Принципы программирования радиостанций

Современные профессиональные радиостанции как правило не имеют другого пути установки рабочих частот и прочих параметров кроме программирования с компьютера. 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. Поставим же задачу самостоятельно изготовить надежный, по возможности универсальный программатор. С этой целью постараемся проанализировать принципы, положенные в основу программирования современных радиостанций.

ЧТО ДЕЛАЕТ ПРОГРАММАТОР

Существует большое количество схем программаторов разной степени удачности. Анализ их показывает, что подавляющее большинство программаторов призвано просто инвертировать и согласовать по амплитуде уровни сигналов микропроцессора радиостанции и порта компьютера. Обмен данными идет обычно в последовательном коде в асинхронном режиме с COM-портом по протоколу RS-232.

Бывают и программаторы на LPT-порт, однако они весьма редки и мы не будем на них останавливаться.

ЦЕПИ, СОПРЯГАЕМЫЕ ПРОГРАММАТОРОМ

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.

Изучение схем радиостанций и штатных программаторов показывает: выход и вход программирования процессора через простую защитную цепь выведены на разъем внешней гарнитуры, реже - на отдельный разъем программирования. Вход и выход программирования могут быть объединены между собой или с другими входами радиостанции. Сразу подчеркнем, что при объединении входа и выхода программирования в станции на него нельзя подавать с программатора высокий уровень напряжения без токоограничивающего резистора во избежание образования монтажного "И" и риска выхода станции из строя.

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. Конденсаторы защищают цепи программирования от импульсных помех и высокочастотных наводок. 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. Ориентировочно это время должно быть меньше половины длительности одного бита 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. Особенностью таких станций является необходимость подачи команды программирования в виде постоянного напряжения высокого уровня на отдельный контакт гнезда гарнитуры.

Грамотно выполнена цепь клонирования мобильных станций MOTOROLA (рис. 1д - GM-300), обеспечивающая весьма качественные логические уровни с крутыми фронтами. Характерно, что в носимых станциях GP-300 вход и выход клонирования на процессоре объединены не через транзисторный, а через резисторно-диодный ключ, и эффект "высокого нуля" здесь проявляется во всей красе.

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 типов для адаптации к их защитным цепям.

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 по крайней мере ТТЛ-уровнями.

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, что вновь наводит на мысль об однотактном транзисторном ключе.

5. Входные и выходные цепи программатора должны быть защищены от статического электричества и последствий их коммутации при включенном питании.

6. Будем стремиться к минимальным изменениям схемы программатора при переходе от станций одного производителя к станциям другого. При этом следует предусмотреть возможность подключения переходников для программирования станций конкретных типов.

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ПРОГРАММАТОРА

Как ни странно, удовлетворить приведенным требованиям оказалось возможным. Принципиальная схема программатора для COM-порта, сим требованиям удовлетворяющего, 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). Общий ток потребления от порта не превысит 3 мА, причем основная его доля приходится на внутренний резистор порта (3...7 кОм, подробности см. выше) в цепи RxD. Микросхему LP2950 можно заменить на LM2931 (не превышать на ее входе напряжение в 15 В), также 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.

Транзисторы VT1, VT3, VT4 могут быть КТ3102 с любым буквенным индексом, VT2 - КТ3107 с любым буквенным индексом и коэффициентом передачи тока не менее 70. Применения транзисторов КТ315 также возможно, но, как показывает практика, нередко попадаются экземпляры, плохо работающие в ключевом режиме. Диоды - любые быстродействующие кремниевые, например LL4148 в корпусе для поверхностного монтажа.

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).

Резисторы R1 в переходниках на KENWOOD служат для быстрого перезаряда входных емкостей, подключены параллельно R2 (он же Rk) программатора и могут быть упразднены, если не планируется перепрошивка радиостанций версии G со скоростью 57600 бит/с. Дело в том, что подпирающий резистор внутри процессора, также способствующий перезаряду емкости, реально представляет собой ненасыщенный полевой транзистор. Сопротивление его нелинейно и тем меньше, чем меньше приложенное к нему напряжение. Грубо говоря, подпирающий резистор есть нечто среднее между сопротивлением и стабилизатором тока. Радиостанции надежно программируются и без внешнего резистора. Оба штеккера надо подключать одновременно в соответствующие гнезда.

В переходниках на YAESU / VERTEX резистор R1 параллельно с R2 (он же Rk) программатора дает те самые требуемые 12 кОм 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.
Носимые станции программируются с помощью одного из подходящих штеккеров.

В переходнике для мобильных станций MOTOROLA должна обязательно присутствовать цепь на Vin. Проблема в том, что соответствующая программа поддерживает на выводах COM-порта DTR/DSR и CTS/RTS низкое напряжение, так что в данном случае программатор должен быть запитан от радиостанции. Смысл такой работы программы по всей видимости в том, чтобы исключить применение нештатных программаторов.

Переходники для станций ICOM и ALINCO, очевидно, комментариев не требуют. Отметим, что переходник для радиостанций ALINCO подойдет для программирования некоторых носимых станций ICOM. Не будем формалистами.

Важное замечание. При подключении программатора к порту следует избегать применения разного рода переходников и удлинителей COM-порта. В них могут отсутствовать отдельные провода, а нуль-модемный удлинитель оставит схему без питания с порта.

О ПРОГРАММНОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ

Для программирования радиостанций используется специфическое программное обеспечение, работающее с последовательным портом, насколько можно судить, стандартными средствами операционной системы. Опытным путем было установлено, что в большинстве случаев используются следующие настройки порта: скорость обмена данными до 9600 бит/с, 2 стартовых бита, один стоповый бит и 8 бит данных.

С программным обеспечением для WINDOWS проблемы возникают крайне редко. Программы имеют понятный интерфейс и содержательную справку. Главное правильно указать в программе номер порта, к которому подключен программатор.

Зато программное обеспечение под DOS - отдельная песня. Оно рассчитано на непрерывный обмен с портом, что не всегда возможно при запуске программы в многозадачной среде WINDOWS. Поэтому с такими программами всегда следует работать на компьютере, загруженном под DOS. Это возможно сделать, загрузив компьютер с системой WINDOWS'98 в режиме DOS, причем просто запустить программу в среде WINDOWS скорее всего не пройдет. Программа запустится, но шить станцию будет ненадежно. По сообщениям коллег, на компьютере с WINDOWS 2000 такие программы скорее всего вообще будут работать неудовлетворительно. Зато с DOS-окном в WINDOWS XP проблем будет меньше. Многие коллеги, часто программирующие радиостанции, держат для этих целей компьютер с WINDOWS'98, перегружая его при необходимости в режиме DOS.

Бывают и совсем уж чудачества. Программное обеспечение для ретрансляторов VERTEX VXR-5000 и даже VXR-7000 некорректно работает на современных компьютерах с быстрыми процессорами, даже честно загруженных под DOS. Производитель же без всякого стеснения предлагает пользоваться старыми медленными компьютерами ! Компьютеры с процессором i80486 рекомендованы производителем, но, как показывает практика, процессоры iCeleron до 433 МГц также могут подойти.

Если программа обращается к порту через стандартные функции DOS, то критичным является наличие перемычек на выводах порта DTR/DSR и CTS/RTS, иначе наличие программатора обнаружено не будет.

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Вся приведенная в статье информация есть плод исключительно авторских исследований и вы будете использовать программатор исключительно на свой страх и риск. Рекомендуется проявлять осторожность при работе с радиостанциями. Учтите, что некорректно работающий передатчик программатора может испортить информацию, уже записанную в радиостанции. Автор не несет ответственности за возможную порчу радиосредств или компьютера. Коммутировать программатор к порту следует при закрытых программах, работающих с портом, ибо в этом случае выходы порта (кроме TxD) как правило переводятся в высокоимпедансное состояние. Коммутация к радиостанции допустима лишь при выключенном питании радиостанции, хотя бы кнопкой на передней панели.