Цифровой магнитофон для трансивера. Цифровой "магнитофон"

На смену магнитной записи пришла цифровая с "жесткой" и программно-управляемой логикой. Все чаще в радиолюбительской практике применяют компьютер. Однако далеко не каждый коротковолновик и ультракоротковолновик, желающий работать через метеоры, имеет возможность сделать "жесткое" логическое устройство, предложенное В. Багдяном и описанное в , а тем более собрать или приобрести компьютер с необходимым программным обеспечением.

Предлагаемый читателям простой цифровой "магнитофон" (далее по тексту - устройство) позволяет проводить метеорные связи при скорости передачи от 420 до 2000 знаков в минуту. Он совмещает в себе многие достоинства аналоговой записи (такие, как участие слухового анализатора человека в процессе приема, что особенно важно в условиях помех; возможность оценки скорости передачи корреспондента при работе на общий вызов) с достоинствами цифровой (возможность работы устройства с узкополосным фильтром; мгновенный автоматический переход в режим воспроизведения после окончания записи в режим воспроизведения после окончания записи бурста с замедлением в несколько раз, а при доработке устройства - вплоть до полной "остановки", без изменения тона, воспроизводимого сигнала; логическая защита от перехода в режим воспроизведения от сигналов, не отвечающих некоторым заданным параметрам).

Снижение достоверности сигналов, записанных при скорости свыше 1500 знаков в минуту, при воспроизведении оправдано простотой устройства. Если увеличить объем памяти и повысить тактовую частоту, диапазон скоростей можно расширить. Чем выше тактовая частота в устройстве, тем большей достоверности можно достичь.

Принципиальная схема устройства изображена на рис. 1. Оно состоит из аналого-циф-рового преобразователя на транзисторах VT1-VT3 и триггере Шмитта DD1.1, узла "восстановления" огибающей сигнала (выполнен на ждущем мультивибраторе DD2.1), управляемого тактового генератора на элементах 2И-НЕ микросхемы DD3, узлов памяти (на счетчиках DD4-DD6 и ОЗУ DS1) и управления (на ждущем мультивибраторе DD2.2 и микросхеме DD8) и тонального генератора на элементах 2И-НЕ DD7.1 - DD7.3.

Эпюры напряжения в некоторых точках устройства показаны на рис. 2.

Отфильтрованные тональные посылки амплитудой 2...3 В, переданные со скоростью 420- 2000 знаков минуту, с выхода приемника поступают на АЦП, выполненный по схеме, схожей с описанной в (несколько изменена входная часть). Здесь они ограничиваются диодами VD1, VD2 и усиливаются дифференциальным усилителем на транзисторах VT1, VT2.

Усилительные каскады на транзисторах VT2 и VT3, охваченные положительной обратной связью через резистор R9, образуют узел с триггерными свойствами, который формирует прямоугольные импульсы, приходящие на вход триггера Шмитта DD1.1. С его выхода тональная посылка в виде пачки прямоугольных импульсов поступает на вход D ждущего мультивибратора DD2.1 Функция этого узла - заполнить паузы в поступающей пачке и тем самым восстановить первоначальную длительность телеграфной посылки (с незначительной погрешностью, увеличивающейся с ростом скорости передачи). Условие нормальной работы узла "восстановления": Ти,<Тжм,<Ти+ти, где Тжм, -длительность импульса, формируемого ждущим мультивибратором DD2.1, ти - длительность импульса в пачке, Ти - период импульсов в ней. При частоте тональных посылок 1 кГц и длительности Тжм, равной 1 мс, длительность "восстановленной" посылки на 0,25 мс больше, чем у принятой. С выхода ждущего мультивибратора DD2.1 телеграфная посылка поступает на вход D ОЗУ DS1.

Перед записью информации в ОЗУ необходимо предварительно "очистить" в нем все ячейки памяти, для чего кнопку SB2 удерживают нажатой до тех пор, пока не погаснет све-тодиод HL2 "Запись". При этом на входах RO счетчиков DD4- DD6 появляется низкий логический уровень, и они начинают считать импульсы, приходящие с тактового генератора, тем самым последовательно перебирая адреса ОЗУ с 0 до 1023. Во все ячейки ОЗУ запишется логический 0, так как с вывода 13 ждущего мультивибратора DD2.1 до окончания удержания кнопки SB2 на вход D ОЗУ поступает низкий логический уровень. На 1024-м такте импульсом низкого уровня с выхода 2 счетчика DD6 переключится RS-триггер (на элементах DD8.2, DD8.3), и устройство перейдет в режим воспроизведения. Об изменении режима можно судить по погасанию светодиода HL2.

Узел управления работает следующим образом. При кратковременном нажатии на кнопку SB2 продифференцированный импульс низкого уровня переведет RS-триггер на элементах DD8.2, DD8.3 в состояние, при котором на выходе элемента DD8.2 будет низкий логический уровень, а на выходе DD8.3 - высокий. Устройство перейдет в режим записи. При этом загорится светодиод HL2, прекратится протекание тока по обмотке реле К1, ОЗУ готово к записи информации из эфира. Ждущий мультивибратор DD2.2 служит для запуска узла при появлении на входе устройства тональных посылок. Кроме того, он является избирательным элементом, позволяющим увеличить помехозащищенность устройства. Запускаясь фронтом импульса первой телеграфной посылки с выхода ждущего мультивибратора DD2.1, ждущий мультивибратор DD2.2 разрешает работу счетчиков DD4- DD6 сигналом, проходящим через элементы DD8.1 и DD3.4. Если пауза в серии телеграфных посылок или длительность посылки в процессе записи превысит длительность импульса, вырабатываемого ждущим мультивибратором DD2.2 (Тжм2=100 мс), устройство вернется в исходное состояние - в режим ожидания информации. То же произойдет, когда длительность серии посылок не будет удовлетворять условию Тс>tз/2-Тжм2, где Тc - длительность серии посылок, tз - время записи, зависящее от положения переключателя SA1 (в положении "600" tз==2 с, "1200"-tз=1 с), Тжм2=100 мс.

Если поступающая серия телеграфных посылок удовлетворяет условиям, перечисленным выше, она будет записана в ОЗУ. Импульс со второго разряда счетчика DD6, продифференцированный цепью C9R26, изменит состояние RS-триггера, и устройство перейдет в режим воспроизведения. При этом сработает реле К1 и своими контактами К 1.1 подключит в тактовом генераторе параллельно конденсатору С5 конденсатор С6, что приведет к снижению тактовой частоты приблизительно в 8 раз. На вход EWR ОЗУ с RS-триггера (с DD8.2) поступит высокий логический уровень, разрешающий считывание. Низкий логический уровень с выхода элемента DD8.3, пройдя через элементы DD8.1, DD3.4, разрешит работу счетчиков DD4 - DD6, циклично изменяющих адреса ОЗУ. Таким образом, на выходе ОЗУ будет воспроизводиться записанная информация, которая поступает на нижний по схеме вход элемента DD7.4, играющего роль логического сумматора. На его второй вход поступает сигнал с тонального генератора. С выхода элемента DD7.4 через эмиттер-ный повторитель (VT4) тональный сигнал поступает на низко-омные головные телефоны BF1.

Параметры устройства в зависимости от пложения переключателя "600"/"1200"

Цифровой "магнитофон" собран на двусторонней печатной плате , . В устройстве применены постоянные резисторы МЛТ-0,125 и МЛТ-1 (R21), подстроечный СП4-1В (R13). Конденсаторы КМ-5Б, КМ-бБ. Развязывающие конденсаторы Ср - КМ-5Б, Ср„ - К53-1. Реле К1-РЭС55 (паспорт РС4.569.603).

Налаживание устройства сводится к подбору резисторов R4, R15, R21 и сопротивления резистора R13.

На вход устройства подают синусоидальный сигнал частотой 1 кГц и амплитудой 300 мВ и подбором резистора R4 добиваются максимальной чувствительности АЦП, контролируя сигнал на коллекторе транзистора VT3. Затем впаивают вместо подобранного резистора новый с несколько большим сопротивлением,чтобы при отсутствии входного сигнала транзистор VT3 был надежно закрыт. При этом гистерезис триггера в АЦП - около 100 мВ.

Подстройкой резистора R13 при средней частоте узкополос-ного фильтра 1 кГц устанавливают длительность импульса, вырабатываемого первым ждущим мультивибратором, равной 1,25 мс. При других значениях входной частоты длительность импульса необходимо скорректировать согласно равенству Тжм=Ти+ти/2, где Ти -период серии импульсов, ти - длительность импульсов в серии.

Подбором резистора R15 добиваются, чтобы длительность импульса второго ждущего мультивибратора стала равной 100 мс. Резистор R21 подбирают таким образом, чтобы уровень входного сигнала был независим от положения переключателя SB2.

В заключение несколько практических советов.

Если используемый приемник имеет регулятор усиления по 3Ч, то в цифровом "магнитофоне" резистор R1 можно исключить, а входной сигнал подавать на резистор R2 (точка 1 на плате).

Чтобы получить максимальную чувствительность, регулятор усиления по 3Ч устанавливают в положение, обеспечивающее почти максимальную громкость. В какое именно, можно уточнить следующим образом. На вход приемника подают сигнал, чтобы он на 2-3 балла (по шкале S) превышал шум. Переключатель SA2 переводят в положение "Воспр.", удерживая кнопку SB1 нажатой, регуляторами усиления добиваются, чтобы в головных телефонах прослушивался четкий тональный сигнал. Если прекратить подавать полезный входной сигнал, светодиод HL1 должен загораться лишь при пиках шума, но не светиться постоянно, так как устройство, записав шумовую помеху, обязано перейти в режим воспроизведения.

Чтобы повысить помехоустойчивость от коротких импульсных помех, в устройство можно встроить интерфейс, описанный в [З]. Его включают между выходом триггера Шмитта DD1.1 и входом D микросхемы DD2.1.

Литература:

1. Багдян В. Любительский дисплей.- Радио,1982, N 5, с,19-24.
2. Багдян В. Блок обработки CW и RTTY сигналов.-Радио, 1982, № 8, с. 17-20.
3. Багдян В. CW интерфейс к любительскому дисплею. - Радио, 1983, N6 8, с. 19-20.
4. Бирюков С. Цифровой частотомер.- Радио, 1981, № 10, с. 44-47.

Желая оставить какое-либо сообщение отсутствующим в данный момент членам семьи или сослуживцам, многие используют записки, оставляемые на видном (или условленном) месте, или специальные доски. Упростить и ускорить эту процедуру можно, если в качестве носителя информации применить устройство на базе микросхемы ISD1416 (ISD1420) , - достаточно нажать на кнопку записи и произнести сообщение. Так же просто и получить информацию - нажать на соответствующую кнопку. Указанные микросхемы представляют собой устройства записи/воспроизведения звуковой информации и основаны на технологии хранения аналогового сигнала в многоуровневых энергонезависимых ячейках памяти. Необходимо отметить, что эта технология не требует применения аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования, и информация хранится в аналоговой форме.

В состав микросхем ISD1416 и ISD1420 входят микрофонный усилитель с АРУ, устройство выборки-хранения, активные ФНЧ пятого порядка, усилитель ЗЧ с выходом, допускающим непосредственное подключение динамической головки, тактовый генератор и запоминающее устройство емкостью 128К. Частота дискретизации первой микросхемы - 8 кГц (верхняя граница полосы воспроизводимых частот - 3,3 кГц), второй - 6,4 кГц (2,6 кГц), продолжительность записи/воспроизведения - соответственно 16 и 20 с. Гарантируемый фирмой-изготовителем срок хранения информации - до 100 лет, а число циклов записи - до 100000.

Принципиальная схема звуковой записки показана на рис. 1. Включение микросхемы - типовое, для управления режимами работы используются две кнопки: SB1 (Запись) и SB2 (Воспроизведение). При нажатии на первую из них микросхема активизируется, на электретный микрофон ВМ1 подается поляризующее напряжение и загорается светодиод HL1, сигнализируя о том, что режим записи включен. Запись происходит в течение всего времени, пока кнопка нажата. По истечении указанного выше предельного времени микросхема автоматически переходит в дежурный режим. Поскольку в этом режиме потребляемый ею ток не превышает 0,5 мкА (типовое значение), специальный выключатель питания отсутствует.

Рис. 1. Принципиальная схема звуковой записки

Для прослушивания всей фонограммы достаточно кратковременно нажать на кнопку SB2. По окончании воспроизведения микросхема снова переходит в дежурный режим. При желании устройство можно "привязать", например, к входной двери, в этом случае воспроизведение будет автоматически включаться при ее открывании. Для этого устройство надо дополнить розеткой XS2 и помехоподавляющей цепью R9C6, а на двери установить миниатюрный выключатель (датчик), который будет соединять (через резистор R9) вывод 24 микросхемы DA1 с общим проводом. Автономным источником питания может служить батарея из трех гальванических элементов или четырех никель-кадмиевых аккумуляторов типоразмера АА. Для подзарядки последних от блока питания с напряжением 12 В в устройство надо ввести элементы VD1, HL2, R8 и розетку XS1. Светодиод HL2 - индикатор зарядки, при подключении внешнего блока питания он будет светиться. Стабилитрон VD1 ограничивает напряжение на аккумуляторной батарее. Номинал резистора R8 подбирают исходя из требуемого зарядного тока аккумуляторной батареи.

В качестве HL1 можно применить любой светодиод с рабочим током 5...10 мА, допустимый прямой ток светодиода HL2 должен быть не менее необходимого для зарядки аккумуляторной батареи. Микрофон ВМ1 -электретный SZN-15E, МКЭ-332 или аналогичный, при его подключении необходимо соблюдать полярность (вывод "+" подключают к резистору R1). Динамическая головка - любая малогабаритная сопротивлением 16...50 Ом, полярные конденсаторы - К50-6, К50-12, К50-35 или аналогичные импортные, остальные - К10-17. Резисторы - МЛТ, С2-33, Р1-4, кнопки - любые малогабаритные без фиксации в нажатом положении. В качестве дверного датчика удобно использовать магнитоуправляемый контакт (геркон), установив его на дверной коробке, а магнит закрепить на двери. Допустимо применение реле РЭС55 (точнее, его контактов), разбирать само реле при этом нет необходимости.

Большинство деталей монтируют на печатной плате, изготовленной в соответствии с рис. 2. Ее размещают в корпусе из изоляционного материала подходящих размеров, на стенках которого закрепляют розетки, кнопки и динамическую головку. Налаживания устройство не требует.

Рис. 2. Печатная плата

При желании светодиод HL1 допустимо исключить. В этом случае вместо него устанавливают проволочную перемычку и заменяют R7 резистором сопротивлением 10 кОм. Уменьшения габаритов можно достичь применением резисторов и конденсаторов для поверхностного монтажа, малогабаритных дисковых аккумуляторов (например, Д-0,125) и динамической головки от головных телефонов с указанным выше сопротивлением. При размещении платы на большом (несколько метров) расстоянии от датчика для соединения их желательно использовать экранированный провод и, кроме того, возможно, придется увеличить емкость конденсатора С6 и сопротивление резистора R9 в несколько раз.

Источники

1. Подорожный С. Микросхемы Chip-Corder для записи и воспроизведения речи.- Радио,2001, №10, с.20.
2. Описание микросхем серии ISD1400. - www.winbond-usa.com/products/isd_products/chipcorder/datasheets
3. Партин А. Звуковой модуль на одной микросхеме. - Радио, 2002, №11, с.40.

Описываемое устройство отличается от подобных конструкций на основе микросхем серии ISD существенно большей продолжительностью записи-воспроизведения звука при небольшой стоимости и сравнительной простоте устройства. Оцифрованная звуковая информация хранится на карте памяти формата SD/MMC, разделенной на шесть “звуковых дорожек” (треков). При информационной емкости карты 16 Мбайт продолжительность каждого трека - 2 мин. На картах большей емкости (до 2 Гбайт) она пропорционально больше.

Схема “магнитофона” показана на рис. 1. Сигнал от микрофона или с линейного выхода трансивера подают на разъем ХР1. После усиления транзистором VT1 он поступает на вывод 40 (РАО) микроконтроллера DD1, настроенный на работу в качестве входа, встроенного в микроконтроллер АЦП. Для записи высокого качества необходимо чтобы максимальный размах сигнала на этом входе достигал 3,8…4,2 В. Этого добиваются подстроечным резистором R1.

Если контакты выключателя SA1 замкнуты, оцифрованный звуковой сигнал вновь преобразуется в аналоговую форму и подается на вывод 21 (PD7) микроконтроллера - это режим “Сквозной канал”, запись в этом режиме не выполняется. Далее, пройдя через сглаживающий фильтр R10C13 и эмиттерный повторитель на транзисторе VT4, сигнал поступает на выходной разъем ХР5. Отсюда его можно подать на активный громкоговоритель или на микрофонный вход трансивера. Подстроечным резистором R17 регулируют громкость воспроизводимого звука.

Чтобы подготовить программу к записи поданного на разъем ХР1 сигнала, необходимо при разомкнутом выключателе SA1 нажать на кнопку SB1. Готовность будет подтверждена включением светодиода HL7. Собственно запись начнется после нажатия на одну из кнопок SB2-SB7. Она завершится автоматически по заполнении выбранного трека, но можно прервать ее и вручную, повторно нажав на ту же кнопку.

Чтобы воспроизвести запись, достаточно нажать на кнопку нужного трека, не нажимая предварительно на кнопку SB1. О том, что воспроизведение идет, сигнализирует соответствующий светодиод. Прекращается воспроизведение, как и запись, автоматически по достижении конца трека либо вручную повторным нажатием на кнопку.

При идущей записи или воспроизведении устанавливаются низкие логические уровни сигналов на контактах 1 соответственно разъемов ХРЗ и ХР4. Их можно использовать для переключения трансивера с приема на передачу, для коммутации его звуковых входов и выходов.

Предварительного форматирования используемой для хранения информации SDMMC карты и создания на ней файловой системы не требуется. Каждый трек представляет собой непрерывный массив байтов, записываемых или считываемых последовательно с частотой 19418 Гц.

Печатная плата “магнитофона” изображена на рис. 2. Для карт информационной емкостью 16 Мбайт перемычки S1-S7 не требуются. Если применяется карта большей емкости, припаивают соответствующую ей перемычку. Конфигурацию микроконтроллера при его программировании следует установить в соответствии с рис. 3.

Налаживание прибора заключается в подборке резисторов R2 и R16. Первым устанавливают напряжение 2,5 В на коллекторе транзистора VT1, а вторым - такое же на эмиттере транзистора VT4. Подбирая конденсатор С5, можно добиться наиболее приятного тембра записанного сигнала. Однако сильно уменьшать его емкость не следует, он входит в состав фильтра, устраняющего эффект наложения высокочастотных составляющих спектра при оцифровке сигнала.

Прилагемые файлы: 17_59_25__20_08_2010.zip

“Радио” №7 2010г.
Сергей МАКАРЕНКО (RA9YTJ), г. Рубцовск Алтайского края