием сигналов УКВ ЧМ радиостанций в диапазоне 75…108 МГц с системой стереовещания пилот-тон. Шаг перестройки составляет 0,05 МГц, напряжение питания 10-12 В, потребляемый ток – 75 мА. Приемник имеет линейный выход, к которому подключают вход стереофонического УЗЧ.
Основой приемника является промышленный тюнер из морально устаревшей или неисправной автомагнитолы. Тюнер представляет собой законченное устройство, включающее в свой состав узлы радиочастотной части AM и FM диапазона, стерео декодер, шумоподавитель и прочие узлы.
Для начала определим, какой тюнер может работать в конструкции. При всей кажущейся сложности, это просто выяснить. В идеале можно попытаться найти в Интернете схему автомагнитолы. Однако, гораздо проще рассмотреть маркировку на плате тюнера или на плате автомагнитолы в местах пайки разъема (соединительной “гребёнки”).
Ниже в таблице приводим известные нам варианты обозначений электрических линий тюнера, которые будут задействованы:
| № | обозначение | описание |
| 1 | GND (либо корпус тюнера) | общий (минус питания) |
| 2 | VCC, FM VСС, FM/AM VCC | плюс питания |
| 3 | ANT, FM ANT | антенна |
| 4 | FM VT, VT, TV | управление частотой гетеродина |
| 5 | OSC, FM OSC, VCO | выход частоты с гетеродина |
| 6 | L, R, L CH, R CH, L OUT, R OUT | аудио выход левый и правый каналы |
| 7 | ST | вкл./выкл. режим стерео |
| 8 | MUTE | вкл./выкл. приглушения |
Первые шесть пунктов представляют принципиальную значимость для возможности использования тюнера в конструкции. Пункты 7 и 8 могут носить опциональный характер и в некоторых тюнерах могут быть не реализованы. Наличие в маркировке обозначений VT (иногда TV) – признак подходящего тюнера.
Прежде чем использовать тюнер в конструкции, его следует проверить на работоспособность. Для этого его достаточно включить по приведенной схеме.
Переменный резистор может быть номиналом от 10 КОм до 100 КОм. В качестве антенны использован отрезок провода длиной около 40 см. Конденсаторы электролитические. Головные телефоны – обычные наушники-вкладыши от плеера.
С минусом питания следует соединить все линии, обозначенные как GND. С плюсом питания соединить все линии, обозначенные как VCC (линию AM VCC, если таковая имеется, не подключать). Напряжение питания должно быть в диапазоне 7-9 вольт.
Регулировкой переменного резистора осуществляется настройка на станции. Даже в таком простом включении можно настроиться на радиостанции и прослушать эфир. Если это произошло, можно приступать к дальнейшей сборке радиоприемника.
Помимо модуля тюнера схема радиоприемника состоит из синтезатора частоты, объединенного с модулем тюнера в общий блок, микроконтроллера, знакосинтезирующего индикатора, кнопок и энкодера для настройки и управления.
Конструктивно радиоприёмник состоит из двух блоков – блока управления и блока тюнера. Основой блока управления является микроконтроллер DD1 PIC16F84A фирмы Microchip.
Без изменения схемы и печатной платы можно использовать PIC16F628A (для каждого микроконтроллера соответствующая прошивка). В случае использования PIC16F628A кварц на 4 МГц можно не монтировать на плате управления (повторяю другими словами – кварц для тактирования PIC16F628A не нужен).
В схеме можно применить любой знакосинтезирующий индикатор 16*2 (2 строки по 16 знакомест) на контроллере HD44780, KS0066 и аналогичных. В авторском варианте использован индикатор типа HY-1602B4 (его полный аналог ABC016002G).
В качестве управляющего элемента использован инкрементирующий энкодер типа PEC16. Его можно заменить энкодерами PEC12, EC11, Delta с соблюдением правильности включения по цоколевке. Также в продаже можно встретить и иные именования энкодеров c идентичным принципом работы.
Полярные конденсаторы электролитические, остальные – керамические. Подстроечный резистор R1 любой малогабаритный, например, типа СП3-38А. Микросхемный стабилизатор 7805 может быть заменен на КР142ЕН5А (или аналогичный с напряжением стабилизации 5В и током не менее 500 мА). Номиналы сопротивлений и конденсаторов в блоке управления могут отличаться от указанных в пределах +/–20%. Возможно использование любых нормально разомкнутых кнопок подходящих габаритов, например, тактовые кнопки TS-A6PG-130.
В блоке тюнера используется микросхема синтезатора частоты LM7001J фирмы Sanyo. Принципиальная схема блока тюнера показана на рисунке ниже
Полным аналогом ЖК индикатора типа HY-1602B4 является ABC016002G, но можно применить аналогичные ЖК индикаторы 2×16 (2 строки по 16 знакомест) на основе контроллеров HD44780 или KS0066, но следует учитывать, что они могут иметь другую цоколевку.
В цепях питания блока тюнера использован микросхемный регулятор-стабилизатор LM317 (отечественный аналог К142ЕН12А). Напряжение на выходе стабилизатора DA1 устанавливается подбором R2. При указанных номиналах R1,R2 напряжение на выходе DA1 составляет 7,6 В.
В блоке тюнера полярные конденсаторы электролитические, остальные – керамические. Допускается использовать транзисторы VT1,VT2 типа КТ3102 с любым буквенным индексом. В качестве усилителя мощности можно применить активные компьютерные колонки или другой подходящий усилитель.
Все детали монтируют на печатных платах блока тюнера и блока управления. Их изготавливают из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5…2 мм любым доступным способом, например, с помощью ЛУТ. Сначала монтируют проволочные перемычки, а затем остальные элементы. В авторском варианте использован тюнер MITSUMI FAE377.
Программно в радиоприемнике реализовано 20 каналов, каждый из которых можно выбрать и при желании настроить. Кнопками “Канал –” и “Канал +” выбирается соответствующий канал. Кнопками “Частота –” и “Частота +” перестраивается частота в выбранном канале.
В процессе работы в верхней строке индикатора отображается выбранный канал и текущая частота. В нижней строке выводится импровизированный стрелочный указатель, который пропорционально перемещается по всей ширине диапазона.
можно и такой тюнер использовать.
немного фото готового проекта с моим тюнером и соответственно изменениями по подключению.
Файлы:
Прошивка под PIC16F84A – это базовая версия прошивки под “пенсионерский” микроконтроллер сделано под типовой диапазон 88-108 МГц, с ПЧ в плюсе и кварц 7200 МГц в связке с синтезатором LM7001J.
Далее все прошивки под расширенный диапазон 65-73…88-108 МГц, где “пустой” участок 73-88 МГц вырезан. Представленны прошивки адаптированные под популярно-распространенную частоту 4МГц для кварца у синтезатора LM7001J и разную коррекцию ПЧ.
Генеральный тестировщик прошивок Ханжов Александр hangov@inbox.ru за что ему отдельное merci
Прошивка под PIC16F628A (+ПЧ и кварц 7200 у синтезатора LM7001J)
Прошивка под PIC16F628A ( -ПЧ и кварц 7200 у синтезатора LM7001J)
Прошивка под PIC16F628A (+ПЧ и кварц 4000 у синтезатора LM7001J)
Прошивка под PIC16F628A ( -ПЧ и кварц 4000 у синтезатора LM7001J)
А теперь рассмотрим мой проект.
Тут всё намного сложнее. Предлагаю сделать так, кому бутет интересен этот проект я его подробно расскажу. Почему я так говорю, да взгляните только на масштаб кода и сами всё поймёте. Весь архив проета я отдаю. Код fm приёмника в одноимённом файле.
Немного видео проекта и все четыре части можно посмотреть по ссылке.
остальные три части можно посмотреть в разделе “Микроконтроллеры”