«ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΡΑΔΙΟΦΩΝΙΚΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ AM ΜΕ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ»

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΙΟΝΙΩΝ ΝΗΣΩΝ ΣΧΟΛΗ ΜΟΥΣΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΗΧΟΥ ΚΑΙ ΜΟΥΣΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ «ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΡΑΔΙΟΦΩΝΙΚΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ AM ΜΕ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ» ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΥΡΙΠΙ ΗΣ ΓΩΝΙΑ ΗΣ ΛΗΞΟΥΡΙ 2015

2 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΙΟΝΙΩΝ ΝΗΣΩΝ ΣΧΟΛΗ ΜΟΥΣΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΗΧΟΥ ΚΑΙ ΜΟΥΣΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ «ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΡΑΔΙΟΦΩΝΙΚΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ AM ΜΕ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ» ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΥΡΙΠΙΔΗΣ ΓΩΝΙΑΔΗΣ Επιβλέπων : Ιωάννα Μηλιαρέση Επιτροπή Αξιολόγησης : Ημερομηνία παρουσίασης: Αριθμός Πρωτοκόλλου Πτυχιακής Εργασίας:

3 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΙΟΝΙΩΝ ΝΗΣΩΝ ΣΧΟΛΗ ΜΟΥΣΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΗΧΟΥ ΚΑΙ ΜΟΥΣΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ «ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΡΑΔΙΟΦΩΝΙΚΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ ΑΜ ΜΕ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ» ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΥΡΙΠΙΔΗΣ ΓΩΝΙΑΔΗΣ ΠΕΡΙΛΗΨΗ Σε αυτή την εργασία θα σχεδιάσουμε και θα κατασκευάσουμε έναν πομπό μεσαίων κυμάτων (ΑΜ) με τρανζίστορ και ολοκληρωμένα χρησιμοποιώντας μια πιο μοντέρνα τεχνική ελέγχου σταθερότητας συχνότητας εκπομπής. ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ AM = Amplitude Modulation FM = Frequency Modulation BW = Bandwidth VHF = Very High Frequency UHF = Ultra High Frequency LSB = Lower Side Band USB = Upper Side Band PLL = Phase Locked Loop RMS = Root mean square VCO = Voltage Controlled Oscillator DAB = Digital Audio Broadcasting DVB = Digital Video Broadcasting USB = Universal Serial BUS

4 TECHNOLOGICAL EDUCATION INSTITUTE OF IONIAN ISLANDS MUSIC TECHNOLOGY FACULTY DEPARTMENT OF SOUND AND MUSICAL INSTRUMENT TECHNOLOGY «STUDY AND CONSTRUCTION OF AM TRANSMITTER USING SOLID STATE DEVICES» DISSERTATION REPORT EURIPIDIS GONIADIS Lixouri, Kefalonia 2015 Abstract In this paper we are going to design and construct one AM radio transmitter using solid state devices incuding integrated circuits using a more modern technique of controlling the frequency stability of the transmitter. Keywords: AM = Amplitude Modulation FM = Frequency Modulation BW = Bandwidth VHF = Very High Frequency UHF = Ultra High Frequency LSB = Lower Side Band USB = Upper Side Band PLL = Phase Locked Loop RMS = Root mean square VCO = Voltage Controlled Oscillator DAB = Digital Audio Broadcasting DVB = Digital Video Broadcasting USB = Universal Serial BUS

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ: ΣΕΛΙΔΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Εισαγωγή 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Βιβλιογραφική ανασκόπηση..2-9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Τυπικό διάγραμμα του πομπού ΑΜ και ανάλυση τμημάτων Τροφοδοσία Πλακέτα PLL Ταλαντωτής ελεγχόμενος από τάση (VCO) Διαμορφωτής ΑΜ Γραμμικός ενισχυτής ισχύος (Linear amplifier) ΚΕΦΑΛΑΙΟ Επικοινωνία I2C Προγραμματισμός μικροελεγκτή ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ανάλυση δεδομένων 79 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Συμπεράσματα και προβλήματα ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΑΝΑΦΟΡΕΣ..82

6 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Η εργασία αυτή γράφτηκε στις Σέρρες και χρειάστηκε ένας χρόνος. Ο σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη και κατασκευή και λειτουργία ενός ραδιοπομπού μεσαίων. Πραγματοποιήθηκε βιβλιογραφική έρευνα. Από τον τίτλο της πτυχιακής εργασίας, αντιλαμβάνεται κάποιος ότι πρόκειται για ένα πομπό στην μπάντα των AM. Από το ξενικό αρκτικόλεξο PLL όμως γίνεται αντιληπτό ότι δεν πρόκειται για κάποιο κλασικό πομπό, αλλά για κάτι πιο εξεζητημένο. Βασική διαφορά του πομπού αποτελεί το γεγονός ότι ο συντονισμός στην επιθυμητή συχνότητα εκπομπής δεν γίνεται άμεσα με την βοήθεια μεταβλητού πυκνωτή, αλλά έμμεσα με την πίεση πλήκτρων. Κατά συνέπεια,επιτυγχάνεται υψηλή σταθερότητα στην συχνότητα εκπομπής, κατά το χρόνο και ακρίβεια στην επιλογή συχνότητας από το χρήστη, κάτι που δεν ισχύει σε απλούς πομπούς. Μεγάλοι ραδιοφωνικοί σταθμοί χρησιμοποιούν αυτόν τον τρόπο εκπομπής λόγω της μεγάλης αξιοπιστίας στην ακρίβεια της συχνότητας εκπομπής. Ο συγκεκριμένος πομπός αποτελείται από επιμέρους τμήματα. Αυτά είναι τα παρακάτω πέντε: 1. Το τμήμα του πομπού. Αποτελεί την «καρδιά» του πομπού, αφού είναι το εκείνο το τμήμα που μας επιτρέπει να εκπέμπουμε στα AM. Είναι το μοναδικό τμήμα που μπορεί να παράγει «ενεργό» έργο, χωρίς την βοήθεια κάποιου άλλου τμήματος. 2. Tο τμήμα του PLL. Πρόκειται για το τμήμα που αναλαμβάνει να πολώσει τον πομπό στην επιθυμητή συχνότητα και να τη διατηρήσει σταθερή στο χρόνο. 3. Το τμήμα του μικροελεγκτή. Χάρις στο μικροελεγκτή μπορούμε να διαχειριζόμαστε το τμήμα PLL και κατά επέκταση και την συχνότητα του πομπού με το πάτημα πλήκτρων και όχι με την βοήθεια μικροδιακοπτών (dip-switches), όπως χρησιμοποιείται κατά κόρων. Επίσης, με αυτό το τμήμα έχουμε οπτική ένδειξη της συχνότητας εκπομπής. Το τμήμα αυτό ουσιαστικά επιλέγει την συχνότητα εκπομπής. 4. Το τμήμα του γραμμικού ενισχυτή (Linear). Σε αυτό το τμήμα πραγματοποιείται ενίσχυση του σήματος του τμήματος του πομπού, δηλαδή της ισχύς εξόδου του. Ο γραμμικός ενισχυτής αναλαμβάνει να ενισχύσει το σήμα από το 1W, που εκπέμπει το τμήμα του πομπού, στην στάθμη των 20W ικανοποιητική για τις ανάγκες μας. 5. Το τμήμα του τροφοδοτικού που παρέχει την αναγκαία ενέργεια για την λειτουργία των παραπάνω κυκλωμάτων. 1

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ To ραδιόφωνο είναι η συσκευή που λειτουργεί ως "ραδιοδέκτης - μετατροπέας" όπου λαμβάνοντας τις ραδιοφωνικές εκπομπές των ραδιοφωνικών σταθμών τις μετατρέπει σε ήχο. Τα ραδιοφωνικά κύματα εκπέμπονται από τον πομπό και φτάνουν στον δέκτη (δηλαδή το ραδιόφωνο). Τα κύματα αυτά αποκωδικοποιούνται από τη συσκευή και μετατρέπονται σε ηλεκτρικό ρεύμα και στην συνέχεια σε ήχο, που είναι και το τελικό αποτέλεσμα του ραδιοφώνου. Ραδιοφωνία, επίσης, θεωρείται και όλη η διαδικασία εκπομπής και λήψης ραδιοκυμάτων. Μπορούμε να διακρίνουμε τα ακόλουθα είδη ραδιοφώνου: Το αναλογικό ή συμβατικό ραδιόφωνο. Εδώ ο τρόπος διαμόρφωσης του σήματος έχει ως αποτέλεσμα το διαχωρισμό των συχνοτήτων για χρήση από τα AM και τα FM, ενώ ανάλογα με το σκοπό ορίζονται συγκεκριμένες περιοχές συχνοτήτων (π.χ. τα εμπορικά ραδιόφωνα στην Ευρώπη και την Αμερική εκπέμπουν στις συχνότητες FM ). Άλλες περιοχές συχνοτήτων χρησιμοποιούνται για συγκεκριμένους σκοπούς όπως π.χ. από την Αστυνομία και την Πυροσβεστική. Το ραδιόφωνο με υπο-φέρον (subcarrier) αποτελεί εξειδικευμένη χρήση της τεχνολογίας των ραδιοκυμάτων διαμόρφωσης κατά συχνότητα (FM), κυρίως στις ΗΠΑ, όπου με ειδικούς δέκτες είναι δυνατή η λήψη περισσότερων του ενός σταθμών στην ίδια συχνότητα. Το ψηφιακό ραδιόφωνο αποτελεί νεότερο τεχνολογικά επίτευγμα, με διάφορες τεχνολογίες που βρίσκονται ακόμη στο στάδιο της δοκιμής ή της αρχικής εφαρμογής. Μεταξύ αυτών των τεχνολογιών, το DAB, το οποίο λειτουργεί στην περιοχή πολύ υψηλών συχνοτήτων (VHF) και διαθέτει πολλών ειδών πρόσθετες διαδραστικές υπηρεσίες είναι αρκετά διαδεδομένο στην Βρετανία και την Ιρλανδία, αλλά αναπτύσσεται αργά λόγω του υψηλού κόστους των δεκτών. Παράλληλα υπάρχουν και άλλα πρότυπα, όπως το DRM, ένα ανοιχτό πρότυπο για τη διαμόρφωση κατά πλάτος (ΑΜ) και τις μπάντες μεσαίων και βραχέων. Το δορυφορικό ραδιόφωνο, το οποίο χρησιμοποιεί κανάλια στα πλαίσια του προτύπου της δορυφορικής ψηφιακής τηλεόρασης DVB, ούτως ώστε να μεταδίδεται μόνον ήχος. Το Διαδικτυακό ραδιόφωνο (ραδιόφωνο του Διαδικτύου, που εκπέμπει αρχεία ροής (δηλαδή επιφορτώνεται το αρχείο σε πραγματικό χρόνο, ο ήχος φορτώνεται 2

8 εκείνη την στιγμή που παίζει) και περιλαμβάνει και το Podcasting, που είναι η εμπορική ονομασία της μεταφόρτωσης ηχογραφημένων εκπομπών. Ιστορία του ραδιοφώνου Πριν από χρόνια, το 1895, ο πατέρας του ραδιοφώνου Γουλιέλμος Μαρκόνι κατόρθωσε να μεταδώσει ηχητικά σήματα Μορς διαμέσου ερτζιανών κυμάτων. Οι επιτυχίες του Μαρκόνι και άλλων ερευνητών όπως του Ρέτζιναλντ Φέσεντεν (Reginald Fessenden) και του Λη ντε Φόρεστ (Lee de Forest) αποτελούν την απαρχή της ανάπτυξης της ραδιοφωνίας. Η ραδιοφωνία, η οποία συνίσταται στη μετάδοση ομιλιών, μουσικής και λόγου σε μεγάλες αποστάσεις χωρίς τη μεσολάβηση αγωγών, αλλά με ηλεκτρομαγνητικά κύματα, και στη λήψη τους από ειδικούς δέκτες, αποτελεί πρακτική εφαρμογή της εφεύρεσης των ηλεκτρονικών λυχνιών. Άρχισε να αναπτύσσεται τη δεκαετία του 1910 στις ΗΠΑ. Γύρω στα 1873 ο Μάξγουελ πρότεινε την θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού, σύμφωνα με την οποία ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα μπορεί να μεταδοθεί χωρίς να μεσολαβεί κάποιο φυσικό μέσο. Το 1883 ο Χερτς (Hertz) επαλήθευσε τη θεωρία του Μάξγουελ για τον ηλεκτρομαγνητισμό και ανακάλυψε τα ραδιοκύματα. Γύρω στα1897, ο Μαρκόνι επαληθεύει τα πειράματα του Χερτς και καταφέρνει να στείλει ασύρματο σήμα σε απόσταση 3 km. Με τη συσκευή αυτή ο Ιταλός Μαρκόνι πηγαίνει στην Αγγλία - που ήταν η μεγαλύτερη ναυτική δύναμη της εποχής - και ιδρύει την εταιρεία 'Marconi Wireless telegraph', η οποία προσφέρει υπηρεσίες στη ναυσιπλοΐα. Τα ραδιοκύματά του δεν μετέδιδαν φωνή αλλά σήματα Μορς. Ήταν παραμονές των Χριστουγέννων του 1906 στην Νέα Υόρκη όταν ο Φέσεντεν μετέδωσε για πρώτη φορά φωνή και μουσική μέσω ραδιοκυμάτων. Αργότερα ήρθε ο ντε Φορέ για να εφεύρει την ηλεκτρονική λυχνία, η οποία ήταν η μόνη "μορφή" ραδιοφώνου για τα επόμενα χρόνια. Μέχρι τον Α' Παγκόσμιο Πόλεμο το ραδιόφωνο είναι ένα μέσο χρησιμοποιούμενο σε ερασιτεχνική βάση και δεν είναι καθόλου ανεπτυγμένο ούτε διαδεδομένο. Σταθμός στην ιστορία του ραδιοφώνου αποτελεί η έμπνευση ενός Αμερικανού, του Φρανκ Κόνραντ (Frank Conrad), ο οποίος εργαζόταν ως μηχανικός και ερασιτεχνικά ασχολείτο με το ραδιόφωνο και τον αθλητισμό. Ο Κόνραντ τυχαία "βγήκε στον αέρα" με το ραδιόφωνο για να μεταδώσει τα αποτελέσματα των αγώνων. Απέκτησε φανατικό κοινό. Ήταν τότε που μεταδόθηκε και η πρώτη ραδιοφωνική διαφήμιση, ενός καταστήματος στη γειτονιά του Κόνραντ. Την εκπομπή του Κόνραντ, που ουσιαστικά θεωρείται ο πατέρας του ραδιοφώνου, πήρε η εταιρεία Westinghouse, την υποστήριξε τεχνικά και την επαύξησε. Στις 20 Νοεμβρίου 1920 λειτούργησε ο πρώτος ραδιοφωνικός σταθμός, ο K.D.K.A., που λειτουργεί ακόμη και σήμερα. Το 1926 εμφανίζεται στην 3

9 αγορά ραδιοφωνικός δέκτης αρκετά εύχρηστος, ποιοτικός και φθηνός. Από τότε το ραδιόφωνο κατακτά πολύ ευρύ κοινό. Στην πορεία εμφανίζεται και η σύσταση σχετικής νομοθεσίας για την οργάνωση τόσο των σταθμών όσο και των συχνοτήτων εκπομπής. Η εδραίωση, όμως, του ραδιοφώνου έρχεται μετά το Σε αυτή την περίοδο δημιουργείται το καλά οργανωμένο δίκτυο σταθμών (κρατικών και ιδιωτικών) τόσο στην Αμερική όσο και στην Ευρώπη. Κατά τη διάρκεια του Β' παγκοσμίου πολέμου το ραδιόφωνο και ο Τύπος γίνονται δύο μέσα ανταγωνιστικά μεταξύ τους, γιατί το ραδιόφωνο αποκτά μεγάλο ειδησεογραφικό περιεχόμενο. Η λήξη του Μεγάλου Πολέμου φέρνει το ραδιόφωνο στην αρχική του ιδιότητα και γίνεται ξανά ένα μέσο κυρίως ψυχαγωγικό. Στα τέλη της δεκαετίας του '40 με αρχές της δεκαετίας του '50 το ραδιόφωνο αποκτά ένα νέο ανταγωνιστή, την τηλεόραση η οποία έχει στα χέρια της ένα πολύ δυνατό όπλο έναντι του ραδιοφώνου, την εικόνα. Η ακροαματικότητα του ραδιοφώνου πέφτει κατακόρυφα και οι ραδιοφωνικοί σταθμοί ψάχνουν λύσεις. Η λύση έρχεται το '50-'60 και την εμφάνιση της δημοφιλέστατης μουσικής Rock 'n Roll. Η κρίση ξεπερνιέται και το ραδιόφωνο καθιερώνεται ως αποκλειστικά ψυχαγωγικό-μουσικό μέσο. Τη δεκαετία του '60 αμφισβητείται στην Ευρώπη το κρατικό ραδιόφωνο, γιατί δεν μετέδιδε Ροκ μουσική και απορρίπτεται από τη νεολαία της εποχής. Εμφανίζεται η Πειρατική Ραδιοφωνία με πρωτοπόρο το Radio Caroline στην Αγγλία, το οποίο εκπέμπει από ένα μικρό πλοίο έξω από τα χωρικά ύδατα της Αγγλίας και μεταδίδει μόνο ροκ. Η ακροαματικότητά του είναι τόσο υψηλή, που απειλεί το BBC. Ακολουθεί ευρεία διάδοση αυτού του τύπου ραδιοφωνίας σε όλη την Ευρώπη. Μετά από αυτό ακολουθεί η απορρύθμιση (Deregulation) της δεκαετίας του '70 και ουσιαστικά το ραδιόφωνο εισέρχεται στην τελευταία φάση της ωριμότητάς του. Τις λυχνίες αντικαθιστούν τα μικρά τρανζίστορ. Το ραδιόφωνο και το κασετόφωνο συνδυάζονται σε μια συσκευή. Η ραδιομετάδοση εμφανίζεται την περίοδο σχεδόν συγχρόνως σε όλα τα βιομηχανικά κράτη. Γεννιέται από τις αλλαγές της τεχνολογίας των ραδιοεπικοινωνιών και από την ανάγκη των μεγάλων εταιρειών ραδιοηλεκτρικού υλικού, που αύξησαν κατακόρυφα την παραγωγή τους κατά τη διάρκεια του πολέμου, να ανοιχτούν προς την ιδιωτική αγορά, ακόμη και αν ορισμένοι από τους μεγαλύτερους ομίλους, στις ΗΠΑ κυρίως, αντιλαμβάνονται με καθυστέρηση την σημασία της ραδιομετάδοσης. Στις αρχές του 1920 η μη επαγγελματική χρήση της ασύρματης επικοινωνίας περιορίζεται σε μερικούς ερασιτέχνες, που επικοινωνούν μεταξύ τους στα στενά περιθώρια που τους επιτρέπουν οι στρατιωτικές αρχές, οι οποίες δεν δείχνουν να ανησυχούν από την ανάπτυξη ενός μη ελεγχόμενου συστήματος διαπροσωπικής επικοινωνίας, ενώ παράλληλα ενθουσιάζονται με την νέα τεχνική, καλλιεργώντας έτσι μια θετική εικόνα του νέου μέσου. Λίγο πριν από τον πόλεμο, η ραδιοεπικοινωνία 4

10 στρέφεται προς το μοντέλο της ραδιομετάδοσης. Πριν από το 1914 δημιουργούνται σε όλες τις χώρες πειραματικές ραδιοφωνικές εκπομπές. Στις ΗΠΑ φοιτητές αρχίζουν να μεταδίδουν δελτία ειδήσεων και μουσικά προγράμματα. Στο Βέλγιο αναμεταδίδουν μια συναυλία κλασικής μουσικής. Ο εφευρέτης Λι Ντε Φορέ, προσεγγίζοντας ένα βιομηχανικό σχέδιο, το οποίο δεν θα καταφέρει όμως να φέρει σε πέρας μόνος του, οργανώνει το 1908 τη μετάδοση μιας συναυλίας από τον Πύργο του Άιφελ και, το 1910, την αναμετάδοση μιας παράστασης με τον Καρούζο από τη Μετροπόλιταν Όπερα της Νέας Υόρκης. Αλλά ο Λι ντε Φορέ παραγκωνίζεται από τις μεγάλες αμερικανικές βιομηχανικές εταιρείες, που δεν θέλουν να τον ανταμείψουν για τις ευρεσιτεχνίες του, με αποτέλεσμα αυτοί οι πειραματισμοί να μην έχουν συνέχεια. Στη Γαλλία οι μόνες τακτικές εκπομπές είναι η ενημέρωση για την ώρα, που από το 1910 μεταδίδεται δύο φορές την ημέρα από τον Πύργο του Άιφελ, τα δελτία καιρού και το χρηματιστήριο. Όλες αυτές οι εκπομπές διακόπτονται, όμως, κατά τη διάρκεια του πολέμου από τις στρατιωτικές αρχές. Το συμβατικό ραδιόφωνο περιλαμβάνει δύο κατηγορίες τρόπου μετάδοσης τα AM (διαμόρφωση κατά πλάτος) και τα FM (διαμόρφωση κατά συχνότητα). Στις συχνότητες αυτές χρησιμοποιούνται συγκεκριμένα μήκη κύματος ανάλογα με το σκοπό (π.χ. οι κοινοί ραδιοσταθμοί εκπέμπουν στις συχνότητες FM ). Άλλες συχνότητες χρησιμοποιούνται για άλλους σκοπούς όπως π.χ. από την Αστυνομία και την Πυροσβεστική Υπηρεσία. Εκτός από το συμβατικό ραδιόφωνο υπάρχει και το ραδιόφωνο του Διαδικτύου, που εκπέμπει "stream audio" (δηλαδή επιφορτώνεται το αρχείο σε πραγματικό χρόνο, ο ήχος φορτώνεται εκείνη την στιγμή που παίζει) και, τέλος, το Podcasting που εκπέμπει μαγνητοφωνημένα. υς από ειδικούς δέκτες, αποτελεί πρακτική εφαρμογή της εφεύρεσης των ηλεκτρονικών λυχνιών. Άρχισε να αναπτύσσεται τη δεκαετία του 1910 στις ΗΠΑ. Επιστημονικές Αρχές-ΑρχέςΛειτουργίας Μετάδοση ραδιοφωνικού προγράμματος Ακούγοντας στο ραδιόφωνο μια εκπομπή, δε μπορούμε εύκολα να φανταστούμε την διαδρομή που κάνει μέχρι να φτάσει σε εμάς. Το σήμα φτάνει στα ραδιόφωνα μας μέσω του συστήματος ραδιομετάδοσης. Ένα σύστημα ραδιομετάδοσης αποτελείται από: τον πομπό τον αναμεταδότη, ένα σύστημα λήψης και μετάδοσης σήματος. Ο αναμεταδότης συλλαμβάνει το σήμα που του στέλνει ο πομπός, ή ο προηγούμενος αναμεταδότης, το ενισχύει και το στέλνει στον επόμενο αναμεταδότη μέχρι να φτάσει το σήμα στον δέκτη. 5

11 τον δέκτη, η συσκευή που συλλαμβάνει το σήμα που στέλνουν ο πομπός και ο αναμεταδότης και το μετατρέπει στο ηχητικό σήμα που ακούμε από τα ραδιόφωνά μας. το μικρόφωνο το μεγάφωνο τα ακουστικά Η μετάδοση του ραδιοφωνικού προγράμματος γίνεται μέσω μιας ειδικής κατηγορίας κυμάτων που ονομάζονται ραδιοκύματα. Ηλεκτρομαγνητικά κύματα με μήκη κύματος από 1 cm έως 10 m και συχνότητας από 10 Khz έως MHz. Χρησιμοποιούνται στα ραντάρ. Το μικρόφωνο Το μικρόφωνο είναι συσκευή που μετατρέπει τα ηχητικά κύματα σε ηλεκτρικές ταλαντώσεις. H χρησιμότητά του είναι μεγάλη γιατί διαμορφώνει τα ηλεκτρικά σήματα που δέχεται, ανάλογα με την επίδραση των ηχητικών κυμάτων. Οι διαμορφωμένες ηλεκτρικές ταλαντώσεις μεταφέρονται μέσω σύρματος ή κεραίας και μπορούν να μετατραπούν στον αρχικό ήχο. Υπάρχουν διάφορα είδη μικροφώνων: α) μικρόφωνο άνθρακα: Το μικρόφωνο άνθρακα αποτελείται από ένα μεταλλικό σώμα μέσα στο οποίο είναι τοποθετημένο ένα μικρό δοχείο, το οποίο έχει μονωτικές ιδιότητες. Η λειτουργία του μικροφώνου αυτού έχει σχέση με την μεταβολή της ηλεκτρικής αντίστασης των κόκκων του άνθρακα, εξαιτίας της μεταβολής της πίεσης που ασκείται στο διάφραγμα από τα ηχητικά κύματα. β) μικρόφωνο ταινίας: Το μικρόφωνο ταινίας αποτελείται από μια λεπτή πτυχωτή ταινία, συνήθως από αλουμίνιο, η οποία μπορεί και πάλλεται ελεύθερα μέσα στο ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργεί ένας ισχυρός μαγνήτης. Το μικρόφωνο αυτό έχει κατευθυνόμενη λήψη από δύο αντίθετες κατευθύνσεις και χρησιμοποιείται για ταυτόχρονη εξυπηρέτηση δύο ομιλητών, λόγω της καλής του απόκρισης. γ) δυναμικό μικρόφωνο: Το δυναμικό μικρόφωνο αποτελείται από έναν ισχυρό μόνιμο μαγνήτη κ' ένα πηνίο τοποθετημένο ανάμεσα στους πόλους του, ώστε να κινείται ελεύθερα. Η λειτουργία του βασίζεται στο φαινόμενο της επαγωγής: όταν ηχητικά κύματα πέφτουν στο διάφραγμα, το πηνίο πάλλεται στο πεδίο του μαγνήτη, τέμνονται οι μαγνητικές γραμμές κι εμφανίζεται στα άκρα του πηνίου επαγωγική τάση. Χρησιμοποιείται κυρίως σε μικροφωνικές εγκαταστάσεις που απαιτούν ιδιαίτερη πιστότητα. Το μικρόφωνο πήρε την ονομασία του από τον Ντέιβιντ Χιουζ, ο οποίος επινόησε μια διάταξη μεταφοράς ήχου που ήταν τόσο ευαίσθητη, που τη θεωρούσε κάτι σαν "μικροσκόπιο ήχου" και την ονόμασε "μικρόφωνο" (microphone). 6

12 δ) Πυκνωτικό μικρόφωνο: Η λειτουργία του στηρίζεται στις μεταβολές χωρητικότητας ενός ενσωματωμένου πυκνωτή, σύμφωνα με τις μεταβολές της πίεσης που προκαλούνται από τα ηχητικά κύματα. Είναι ο πλέον σύγχρονος και αποδοτικός - από άποψη ποιότητας - τύπος μικροφώνου. Το μεγάφωνο Μεγάφωνο είναι μία ηλεκτρομηχανική διάταξη που μετατρέπει ηλεκτρικές ταλαντώσεις σε ήχο. Τα περισσότερα μεγάφωνα διαθέτουν ένα χάρτινο ή πλαστικό κώνο συνδεδεμένο με ένα κινητό πηνίο. Τα ρεύματα που διαρρέουν το πηνίο δημιουργούν μαγνητικά πεδία. Αποτέλεσμα είναι η εμφάνιση μιας δύναμης που έλκει και απωθεί διαδοχικά τον κώνο καθώς αντιστρέφεται η φορά των πεδίων. Ο κώνος απωθεί και έλκει τον αέρα δημιουργώντας τα ηχητικά κύματα που φτάνουν στα αυτιά μας. Διαμόρφωση πλάτους ΑΜ Στις ηλεκτρονικές επικοινωνίες, όταν το σήμα βασικής ζώνης δεν είναι συμβατό με το μέσο επικοινωνίας, χρησιμοποιούνται οι τεχνικές διαμόρφωσης. Διαμόρφωση είναι η επεξεργασία κατά την οποία η πληροφορία που πρόκειται να μεταδοθεί μεταβάλλει ένα σήμα υψηλότερης συχνότητας. Το σήμα πληροφορίας καλείται συνήθως διαμορφώνον σήμα και το σήμα υψηλότερης συχνότητας το οποίο διαμορφώνεται καλείται φορέας. Ο φορέας είναι συνήθως ένα ημιτονοειδές σήμα, ενώ το σήμα πληροφορίας μπορεί να έχει οποιαδήποτε μορφή. Η πιο απλή και ο πιο παλιός τύπος διαμόρφωσης είναι η διαμόρφωση κατά πλάτος ΑΜ. Στην ΑΜ το σήμα πληροφορίας μεταβάλλει το πλάτος του ημιτονοειδούς φορέα, δηλαδή το στιγμιαίο πλάτος του φορέα μεταβάλλεται ανάλογα με την τιμή του διαμορφώνοντος σήματος. Στο σχήμα φαίνεται ένα ημιτονοειδές σήμα που διαμορφώνει ένα σήμα υψηλότερης συχνότητας. 7

13 Στο σχήμα, η φανταστική γραμμή που ενώνει τις θετικές και αρνητικές κορυφές της κυματομορφής του φορέα αναπαραγάγει το ακριβές σχήμα του διαμορφώνοντος σήματος πληροφορίας και είναι γνωστή με το όνομα περιβάλλουσα. Τα σήματα στο παραπάνω σχήμα δείχνουν τη μεταβολή του φορέα με το χρόνο. Τέτοια σήματα που παριστάνονται σαν την μεταβολή της τάσης ή του ρεύματος με το χρόνο λέμε ότι είναι σήματα που εκφράζονται στο χώρο του χρόνου. Δείκτης διαμόρφωσης Όταν ένα σήμα πληροφορίας πλάτους Vm διαμορφώνει ένα φορέα πλάτους VC, για να έχουμε ορθή διαμόρφωση ΑΜ, η τάση Vm του διαμορφώνοντος σήματος πρέπει να είναι μικρότερη από την τάση VCτου φορέα. Αυτή η σχέση εκφράζεται με το λόγο της τάσης του διαμορφώνοντος σήματος προς την τάση φορέα. Και ονομάζεται βαθμός διαμόρφωσης m. Δηλαδή m = Vm / Vc Ο δείκτης διαμόρφωσης πρέπει να είναι ένας αριθμός μεταξύ 0 και 1. Ο δείκτης διαμόρφωσης γίνεται μεγαλύτερος του 1 όταν το πλάτος της διαμορφώνουσας τάσης είναι μεγαλύτερη από την τάση του φορέα και σε αυτή τη περίπτωση έχουμε παραμόρφωση της διαμορφωμένης κυματομορφής, δηλαδή υπερδιαμόρφωση. 8

14 Πολλαπλασιάζοντας το δείκτη διαμόρφωσης με 100 παίρνουμε το βαθμό διαμόρφωσης σαν % ποσοστό. Στην πράξη θέλουμε διαμόρφωση κοντά 100% διότι τότε μεταδίδεται το μέγιστο πλάτος της πληροφορίας και έτσι μεταδίδεται περισσότερη ισχύς από το σήμα πληροφορίας. Σημερινή εικόνα Στην ανάπτυξη του ραδιοφώνου, ως συσκευής, συνέβαλε αποφασιστικά η τεχνολογία των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Έτσι, σήμερα, είναι δυνατή η κατασκευή ιδιαίτερα μικρών ραδιοφωνικών δεκτών, τόσο μικρών, μάλιστα, ώστε να ενσωματώνονται σε συσκευές όπως τα κινητά τηλέφωνα. Το ραδιόφωνο παραμένει σημαντικός φορέας τόσο πληροφοριών όσο και μουσικής / ακροαστικής διασκέδασης και η μόνη εναλλακτική λύση για τους ανθρώπους που θέλουν να ενημερώνονται ή να διασκεδάζουν, κάνοντας παράλληλα και κάποια άλλη εργασία, όπως, π.χ., να οδηγούν, να διαβάζουν ή να γράφουν. Κατάλογος των ραδιοφωνικών σταθμών που εκπέμπουν στον ελληνικό χώρο βρίσκονται στην ομώνυμη κατηγορία. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Τυπικό διάγραμμα του πομπού ΑΜ και ανάλυση τμημάτων. Όπως βλέπουμε και στο μπλοκ διάγραμμα του πομπού (σχήμα 1) το σύστημα μας αποτελείται από δυο τροφοδοτικά, ένα 48V για την παροχή τροφοδοσίας του γραμμικού ενισχυτή (Linear amplifier) στην έξοδο και ένα 12V για την συνολική παροχή των κυκλωμάτων του μικροελεγκτή, PLL, VCO και διαμορφωτή. Στη συνέχεια η πλακέτα του PLL τροφοδοτείται με 12 V Και ελέγχει το ολοκληρωμένο PLL SAA1057 μέσω του διαύλου i2c το οποίο με τη σειρά του ελέγχει τον ταλαντωτή με το TDA1072. Η έξοδος του ταλαντωτή τροφοδοτεί την είσοδο φορέα στο διαμορφωτή με το MC1496 και ταυτόχρονα τροφοδοτείται η πηγή ήχου σε αυτόν. Μετά από μια ενδιάμεση ενίσχυση η έξοδος του διαμορφωτή οδηγεί τον γραμμικό ενισχυτή με σκοπό να ενισχύσουμε το σήμα στα 20W περίπου. 9

15 Σχήμα 1: Το μπλοκ διάγραμμα του ραδιοφωνικού πομπού ΑΜ 3.1 Τροφοδοσία Το σύστημα μας τροφοδοτείται μέσω του δικτύου 230V μέσω μιας γυάλινης ασφάλειας 3Α η οποία συνδέεται στον γενικό διακόπτη τροφοδοσίας του τροφοδοτικού 48V του οποίου η έξοδος τροφοδοτεί τον γραμμικό ενισχυτή αλλά ταυτόχρονα τροφοδοτεί και μια πλακέτα σταθεροποιητή 12V η οποία τροφοδοτεί το κύκλωμα του PLL και το ενδεικτικό του γενικού διακόπτη στην πρόσοψη. 3.2 Πλακέτα PLL Το σύστημα του PLL αποτελείται αρχικά από δυο σταθεροποιητές τάσεως LM7812 (12V) και LM7805 (5V) όπως φαίνεται και στο παρακάτω κύκλωμα (σχήμα 2): Σχήμα 2 :Το σχηματικό διάγραμμα των σταθεροποιητών τροφοδοσίας 10

16 Οι σταθεροποιητές στην είσοδο τους φέρουν τους πυκνωτές C1, C2, C3, C4 φιλτράροντας την είσοδο 12V του συστήματος. Για να έχουμε την ευκολία επιλογής συχνοτήτων, την απεικόνιση της συχνότητας, τη ρύθμιση του ταλαντωτή και τον έλεγχο κλειδώματος του pll είναι απαραίτητη η χρήση ενός μικροελεγκτή. Ο μικροελεγκτής που επιλέχθηκε για το σκοπό αυτό είναι ο 18F4550 της Microchip technology σε κέλυφος DIP 40 pin. Σχήμα 3 :Ο μικροελεγκτής PIC που χρησιμοποιήθηκε στο κύκλωμα. Όπως βλέπουμε στο datasheet του μικροελεγκτή μας παρέχει άφθονες θύρες Ι/Ο, αναλογικές εισόδους, USB διασύνδεση, i2c και SPI διασύνδεση μαζί με άλλα ενσωματωμένα περιφερειακά που δίνουν ακόμη και δυνατότητες επέκτασης στο μέλλον. Στο παρακάτω σχηματικό διάγραμμα φαίνεται η συνδεσμολογία του μικροελεγκτή. Σύμφωνα με το datasheet του κατασκευαστή για να λειτουργήσει ο μικροελεγκτής αυτός η ελάχιστη συνδεσμολογία που πρέπει να γίνει είναι οι τροφοδοσίες στα pin 11 και 32 με 5V, το αρνητικό στα pin 12 και 31 αντίστοιχα. Επίσης στο pin 1 θα συνδεθεί μια αντίσταση 10KΩμ σε σειρά με την τροφοδοσία 5V. 11

17 Ο μικροελεγκτής αυτός μας δίνει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσουμε τον εσωτερικό προγραμματιζόμενο ταλαντωτή του για παραγωγή σήματος χρονισμού αλλά είναι μια λειτουργία που δε θα χρησιμοποιήσουμε γιατί το ολοκληρωμένο του PLL (που θα αναλύσουμε παρακάτω) χρειάζεται σήμα χρονισμού 4MHz. Οπότε χρησιμοποιώντας έναν εξωτερικό κρύσταλλο 4MHz στις εισόδους OSC1 και OSC2 (pin 13 και 14) μπορούμε ταυτόχρονα να δώσουμε σήμα χρονισμού και στο SAA1057 μέσω μιας αντίστασης και ενός πυκνωτή σε σειρά. Ο συνδετήρας SV1 χρησιμοποιείται για προγραμματισμό εντός του κυκλώματος (ICSP) και συνδέεται στη θύρα B του μικροελεγκτή, συγκεκριμένα στις Ι/Ο RB6, RB7, MCLR (pin 39, 40 και 1). Ο συγκεκριμένος συνδετήρας είναι αρκετά χρήσιμος στην περίπτωση αποσφαλμάτωσης του λογισμικού του μικροελεγκτή. Ο δεύτερος συνδετήρας SL4 χρησιμοποιείται για την διασύνδεση της οθόνης χαρακτήρων (16 χαρακτήρες επί 2 γραμμές) συνδεμένης σε 4bit mode μέσω της θύρας D του μικροελεγκτή. Ταυτόχρονα παρέχει τροφοδοσία στην οθόνη και ρύθμιση contrast της οθόνης μέσω του τρίμμερ R49. Οι τρεις συνδετήρες UP1, DOWN1, ENTER1 χρησιμοποιήθηκαν για τη διασύνδεση διακοπτών (push buttons) στην πρόσοψη του κουτιού της κατασκευής για έλεγχο συχνότητας και μέσω αντιστάσεων pull up 10KΩμ συνδέονται στις θύρες RB0, RB1, RB2 (pin 33, 34 και 35) αντίστοιχα. Η επιλογή των συγκεκριμένων εισόδων έγινε λόγω του ότι στις συγκεκριμένες εισόδους ο μικροελεγκτής μας έχει εισόδους INT (interrupts) διακοπών που θα φανούν χρήσιμες στις λειτουργίες των διακοπτών που θα αναλυθεί παρακάτω. Αντίστοιχα οι θύρες RB3, RB4, RB5, RB6 (pin 36, 37, 38, 39) χρησιμοποιούνται για τον δίαυλο επικοινωνίας i2c του ολοκληρωμένου SAA1057 και τον έλεγχο κλειδώματος του PLL. Μέσω του πυκνωτή C55 και της αντίστασης R44 παίρνουμε σήμα χρονισμού από τον κρύσταλλο Q4 και τροφοδοτούμε την είσοδο χρονισμού του ολοκληρωμένου U4 (SAA1057) που βρίσκεται στο pin 17 σύμφωνα με το datasheet του κατασκευαστή και σύμφωνα με αυτό έχει συνδεσμολογηθεί πάνω στο σχέδιο. Το ολοκληρωμένο αυτό μας παρέχει μεταβλητή τάση εξόδου ανάλογα με τη ρύθμιση συχνότητας στον έξοδο 5 και 6 μέσω του φίλτρου που αποτελείται από τις αντιστάσεις R40, R41, R42 και τους πυκνωτές C50, C51, C52 στη έξοδο TUNEV. 12

18 Η είσοδος ανάδρασης του κυκλώματος παρέχεται μέσω της εισόδου PLLFB μέσω του πυκνωτή C43 στο pin 11 του ολοκληρωμένου. Σχήμα 4:Το σχηματικό διάγραμμα του μικροελεγκτή και κυκλώματος PLL 3.3 Ταλαντωτής ελεγχόμενος από τάση (VCO) Ο ταλαντωτής αποτελείται από το ολοκληρωμένο U1 (TDA1072) από το οποίο χρησιμοποιούμε τον ενσωματωμένο ταλαντωτή με τρανζίστορ και ελέγχεται από ένα κύκλωμα L C που αποτελείται από το πηνίο L1 και τον πυκνωτή C6. Για να αλλάξουμε συχνότητα εξόδου εφ όσον έχουμε ήδη το συντονισμένο κύκλωμα μας με το κύκλωμα LC χρησιμοποιούμε μια δίοδο varicap BB112 πολωμένη ανάστροφα σε σειρά με τον πυκνωτή C6 έτσι ώστε να πετύχουμε έλεγχο μέσω τάσης από το SAA1057 μέσω της αντίστασης R6. Η έξοδος FOSC του U1 θα ενισχυθεί από έναν ενισχυτή κοινού εκπομπού με το BC546 και μέσω του πυκνωτή C4 θα οδηγηθεί ο διαμορφωτής με το MC

19 Σχήμα 5: Το σχηματικό διάγραμμα του ταλαντωτή (VCO) 3.4 Διαμορφωτής ΑΜ. Η διαμόρφωση του σήματος φορέα επιτυγχάνεται μέσω του ολοκληρωμένου MC1496 που σύμφωνα με το datasheet του κατασκευαστή έχει συνδεσμολογηθεί σαν διαμορφωτής. Ο συνδετήρας Χ1 μας παρέχει την είσοδο ήχου όπου μέσω της μεταβλητής αντίστασης R13 και ενός ηλεκτρολυτικού πυκνωτή αποκοπής τροφοδοτεί το pin 1 του ολοκληρωμένου. Η είσοδος σήματος φορέα βρίσκεται στο pin 10 μέσω του πυκνωτή C6, από την μεταβλητή αντίσταση R14 μπορούμε να ρυθμίσουμε τη στάθμη του σήματος φορέα. Η έξοδος του διαμορφωτή ενισχύεται από έναν ενισχυτή με τρανζίστορ δε διάταξη κοινού εκπομπού με το BC546 το οποίο μέσω του πυκνωτή C11 θα τροφοδοτήσει τον γραμμικό ενισχυτή. 14

20 Σχήμα 6:Το σχηματικό διάγραμμα του διαμορφωτή ΑΜ Εικόνα 1 Ο διαμορφωτής όπως έχει κολληθεί στην πλακέτα. 3.5 Γραμμικός ενισχυτής ισχύος (Linear amplifier) Ο ενισχυτής του πομπού βρίσκεται σε ξεχωριστή πλακέτα λόγω της θερμότητας που αναπτύσσεται και πρέπει να γίνει απαγωγή της θερμότητας αυτής σε ψύκτρα, με αυτό τον τρόπο αποφεύγουμε τον επηρεασμό των εξαρτημάτων της πλακέτας του PLL από θερμοκρασία και παρεμβολές λόγω της υψηλής ισχύος του κυκλώματος. Στο αρχικό στάδιο ο ενισχυτής με το BD139 οδηγεί τον μετασχηματιστή TR1, η έξοδος του μετασχηματιστή θα οδηγηθεί στην βάση ενός mosfet IRF520 (To footprint είναι του IRF540 λόγω του ότι οι βιβλιοθήκες του eagle δεν περιείχαν το σωστό). Στη συνέχεια η έξοδος του mosfet οδηγεί τον μετασχηματιστή TR2 που με τη σειρά του σε μια διάταξη push-pull οδηγεί τέσσερα MOSFET ισχύος IRFP240 τα οποία οδηγούν 15

21 τον μετασχηματιστή TR3. Ο μετασχηματιστής αυτός τροφοδοτεί τα mosfet με μεσαία λήψη μέσω 2 πηνίων VK200. Ο μετασχηματιστής TR1 αποτελείται από 3 σπείρες στο πρωτεύον και 2 σπείρες στο δευτερεύον, ο TR2 αποτελείται από 2 σπείρες στο πρωτεύον και 2 στο δευτερεύον ενώ ο TR3 αποτελείται από 4 σπείρες με μεσαία λήψη στο πρωτεύον και 8 στο δευτερεύον. Σημασία έχει να προσέξουμε τον σταθεροποιητή LM7805 σε συνδυασμό με τις μεταβλητές αντιστάσεις R9-R10 που χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με τα σημεία ελέγχου TP1 και TP2 αντίστοιχα, μέσω αυτών μπορούμε να ρυθμίσουμε το ρεύμα ηρεμίας στο mosfet Q1 (IRF520) και των τεσσάρων mosfet εξόδου (IRFP240). Η διαδικασία ξεκινά συνδέοντας ένα μιλλιαμπερόμετρο στο TP1 έχοντας ανοιχτό το TP2 και ρυθμίζοντας τη μεταβλητή αντίσταση R9 για να ρυθμίσουμε το ρεύμα ηρεμίας του Q1 (IRF520) στα 400mA κατανάλωση. Μόλις αυτό σταθεροποιηθεί βραχυκυκλώνουμε το TP1 και συνδέουμε το μιλλιαμπερόμετρο στο TP2 και ρυθμίζουμε την μεταβλητή αντίσταση R10 για 100mA ρεύμα ηρεμίας. Μόλις γίνουν οι δυο παραπάνω ενέργειες βραχυκυκλώνουμε και τα δυο σημεία ελέγχου για κανονική λειτουργία. Εικόνα 2 Η πλακέτα του τελικού ενισχυτή. 16

22 Σχήμα 7:Το σχηματικό διάγραμμα του γραμμικού ενισχυτή 17

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Περίληψη λογισμικού 4.1 Επικοινωνία I2C Σύμφωνα με το datasheet του κατασκευαστή το ολοκληρωμένο PLL SAA1057 μπορεί να ελεγχθεί με το πρωτόκολλο i2c μέσω τριών γραμμών επικοινωνίας: Τη γραμμή CLK (ρολόι χρονισμού), τη γραμμή Data (δεδομένα) και τη γραμμή DLEN (Device Enable) που με χαμηλή λογική στάθμη 0V σηματοδοτεί την αρχή αποστολής δεδομένων και είναι αρκετά χρήσιμο στην περίπτωση που υπάρχουν και άλλα εξαρτήματα i2c στο δίαυλο. Επίσης στο pin18 του SAA1057 μας παρέχεται η έξοδος Test η οποία ελέγχοντας την για λογικό 0 η 1 μας δηλώνει αν το PLL έχει «κλειδώσει» στην επιλεγμένη συχνότητα. Σχήμα 8 :Η οργάνωση καταχωρητών του ολοκληρωμένου SAA1057 Σύμφωνα με το datasheet του κατασκευαστή για να ρυθμίσουμε το ολοκληρωμένο του PLL χρειάζεται να εισάγουμε δεδομένα σε δυο 18 bits καταχωρητές και ονομάζονται Word A και Word B. To Word A περιέχει την τιμή του προγραμματιζόμενου διαιρέτη για την επιλογή συχνότητας. Το Word B περιέχει configuration bits απαραίτητα για τη λειτουργία του PLL. Παρακάτω παραθέτουμε αναλυτικά τα στοιχεία του καταχωρητή Word B BRM T3 T2 T1 T0 bus receiver mode bit; in this mode the supply current of the BUS receiver will be switched-off automatically after a data transmission (current-draw is reduced); 1 = current switched; 0 = current alwayson test bit; must be programmedalways 0 test bit; selects the reference frequency (32 or 40 khz) to the TEST pin test bit; must be programmedalways 0 test bit; selects the output of the programmable counter to the TEST pin 18

24 FM REFH CP3 CP2 CP1 CP0 SB2 SLA PDM1 PDM0 FM/AM selection; 1 = FM, 0 = AM reference frequency selection; 1 = 1,25 khz, 0 = 1 khz (sample and hold) control bits for the programmable current amplifier (see section Characteristics) enables last 8 bits (SLA to T0) of data word B; 1 = enables, 0 = disables; when programmed 0, the last 8 bits of data word B will be set to 0 automatically load mode of latch A; 1 = synchronous, 0 = asynchronous phase detector mode T3 T2 T1 T0 TEST (pin 18) reference frequency output programmable counter output in-lock counter 0 = out-lock 1 = in-lock Σύμφωνα με αυτά τα στοιχεία το bit 15 πρέπει να είναι 0 (μιας και θα το χρησιμοποιήσουμε για ΑΜ διαμόρφωση. Το bit 14 πρέπει να είναι επίσης 0 για βήμα 1KHz Τα επόμενα 4 bits θα είναι επίσης 0000 για κέρδος στον προγραμματιζόμενο ενισχυτή. Τα επόμενα 2 bits είναι ο ανιχνευτής φάσης που σημαίνει ότι θα είναι 10 για να βρίσκεται σε λειτουργία. Το BRM bit θα πάρει λογικό 0 λόγω του ότι δεν μας ενδιαφέρει τόσο η κατανάλωση. Τέλος τα τέσσερα Test bits θα έχουν την ακολουθία 0101 η οποία θα μας παρέχει λογικό 0 η 1 για έλεγχο κλειδώματος. Η τιμή του Word A (προγραμματιζόμενου διαιρέτη) για χρήση με διαμόρφωση FM καθορίζεται από την εξής σχέση: F (σε MHz) = ((10 x N) x REFH) MHz Όπου F η επιθυμητή συχνότητα εκπομπής. Η σταθερά 10 είναι ο ενσωματωμένος σταθερός διαιρέτης δια 10 για FM χρήση μόνο. REFH είναι 1 η 1.25 (για βήμα 1KHz η 1.25KHz) 10,7MHz είναι η ενδιάμεση συχνότητα FM που αφαιρείται. Στην περίπτωση μας εφ όσον χρησιμοποιούμε διαμόρφωση πλάτους (ΑΜ) η τιμή του διαιρέτη Ν καθορίζεται από την εξής σχέση: F(Σε MHz)= Ν x REFH 19

25 Άρα αν θέλουμε να προγραμματίσουμε το PLL στην κατώτερη συχνότητα του πομπού μας 512KHZ πολλαπλασιάζουμε την τιμή 512 με το (1KHz) και παίρνουμε το αποτέλεσμα (MHz). Το μόνο που έχουμε να κάνουμε δηλαδή είναι να προγραμματίσουμε μια τιμή από 512 έως 1800 που θα αντιστοιχεί στην συχνότητα εκπομπής του πομπού μας και θα μας δώσει το επιθυμητό αποτέλεσμα εκπομπής από 512KHz έως 1800KHz. 4.2 Προγραμματισμός μικροελεγκτή Ο προγραμματισμός του μικροελεγκτή PIC18F4550 έγινε με τη βοήθεια του Flowcode και του γνωστού compiler BoostC σε περιβάλλον C. Ξεκινώντας αρχικά πρέπει να αρχικοποιήσουμε τον μικροελεγκτή και την οθόνη. Όπως βλέπουμε και στη φιγούρα 9 η αρχικοποίηση γίνεται θέτοντας το DLEN pin που αντιστοιχεί στο τέταρτο bit της θύρας 4 σε λογικό 0. Μετά ακολουθεί η ενεργοποίηση της οθόνης και η εκτύπωση του λογότυπου μαζί με το όνομα. 20

26 Σχήμα 9 :Η αρχικοποίηση του προγράμματος του μικροελεγκτή Στη συνέχεια έχουμε μια ρουτίνα ελέγχου της εσωτερικής μνήμης EEPROM. Λόγω του ότι όταν προγραμματίζουμε έναν μικροελεγκτή για πρώτη φορά οι τιμές στην εσωτερική μνήμη μπορεί να είναι τυχαίες η μηδενικές, με τον έλεγχο και αρχικοποίηση της μνήμης πετυχαίνουμε μια αρχική τιμή εντός επιθυμητών ορίων. Η ρουτίνα αυτή ελέγχει αν ο αριθμός που βρίσκεται στη μνήμη είναι εντός των ορίων που έχουμε θέσει (512 εως 1800), αν δεν βρίσκεται στα επιθυμητά όρια το πρόγραμμα τοποθετεί την αρχική χαμηλότερη τιμή 512 στην μνήμη και το πρόγραμμα συνεχίζει να εκτελεί την κανονική του ροή. Εάν η τιμή είναι εντός επιθυμητών ορίων (π.χ. Μετά από διακοπή ρεύματος) τότε το πρόγραμμα παρακάμπτει την εγγραφή και συνεχίζει τη ροή του κανονικά. 21

27 Σχήμα 10 :Ο έλεγχος εσωτερικής μνήμης για σωστή τιμή Πρέπει να αναφέρουμε ότι η μεταβλητή freq που περιέχει τον αριθμό του προγραμματιζόμενου διαιρέτη είναι Unsigned Long number που σημαίνει ότι μπορεί να περιέχει οποιαδήποτε τιμή από 0 έως Το πρόβλημα που προκύπτει είναι ότι κάθε θέση της μνήμης χωράει αριθμό μεγέθους 8 bit δηλαδή από 0 έως 255. Για να αποθηκεύσουμε έναν μεγάλο αριθμό στη μνήμη σπάζουμε τον αριθμό σε 4 κομμάτια, έτσι για τον δεκαδικό αριθμό 512 αν τον μετατρέψουμε σε δεκαεξαδικό παίρνουμε αποτέλεσμα 200. Οπότε η αναπαράσταση του δεκαδικού μας θα μετατραπεί αυτόματα σε , χρησιμοποιώντας τις μεταβλητές TotFreq, TotFreq2, TotFreq3, TotFreq4 οι οποίες είναι bytes (0-255 αριθμοί) χωρίζουμε την τιμή σε 4 κομμάτια και αποθηκεύουμε κάθε μεταβλητή με τη σειρά στην εσωτερική μνήμη. 22

28 Δηλαδή η μεταβλητή TotFreq1 θα πάει στη θέση 1 της μνήμης, η TotFreq2 στη θέση 2 και ούτω κάθε εξής. Όταν θέλουμε να διαβάσουμε τον αριθμό που αποθηκεύσαμε διαβάζουμε μια μια τις αντίστοιχες θέσεις και τις προσθέτουμε ώστε να πάρουμε την επιθυμητή τιμή. Όταν διαβάζουμε την τιμή της μνήμης με την υπορουτίνα eeprom_read και αφού καθαρίσουμε την οθόνη αναγράφουμε τη λέξη «Freq:» ακολουθούμενη από την μεταβλητή freq που περιέχει την τιμή της επιθυμητής συχνότητας. Σχήμα 11:Έλεγχος μνήμης και αναγραφή στην οθόνη. Σύμφωνα με τον κατασκευαστή του SAA1057 για να ενεργοποιηθεί το ολοκληρωμένο πρέπει να στείλουμε η 16 κύκλους χρονισμού στον δίαυλο i2c η στέλνουμε το Word B δυο φορές και μετά το Word A, έτσι επιτυγχάνεται η ενεργοποίηση του ολοκληρωμένου με την τιμή που περιέχεται στην μεταβλητή freq ώστε να είναι έτοιμος ο πομπός να κλειδώσει στην επιθυμητή συχνότητα. Παρακάτω φαίνεται πως θέτουμε την γραμμή DLEN σε λογικό 0 πριν την αποστολή δεδομένων, την αποστολή του word B σε δυαδική μορφή (μιας και είναι σταθερό) και την αποστολή του Word A πρώτα στέλνοντας το MSB και μετά το LSB. Αφού τελειώσει η αποστολή δεδομένων η γραμμή DLEN ξανά έρχεται στο λογικό 0. 23

29 Στη συνέχεια ενεργοποιούμε την είσοδο ΙΝΤ0 και ΙΝΤ1 του μικροελεγκτή τα οποία εισάγουν διακοπές (interrupts) στο πρόγραμμα μας και αντιστοιχούν στα κουμπιά UP και DOWN στην πρόσοψη του πομπού ώστε να αλλάζουμε την επιθυμητή συχνότητα. Σχήμα 12: Η αποστολή δεδομένων και η ενεργοποίηση διακοπών Τέλος το λογισμικό μας πέφτει σε loop μέσα στο οποίο ελέγχει συνεχώς την θύρα Β του μικροελεγκτή στο pin 6 που βρίσκεται η γραμμή Test του ολοκληρωμένου SAA1057 και αντίστοιχα μας ενημερώνει στη δεύτερη γραμμή της οθόνης αν έχουμε κατάσταση κλειδώματος η ξεκλειδώματος του PLL. 24

30 Σχήμα 13 :Το loop στο τέλος του προγράμματος. Όσο το λογισμικό μας βρίσκεται σε αυτό τον κύκλο ελέγχοντας συνεχώς το κλείδωμα του PLL αν πατηθεί κάποιο πλήκτρο UP η DOWN ενεργοποιείται η αντίστοιχη διακοπή INT με σκοπό να ενημερώσουμε την μεταβλητή freq και να ενημερώσουμε το PLL. Αν πατηθεί το πλήκτρο UP για παράδειγμα γίνεται ένας έλεγχος αν η μεταβλητή freq είναι μεγαλύτερη από 1800 και αν δεν είναι προσθέτει τον αριθμό 1, μετά ενημερώνει την εσωτερική μνήμη ώστε να υπάρχει η τελευταία τιμή αποθηκευμένη και μετά 25

31 αποστέλλει δεδομένα μέσω του διαύλου i2c και ενημερώνει την οθόνη με τη νέα τιμή της συχνότητας μας. Αν προστεθεί ο αριθμός 1 και η τιμή της μεταβλητής freq είναι πάνω από 1800 τότε αφαιρείται ο αριθμος 1 και η οθόνη απεικονίζει για ένα δευτερόλεπτο το κείμενο «Out Of Range» που σηματοδοτεί το όριο των 1800KHz. Το ίδιο συμβαίνει και με τη διακοπή DOWN όπου αντί να προσθέτουμε τον αριθμό 1 τον αφαιρούμε από τη μεταβλητή freq και ενημερώνουμε τα δεδομένα όπως με την παραπάνω διεργασία. 26

32 Σχήμα 14 Η υπορουτίνα UP 27

33 Παρακάτω παραθέτουμε και τον πηγαίο του μικροελεγκτή κώδικα σε C: //************************************************************** ********************** //** //** Source name: C:\Users\Evripidis\Desktop\AMpll\software\flowcode6\AMPll.fcfx //** Title: //** Description: //** Device: PIC.18F.18F4550 //** //** Generated by: Flowcode v //** Date: Monday, December 23, :48:46 //** Users: 1 //** Registered to: E.goniadis //** Licence key: xxxxx //** //** //** //** //************************************************************** ********************** #define MX_PIC #define MX_CAL_PIC #define MX_CLK_SPEED #define FCP_NULL Unconnected_Port #ifdef _BOOSTC #pragma DATA 0x300000, 0xE0 #ifdef HI_TECH_C CONFIG(0xE0); #ifdef _BOOSTC #pragma DATA 0x300001, 0x32 #ifdef HI_TECH_C CONFIG(0x32); #ifdef _BOOSTC #pragma DATA 0x300002, 0xD9 #ifdef HI_TECH_C CONFIG(0xD9); #ifdef _BOOSTC #pragma DATA 0x300003, 0xFE #ifdef HI_TECH_C CONFIG(0xFE); #ifdef _BOOSTC #pragma DATA 0x300004, 0xFF 28

34 #ifdef HI_TECH_C CONFIG(0xFF); #ifdef _BOOSTC #pragma DATA 0x300005, 0xF9 #ifdef HI_TECH_C CONFIG(0xF9); #ifdef _BOOSTC #pragma DATA 0x300006, 0x9A #ifdef HI_TECH_C CONFIG(0x9A); #ifdef _BOOSTC #pragma DATA 0x300007, 0xFF #ifdef HI_TECH_C CONFIG(0xFF); #ifdef _BOOSTC #pragma DATA 0x300008, 0xFF #ifdef HI_TECH_C CONFIG(0xFF); #ifdef _BOOSTC #pragma DATA 0x300009, 0xFF #ifdef HI_TECH_C CONFIG(0xFF); #ifdef _BOOSTC #pragma DATA 0x30000a, 0xFF #ifdef HI_TECH_C CONFIG(0xFF); #ifdef _BOOSTC #pragma DATA 0x30000b, 0xFF #ifdef HI_TECH_C CONFIG(0xFF); #ifdef _BOOSTC #pragma DATA 0x30000c, 0xFF #ifdef HI_TECH_C CONFIG(0xFF); #ifdef _BOOSTC 29

35 #pragma DATA 0x30000d, 0xFF #ifdef HI_TECH_C CONFIG(0xFF); /*============================================================== ==========*\ Use :Include the type definitions \*============================================================== ==========*/ #include "C:\Program Files (x86)\flowcode 6\CAL\internals.c" /*============================================================== ==========*\ Use :panel :Variable declarations :Macro function declarations \*============================================================== ==========*/ #define FCV_FALSE (0) #define FCV_TRUE (1) MX_GLOBAL MX_UINT8 FCV_LSB; MX_GLOBAL MX_UINT16 FCV_FREQ = (0x200); MX_GLOBAL MX_BOOL FCV_LOCK; // locking MX_GLOBAL MX_UINT8 FCV_TOTFREQ4; MX_GLOBAL MX_UINT8 FCV_TOTFREQ3; MX_GLOBAL MX_UINT8 FCV_MSB; MX_GLOBAL MX_UINT8 FCV_TOTFREQ2; MX_GLOBAL MX_UINT8 FCV_TOTFREQ1; void FCM_eeprom_read(); void FCM_eeprom_write(); void FCM_Up(); void FCM_Down(); /*============================================================== ==========*\ Use :InjectorBase1 :Variable declarations :Macro function declarations \*============================================================== ==========*/ /*============================================================== ==========*\ Use :dash_io_flasher :Variable declarations :Macro function declarations \*============================================================== ==========*/ 30

36 /*============================================================== ==========*\ Use :fcdhelper :Variable declarations :Macro function declarations \*============================================================== ==========*/ /*============================================================== ==========*\ Use :cal_i2c :Variable declarations :Macro function declarations \*============================================================== ==========*/ #define MX_I2C_SDA_PORT_1 portc #define MX_I2C_REF1 #define MX_I2C_1 #define MX_I2C_BMODE_1 (0) #define MX_I2C_SDA_TRIS_1 trisc #define MX_I2C_SCL_PIN_1 (0) #define MX_I2C_SCL_PORT_1 portc #define MX_I2C_SDA_PIN_1 (4) #define MX_I2C_SCL_TRIS_1 trisc #define MX_I2C_BAUD_1 (100000) #define MX_I2C_CHANNEL_1 (0) /*= =*\ Use :cal_i2c :Supplementary defines \*= =*/ #define MX_MI2C MX_GLOBAL MX_UINT32 FCV_07da1_cal_i2c CONSOLE; void FC_CAL_I2C_Slave_Uninit_1(); void FCD_07da1_cal_i2c Prv_TextConsole(MX_CHAR *FCL_STR, MX_UINT16 FCLsz_STR); void FC_CAL_I2C_Master_Stop_1(); void FC_CAL_I2C_Slave_Init_1(MX_UINT8 FCL_ADDRESS, MX_UINT8 FCL_MASK); void FC_CAL_I2C_Master_Uninit_1(); MX_UINT8 FC_CAL_I2C_Slave_Status_1(); MX_UINT8 FC_CAL_I2C_Slave_TxByte_1(MX_UINT8 FCL_DATA); MX_UINT8 FC_CAL_I2C_Slave_RxByte_1(MX_UINT8 FCL_LAST); void FC_CAL_I2C_Master_Init_1(); void FC_CAL_I2C_Master_Start_1(); MX_UINT8 FC_CAL_I2C_Master_TxByte_1(MX_UINT8 FCL_DATA); void FC_CAL_I2C_Master_Restart_1(); MX_UINT8 FC_CAL_I2C_Master_RxByte_1(MX_UINT8 FCL_LAST); 31

37 /*============================================================== ==========*\ Use :I2C_Master1 :Variable declarations :Macro function declarations \*============================================================== ==========*/ MX_UINT8 FCD_005f1_I2C_Master1 ReceiveByte(MX_UINT8 FCL_LAST); void FCD_005f1_I2C_Master1 Restart(); void FCD_005f1_I2C_Master1 Stop(); MX_UINT8 FCD_005f1_I2C_Master1 ReceiveByteTransaction(MX_UINT8 FCL_DEVICE_ID, MX_UINT8 FCL_ADDRH, MX_UINT8 FCL_ADDRL); MX_UINT8 FCD_005f1_I2C_Master1 TransmitByte(MX_UINT8 FCL_DATA); void FCD_005f1_I2C_Master1 SendByteTransaction(MX_UINT8 FCL_DEVICE_ID, MX_UINT8 FCL_ADDRH, MX_UINT8 FCL_ADDRL, MX_UINT8 FCL_DATA); void FCD_005f1_I2C_Master1 Start(); void FCD_005f1_I2C_Master1 Initialise(); /*============================================================== ==========*\ Use :ButtonCtrl :Variable declarations :Macro function declarations \*============================================================== ==========*/ /*============================================================== ==========*\ Use :switch_base :Variable declarations :Macro function declarations \*============================================================== ==========*/ MX_UINT8 FCD_05263_switch_base ReadState(); void FCD_05263_switch_base WaitUntilHigh(); void FCD_05263_switch_base WaitUntilLow(); /*============================================================== ==========*\ Use :ctrl_lcd :Variable declarations :Macro function declarations \*============================================================== ==========*/ /*============================================================== ==========*\ Use :LCD1 :Variable declarations :Macro function declarations 32

38 \*============================================================== ==========*/ void FCD_04071_LCD1 Clear(); void FCD_04071_LCD1 PrintString(MX_CHAR *FCL_TEXT, MX_UINT16 FCLsz_TEXT); void FCD_04071_LCD1 PrintAscii(MX_UINT8 FCL_CHARACTER); void FCD_04071_LCD1 PrintNumber(MX_SINT16 FCL_NUMBER); void FCD_04071_LCD1 RAMWrite(MX_UINT8 FCL_INDEX, MX_UINT8 FCL_D0, MX_UINT8 FCL_D1, MX_UINT8 FCL_D2, MX_UINT8 FCL_D3, MX_UINT8 FCL_D4, MX_UINT8 FCL_D5, MX_UINT8 FCL_D6, MX_UINT8 FCL_D7); void FCD_04071_LCD1 ClearLine(MX_UINT8 FCL_LINE); void FCD_04071_LCD1 Cursor(MX_UINT8 FCL_X, MX_UINT8 FCL_Y); void FCD_04071_LCD1 Command(MX_UINT8 FCL_INSTRUCTION); void FCD_04071_LCD1 PrintFormattedNumber(MX_UINT32 FCL_NUMBER, MX_BOOL FCL_FORMAT); void FCD_04071_LCD1 ScrollDisplay(MX_UINT8 FCL_POSITION, MX_UINT8 FCL_DIRECTION); void FCD_04071_LCD1 RawSend(MX_UINT8 FCL_DATA, MX_BOOL FCL_TYPE); void FCD_04071_LCD1 Start(); /*============================================================== ==========*\ Use :cal_eeprom :Variable declarations :Macro function declarations \*============================================================== ==========*/ #define MX_EEPROM_REF #define MX_EE_SIZE 256 #define MX_EE_TYPE3 /*= =*\ Use :cal_eeprom :Supplementary defines \*= =*/ #define MX_EE MX_UINT16 FC_CAL_EE_Read(MX_UINT16 FCL_ADDRESS); void FC_CAL_EE_Write(MX_UINT16 FCL_ADDRESS, MX_UINT16 FCL_DATA); /*============================================================== ==========*\ Use :eeprom1 :Variable declarations :Macro function declarations \*============================================================== ==========*/ MX_UINT16 FCD_06651_eeprom1 Read(MX_UINT16 FCL_ADDRESS); 33

39 void FCD_06651_eeprom1 Write(MX_UINT16 FCL_ADDRESS, MX_UINT16 FCL_VALUE); /*============================================================== ==========*\ Use :ButtonCtrl :Variable declarations :Macro function declarations \*============================================================== ==========*/ /*============================================================== ==========*\ Use :switch_base :Variable declarations :Macro function declarations \*============================================================== ==========*/ MX_UINT8 FCD_05262_switch_base ReadState(); void FCD_05262_switch_base WaitUntilHigh(); void FCD_05262_switch_base WaitUntilLow(); /*============================================================== ==========*\ Use :ButtonCtrl :Variable declarations :Macro function declarations \*============================================================== ==========*/ /*============================================================== ==========*\ Use :switch_base :Variable declarations :Macro function declarations \*============================================================== ==========*/ MX_UINT8 FCD_05261_switch_base ReadState(); void FCD_05261_switch_base WaitUntilHigh(); void FCD_05261_switch_base WaitUntilLow(); /*============================================================== ==========*\ Use :Include the chip adaption layer \*============================================================== ==========*/ #include "C:\Program Files (x86)\flowcode 6\CAL\includes.c" /*============================================================== ==========*\ Use :InjectorBase1 :Macro implementations 34

40 \*============================================================== ==========*/ /*============================================================== ==========*\ Use :dash_io_flasher :Macro implementations \*============================================================== ==========*/ /*============================================================== ==========*\ Use :fcdhelper :Macro implementations \*============================================================== ==========*/ /*============================================================== ==========*\ Use :cal_i2c :Macro implementations \*============================================================== ==========*/ /*= =*\ Use :Send text to the console : :Parameters for macro Prv_TextConsole: : str[20] : MX_CHAR (by-ref) \*= =*/ void FCD_07da1_cal_i2c Prv_TextConsole(MX_CHAR *FCL_STR, MX_UINT16 FCLsz_STR) /*============================================================== ==========*\ Use :I2C_Master1 :Macro implementations \*============================================================== ==========*/ /*= =*\ Use :Receives a byte from the I??C bus. : :Parameters for macro ReceiveByte: : Last : Used to signify the last byte when streaming incoming data. 0=Not last byte, 1=Last Byte : 35

41 :Returns : MX_UINT8 \*= =*/ MX_UINT8 FCD_005f1_I2C_Master1 ReceiveByte(MX_UINT8 FCL_LAST) //Local variable definitions MX_UINT8 FCR_RETVAL; FCR_RETVAL = FC_CAL_I2C_Master_RxByte_1(FCL_LAST); return (FCR_RETVAL); /*= =*\ Use :Outputs a restart condition onto the I??C bus. \*= =*/ void FCD_005f1_I2C_Master1 Restart() FC_CAL_I2C_Master_Restart_1(); /*= =*\ Use :Outputs a stop condition onto the I??C bus. \*= =*/ void FCD_005f1_I2C_Master1 Stop() FC_CAL_I2C_Master_Stop_1(); /*= =*\ Use :Function to perform a generic I2C read transaction. The 7-bit device ID is automatically shifted up by one bit to make room for the read/write bit. Returns the data from the location specified. : :Parameters for macro ReceiveByteTransaction: : Device_ID : 7-bit Device Address ID : AddrH : Internal Address High Byte : AddrL : Internal Address Low Byte : :Returns : MX_UINT8 36