Dokumentation zur Hardware
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Texte, Listings, Zeichnungen und Schaltungen in diesem Manual sind urheberrechtlich geschützt. Eine auch auszugsweise Verbreitung und Veröffentlichung ist grundsätzlich nur mit vorheriger Zustimmung der Autoren gestattet. Der Nachbau der Schaltung zu anderen als rein privaten Zwecken, insbesondere die gewerbsmäßige Nutzung des Designs ist verboten, Zuwiderhandlungen werden strafrechtlich verfolgt.
Haftungsausschluß: Die Autoren übernehmen keine Haftung für die Richtigkeit der veröffentlichten Schaltungen und sonstigen Anordnungen sowie der technischen Beschreibung. Sie haften ebenfalls nicht für Schäden, die durch den Aufbau oder Einsatz der beschriebenen Schaltung, des Bausatzes oder Fertiggeräts entstehen.
Einleitung
Mit der Vorstellung des 9600Bd-Modems für die Centronics-Schnittstelle findet einer der aufwendigsten Entwicklungen in der Geschichte des BayCom-Teams den Weg von den Entwicklerschreibtischen in die Shacks der Funkamateure. Von den ersten Ideen im Winter 1993 bis zur Veröffentlichung im Herbst 1994 mussten mehrere hundert Arbeitsstunden aufgebracht werden, bis alle Tücken des Objekts überwunden waren.
Das Modem basiert in seinen Grundprinzipien auf dem von Henning Rech, DF9IC 1991 vorgestellten "Modernen FSK-Modem". Eine direkte übernahme der vom Modem kommenden Signale in den PC war allerdings nicht möglich, da mit jeder Taktflanke ein Interrupt generiert würde. Bei 9600Bd sind dann das fast alle 100ms ein Interrupt, was auch den rechenstärksten PC in die Knie zwingen würde. Es musste daher ein Puffer konstruiert werden, der eine gewisse Anzahl von Daten sammelt und dann an den PC abgibt. Dieser konnte letztendlich mit zwei programmierbaren Logikbausteinen und zwei externen Schieberegistern recht aufwandsarm realisiert werden. Zudem wurden verschiedene Modem-Funktionen in die Software verlagert, wie Scrambler und DCD-Gewinnung. Alles in allem wird daher ein Bauteileaufwand erreicht, der den eines normalen FSK-Modems nach DF9IC kaum übersteigt.
Die Entwickler bedanken sich bei allen, die die Entwicklung dieses Modems tatkräftig unterstützt haben. Insbesondere Henning, DF9IC, soll hier nochmals erwähnt werden, der seinen Modementwurf als Grundlage zur Verfügung gestellt hat und sich an der Entwicklung durch Berechnung eines speziell angepassten digitalen FIR-Filters auch aktiv beteiligt hat.
Wir wünschen allen Nachbauern und Benutzern viel Spaß mit dem Modem und einen allzeit ungestörten Datenempfang. Vielleicht wird mit dem Wegfallen von teuren TNCs oder Steckkarten der flächendeckenden Verbreitung von 9600Bd-Digis ein neuer Impuls gegeben und damit ein weiterer Meilenstein in der Entwicklung unseres gemeinsamen Amateurfunk-Datennetzes gesetzt.
Barsinghausen/Freising, im August 1994
Johannes, DG3RBU Flori, DL8MBT
Zur Schaltung
Bild 2.1 zeigt ein Blockschaltbild des Modems. Das Modem ist mit insgesamt 6 Signalleitungen an die Centronics-Schnittstelle des PC angebunden. Die übertragung der Sende- und Empfangsdaten erfolgt dabei seriell, da die Centronics-Schnittstelle nur 4 Eingangsleitungen besitzt.
Bild 2.1 . Blockschaltbild des PAR96-Modems
Die Sende- und Empfangsdaten werden in Bursts von jeweils 16 bit über die Schnittstelle übertragen. Im Sendefall werden diese 16 Daten über TXD mithilfe der BURST-Steuerleitung in den Sendepuffer des Modems eingeschrieben. Von dort werden sie dann im Sendetakt ausgelesen und über ein in einem EPROM codiertes digitales FIR-Filter gefiltert. Ein nachfolgendes Analogfilter beseitigt störende Abtastsignale des digitalen Filters. Ein Scrambeln der Daten, wie es für ein normgerechtes G3RUH-FSK-Signal eigentlich notwendig ist, wird nicht vorgenommen, die Daten kommen bereits fertig aufbereitet, NRZI-codiert und gescrambelt aus dem PC.
Auf der Empfangsseite wird die demodulierte Nf des Empfängers wieder tiefpaßgefiltert und einem binären Entscheider zugeführt, der das Signal mit dem mittleren Wert des stochastisch aus gleichvielen Nullen und Einsen bestehenden Datenstroms vergleicht. Das durch den Vergleich gewonnene Rohdatensignal muß nun noch zum richtigen Zeitpunkt, also in Bitmitte abgetastet werden. Dazu wird aus dem Signal dessen Takt rückgewonnen. Hier findet eine 32-stufige digitale Phasenregelschleife (DPLL) Verwendung. Die Rohdaten werden mit dem rückgewonnenen Takt abgetastet und dann wieder in den Schnittstellenpuffer eingespeist. Der durch 16 geteilte Empfangstakt signalisiert dem PC, wenn der Puffer gefüllt ist. Es werden dann 16 empfangene Bits mit der auch für die Sendeseite benutzten Burst-übertragung aus dem Puffer geholt. Das Entscrambeln der Daten sowie die Gewinnung eines Kanalbelegungssignals (DCD) wird von der Software im PC durchgeführt. Steht ein externes DCD-Signal zur Verfügung, so kann dieses ebenfalls über die Schnittstelle dem PC zur Verfügung gestellt werden.
Alle benötigten Takt-Frequenzen werden über eine Takterzeugungsbaugruppe auf dem Modem generiert.
Auf den folgenden beiden Seiten ist der Schaltplan in zwei Teilen dargestellt. Bild 2.3 zeigt den Sendeteil sowie die Interfaceschaltung, die für Sendung und Empfang gemeinsam benutzt wird. Bild 2.4 zeigt den Empfangsteil sowie die Takterzeugung und Hilfsschaltungen zur Spannungsversorgung und PTT-Ansteuerung.
Schaltplan 1 als GIF,
Schaltplan 1 für Postscript-Viewer
Schaltplan 2 als GIF,
Schaltplan 2 für Postscript-Viewer
Die Pufferung und der burstartige Transfer der Daten zwischen Modem und Rechner stellt mit den aufwendigsten Teil des Modems dar. Die Interfaceschaltung wird für Sendung und Empfang gemeinsam benutzt, mithilfe des PTT-Signals wird die Datenrichtung umgeschaltet. Mit dem Modem ist daher nur Halbduplexbetrieb möglich. Bild 2.2 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Interface.
Bild 2.2 . Blockschaltbild des Interface
Prinzipiell besteht das Interface aus zwei hintereinandergeschalteten Schieberegistern SR1 und SR2 sowie einer Steuerung, die die Takte für beide Schieberegister erzeugt und die Datenumschaltung vornimmt. Im Sendefall schreibt der PC mithilfe eines Hilfssignals ("BURST") 16 bit Sendedaten seriell in SR1. SR2 wird zur gleichen Zeit mit dem Sendetakt des Modems ausgelesen. Ist SR2 nach 16 Takten leer, wird der Inhalt von SR1 mit hoher Geschwindigkeit nach SR2 geschoben. Danach wird dem PC signalisiert (über "CLK/16"), daß SR1 leer ist und es können erneut 16 bit Sendedaten mit einem Burst nach SR1 geschrieben werden.
Im Empfangsfall ist die Funktionsweise genau umgekehrt. Mit dem regenerierten Empfangstakt werden die Empfangsdaten in SR1 geschrieben. Nach 16 Takten ist dieses gefüllt und sein Inhalt wird mit hoher Geschwindigkeit nach SR2 transferiert. Der PC erhält über "CLK/16" das Signal, daß SR2 gefüllt ist, er muß nun die Daten über das "BURST"-Signal abholen, bis der nächste Transfer stattfindet.
Die gesamte Steuerung ist in zwei programmierbaren Logikbausteinen "PARSFT" und "PARCNT" integriert. Die Erzeugung aller Steuersignale für die Schieberegisterumschaltung sowie den Transfer zwischen beiden Schieberegistern wird aus Sende- Empfangstakt, dem Burst-Signal vom PC und einem 1.228 MHz Hilfstakt abgeleitet. Die Listings der GALs befinden sich im Anhang. Als Schieberegister kommen zwei Bausteine vom Typ 4006 zur Anwendung.
Die im Sendefall mit dem Sendetakt aus SR2 (IC5) kommenden Daten werden in ein weiteres 8-bit Schieberegister geschoben, das die jeweils letzten 8 Datenbits dem FIR-Filter IC 8 zuführt. Das EPROM hat über SW1 wählbar 8 verschiedene Kurvenformen wählbar (siehe Anhang). Auf das EPROM folgt direkt der D/A-Wandler IC8. Dessen Ausgangsspannung wird dann mit einem 4-poligen gleichspannungsgekoppelten Tiefpaßfilter (IC 10 C+D) von hochfrequenten Spektralanteilen befreit. Am Ausgang steht eine Gleichspannung mit in der Amplitude regelbarer überlagerter Nf an. C10 dient dazu, den Gleichspannungsanteil des Signals zu entfernen, da dieser bei verschiedenen Funkgeräten im Empfangsfall einen Shift der Empfangsfrequenz verursachen kann.
IC11A übernimmt die Tiefpaßfilterung mit einem 3-poligen Butterworth Tiefpaß und IC12A die Entscheidung. IC 1, der dritte GAL-Baustein, erzeugt den rückgewonnen Empfangstakt (und im Sendefall auch noch die Takte für das Sende-FIR-Filter). Die gewonnenen Rohdaten gehen dann direkt auf das bereits beschriebene Interface.
Die Spannungsversorgung des Modems erfolgt über ein Steckernetzteil. Die eingespeiste Wechselspannung von 8-12V wird über D1-D4 gleichgerichtet und mit C12 geglättet. Ein integrierter Spannungsregler (IC 13) sorgt für eine konstante Versorgungsspannung von +5V.
über IC11C wird eine Hilfsspannung von etwa 2V erzeugt, die als virtuelle Masse für die Analogfilter dient.
Die PTT des Funkgerätes wird über T1 angesteuert. Eine Watchdog-Schaltung, bestehend aus R4, C16, R3, D5 und IC4B sorgt dafür, daß bei einer PTT-Tastung von mehr als 30s (z.B. nach einem Programmabsturz) der Sender des Funkgerätes automatisch abgeschaltet wird.
Zum Aufbau
Bestückungsplan als GIF
Das PAR96-Modem wird gemäß dem
Bestückungsplan und der Bestückungsliste auf
der folgenden Seite auf einer Platine von 98 * 100 mm Größe
zusammengebaut. Die Bauteile werden in der Reihenfolge entsprechend ihrer
Bauhöhe eingelötet. Zumindest für IC1, IC2, IC3 und IC8
sollten Fassungen (mit gedrehten Kontakten) verwendet werden. Für
die GALs sind die Typen 20V8 vorgesehen (24-poliges Gehäuse), die
noch Platz für spätere Erweiterungen bieten. Im derzeitigen Ausbauzustand
können aber auch GALs 16V8 verwendet werden, diese werden dann genau
mittig in die Fassungen der 20V8-GALs gesetzt (also Pin 1 des 16V8 auf
Pin 2des 20V8, Pin 10 des 16V8 auf Pin 11 des 20V8), änderungen der
Schaltung sind dabei nicht notwendig. Man beachte genau die Bestückungsrichtung
der einzelnen ICs! Wichtig ist beim Einlöten von R25, daß auch
dieses Widerstandsnetzwerk eine Polung hat. Der aufgedruckte Punkt muß
zum seitlichen Platinerand zeigen! Für alle Folienkondensatoren und
den Glättungselko C12 kommen Typen mit Rastermaß 5mm zum Einsatz,
alle anderen Kondensatoren sind im Rastermaß 2,5mm vorzusehen. Für
SW1 kommt ein stehender 4-poliger DIL-Schalter zum Einsatz, der später
durch einen Ausbruch in der Frontplatte des Modems zugänglich ist.
Die beiden Leuchtdioden werden liegend montiert und zwar so, daß
deren Plastikkörper vor dem vorderen Platinenrand liegt. Zum Abschluß
des Aufbaus werden die drei Einbaubuchsen für Spannungsversorgung,
Funk und Schnittstelle eingesetzt sowie die noch nicht bestückten
ICs in die Fassungen gesetzt.
Das Modem kann nun in ein passendes Gehäuse eingebaut werden. Im Bausatz ist ein bereits bearbeitetes Gehäuse enthalten. Für all diejenigen, die sich selber ein Gehäuse anfertigen möchten, ist im Anhang ein Bohrplan für passende Frontplatten angegeben.
Bild 4.1. Steckerbelegung Centronics-Buchse, Sicht auf den Stecker am Modem
Die angegebenen Leitungen sind mit den entsprechenden Anschlüssen eines 25-poligen Sub-D-Steckers zu verbinden, der dann an die parallele Drucker- (Centronics-)Schnittstelle des PCs angeschlossen wird. Die DCD-Leitung muß nur dann verdrahtet werden, wenn auch ein externes DCD-Signal zur Verfügung steht. Wird die Software-DCD benutzt, bleibt diese Leitung offen.
Alle für den Funkgeräteanschluß benötigten Leitungen sind auf einen 9-poligen Sub-D-Stecker am Modem aufgelegt. Die Belegung entspricht der des BayCom-1200-Bd Minimodems. Zusätzlich zu den Signalen RxNf, TxNf und PTT ist noch der Anschluß für die externe DCD sowie für +5V aufgelegt.
Bild 4.2. Belegung des Funkgerätesteckers, Sicht auf den Stecker am Modem
Die Sende-Nf wird direkt auf den Modulator des Funkgerätes geführt. Die PTT schaltet auf Masse durch, wenn der Sender betätigt wird, dieser Anschluß kann daher direkt mit dem PTT-Eingang des Funkgeräts verbunden werden. Die Empfangs-Nf wird direkt am Modulator des Funkgeräts abgezapft. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß für den 9600Bd-FSK-Betrieb die meisten Funkgeräte umgebaut werden müssen. Derzeit (Sommer 1994) sind nur sehr wenige Geräte im Handel, die den direkten Anschluß eines FSK-Modems wie diesem gestatten.
Der DCD-Anschluß muß normalerweise nicht verbunden werden, ist im Gerät eine schnelle Rauschsperre vorhanden, so kann diese genutzt werden (Low-Pegel: DCD ist aktiv).
Zur Spannungsversorgung kann ein beliebiges Steckernetzteil an die AC-Buchse des Modems angeschlossen werden, das 8-12V Gleich- oder Wechselspannung liefert und etwa 150mA Strom abgeben kann. Die Polarität des Anschlusses ist dabei beliebig.
Es ist auch möglich, das Modem für den Portabel-Betrieb direkt aus einer 5V-Quelle zu versorgen. Dazu wird die 5V-Spannungsquelle (stabilisiert!) direkt mit dem +5V-Anschluß des Funkgerätesteckers verbunden. Vorher muß aber unbedingt die auf der Platinenoberseite befindliche Brücke Br1 (nahe IC 13) durchtrennt werden. Andernfalls kann es zu Beschädigungen von IC13 kommen. Keinesfalls darf der +5V-Anschluß an eine Versorgung angeschlossen werden, wenn Br 1 nicht durchtrennt ist und ein Wechselspannungsnetzteil angeschlossen ist!
Schließen Sie das Modem jetzt an den PC an. Die Filter-Auswahlschalter SW1-SW4 sollten alle auf "ON" stehen. Verbinden Sie nun Modem und Funkgerät wie oben beschrieben und schalten Sie Ihren PC ein. Dann kann auch Spannung an das Modem gelegt werden. In seltenen Fällen kann es passieren, daß nun gleich das Funkgerät auf Sendung geht. Dann sollte mit dem Anschluß des Modems gewartet werden, bis die Software installiert und gestartet ist.
Um das Modem zu testen, sollten Sie nun gleich die BayCom-Terminal-Software auf dem PC installieren. Zum Betrieb des Modems benötigen Sie einen IBM-AT kompatiblen PC mit mindestens 10 MHz Taktfrequenz, der eine parallele Schnittstelle aufweisen muß. Diese Schnittstelle muß die Möglichkeit haben, einen Interrupt zu generieren und darf nicht gleichzeitig zum Druckeranschluß genutzt werden. Besitzt Ihr PC zwei parallele Schnittstellen, so kann eine davon ausgewählt werden. Sehen Sie in Ihren Computer-Systemunterlagen nach, auf welche Adresse die gewählte Schnittstelle liegt und welchen Interrupt sie auslösen kann, bzw. kontrollieren Sie dies auf Ihrer PC-Einsteckkarte, auf der sich die Schnittstelle befindet, nach.
Zum Betrieb der Software ist das BayCom-Terminalprogramm ab Version 1.60 nötig. Starten Sie nun das BayCom-Installationsprogramm von Diskette mit A:\INSTALL oder B:\INSTALL (je nach verwendetem Laufwerk). Geben Sie an, ob ein Farbmonitor vorhanden ist und wählen Sie dann die Expreßinstallation an. Geben Sie ein beliebiges Verzeichnis ihrer Festplatte an, in das die Software installiert werden soll. Nach dem Kopieren der Dateien werden Sie nach den Grundeinstellungen für die Hardware gefragt. Geben Sie unter "PAR96-Schnittstelle" den Wert 1 oder 2 an, je nachdem, welche Schnittstelle Sie gewählt haben. Setzen Sie alle anderen Felder auf 0. Nach dem Drücken von RETURN erscheint ein kleines Fenster, in dem Sie die vorher ermittelte Adresse und Interrupt kontrollieren und ggf. korrigieren. Nun werden Sie noch nach Rufzeichen, Name und Standort gefragt und die Installation ist beendet.
Hatten Sie das Programm bereits vorher installiert, starten Sie INSTALL aus Ihrem BayCom-Verzeichnis und wählen Sie im ersten Punkt "Installation ändern" . Verfahren Sie sinngemäß wie oben beschrieben.
Haben Sie nun alles installiert und das Modem angeschlossen? Dann starten Sie den residenten Teil von BayCom durch Eingabe von L2 <RETURN>. Nun sollte nach kurzer Zeit folgende Meldung erscheinen:
SCC.INI wird eingelesen.
BayCom AX.25-Treiber für USCC, COM-Modem, PAR96, KISS (c) DL8MBT
Nur für Amateurfunk, unlizenzierte Verbreitung untersagt
Version 1.60, FSK LPT1, 40 Buffer, INT47h, 59232 Bytes
(Die Angaben in der letzten Zeile können je nach Installation auch abweichen).
Gleichzeitig muß im oberen rechten Bildschirmeck ein blinkendes Rechteck erscheinen. Geschieht dies nicht und erscheint stattdessen eine Meldung:
FSK-Interrupt fehlt. Bitte Einstellungen und Hardware überprüfen!
so haben Sie entweder einen der obengenannten Parameter (Adresse, Interrupt) falsch gewählt , das Modem nicht angeschlossen oder es liegt ein Fehler an der Modemhardware vor. Sehen Sie sich dann die Ratschläge im folgenden Kapitel an.
Erscheint das blinkende Rechteck, so haben Sie alles richtig gemacht und Ihr Modem funktioniert mit großer Wahrscheinlichkeit. Starten Sie nun den Terminalteil SCC der BayCom-Software und stellen Sie Ihr Funkgerät auf einen 9600Bd-Kanal ein. Sie sollten nun bereits in der Lage sein, den Verkehr auf dem Kanal im Monitorfenster zu beobachten.
Es sind nun noch die Einstellungen des Senderhubs sowie der passenden Filterkurve durchzuführen. Prüfen Sie zunächst nach, ob alle Schalter SW1-SW4 Ihres Modems auf "ON" stehen. Der Senderhub für den 9k6-Betrieb sollte etwa 3kHz betragen und wird mit dem durch das Loch in Frontplatte zugänglichen Poti R7 eingestellt. Entnehmen Sie dem technischen Handbuch Ihres Funkgeräts, welche Nf-Spannung am Modulator nötig ist, um 3kHz Hub zu erreichen und stellen Sie diese Spannung dann am Modemausgang (bei angeschlossenem Funkgerät!) mit R7 unter Zuhilfenahme eines Oszilloskops oder Nf-Millivoltmeters ein. Dazu müssen Sie einige Probepakete aussenden, um das Signal beobachten zu können. gehen Sie dazu mit der Funktionstaste F10 auf den Monitorschirm, stellen Sie mit :TXDELAY 200 eine lange Hochtastzeit ein und drücken Sie danach ein paar mal Return (es darf dabei kein : am Zeilenanfang stehen!). Auf diese Weise senden Sie einige UNPROTO-Pakete aus, die Ihren Sender hochtasten.
Fehlen Ihnen die nötigen Angaben oder Meßmittel, so können Sie den Hub empirisch einstellen. Senden Sie dazu UNPROTO-Pakete wie eben beschrieben aus und hören Sie das Signal mit einem zusätzlichen Empfänger mit geöffneter Squelch zurück. Stellen Sie die Lautstärke des Signals, das sich wie Rauschen anhört, nun so ein, daß es in seiner Lautstärke knapp unterhalb des bei freiem Kanal hörbaren Empfängerrauschens liegt.
Versuchen Sie nun, eine Verbindung zum nächsten Digipeater aufzubauen. Achten Sie darauf, ob Ihre Pakte jedesmal gleich bestätigt werden oder ob es vorkommt, daß Retrys entstehen. Ist dies der Fall, so versuchen Sie, durch Durchprobieren der Schalter SW1-4 eine bessere Filter-Kurvenform zu finden (mögliche Stellungen: Siehe Anhang!). Optimieren Sie auch Ihre Hubeinstellung nochmals so, daß möglichst jedes Packet sofort von der Gegenstation bestätigt wird.
Damit sind die Einstellarbeiten abgeschlossen. Versuchen Sie nun noch, einen möglichst geringen Wert für Ihr TXDELAY zu finden. Dies geschieht dadurch, daß man den Wert, von 25 beginnend, langsam herabsetzt, solange, bis nicht mehr jedes Paket von der Gegenstation mitgeschrieben wird. Ein Wert knapp oberhalb dieses Grenzwertes ist der richtige TXDELAY-Wert, der in die Initialisierungsdatei SCC.INI eingetragen wird.
Viel Spaß nun beim High-Speed-Betrieb mit dem PAR96-Modem!
ANHANG
Bild6.1 Bohrplan für die Frontplatten
Bohrplan für Frontplatte eines Isert-Gehäuse mit Europrofil 3.
6.2 FIR-Kurven im EPROM
GAL-Gleichungen:
Bestellung von BayCom-Artikeln
Alle BayCom-Artikel erhalten Sie über die unten angegebene Adresse. Auf Wunsch senden wir Ihnen gerne unseren aktuellen Katalog mit Preisliste zu.
BayCom-Artikel erhalten Sie zudem im In- und Ausland bei zahlreichen Fachhändlern zu Originalpreisen.
Technische Rückfragen und Reparaturservice
Für alle BayCom-Bausätze bieten wir Ihnen einen Reparaturservice an. Sie werden sicherlich verstehen, daß dieser Service nicht ganz kostenlos sein kann. Wir versichern Ihnen aber, die Reparatur so kostengünstig wie möglich durchzuführen, da sich unser Team sehr wohl in die Nöte des Bastlers hineinversetzen kann. Sofern die Reparaturkosten den halben Bausatzpreis nicht überschreiten, führen wir sie sofort durch, Sollte der Schaden größer sein, so nehmen wir vor der Durchführung mit Ihnen Verbindung auf. Bitte senden Sie Ihre Geräte direkt an Johannes Kneip. Sie erhalten hier ebenfalls Auskunft, wenn Sie technische Fragen haben.
BayCom
Johannes Kneip (DG3RBU)
Bert-Brecht-Weg 28
30890 Barsinghausen
Tel. 05105/585050 (abends)
FAX. 05105/585060
