Dokumentation zur Hardware
 
 

 

 

  
   Wichtiger Hinweis:  

  

Ideen, Texte, Zeichnungen und Schaltungen in diesem Handbuch sind urheberrechtlich geschützt. Eine auch nur auszugsweise Verbreitung und Veröffentlichung sowie der Nachbau ist grundsätzlich nur mit vorheriger Zustimmung der Autoren gestattet. Zuwiderhandlungen werden strafrechtlich verfolgt.  

  

Die Urheberrechte für die Schaltung und Ausführung liegen bei Thomas Sailer, HB9JNX, und Johannes Kneip, DG3RBU. 

  

Haftungsausschluß: Die Autoren übernehmen keine, über die gesetzlich vorgeschriebene Produkthaftung hinausgehende Haftung für die Richtigkeit der veröffentlichten Schaltungen und sonstigen Anordnungen sowie der 

technischen Beschreibung. Für den ordnungsgemäßen Einsatz und die Einhaltung der gesetzlichen Bestimmungen für den Betrieb ist der Betreiber selbst zuständig. 

 
 

 

 

Einführung

 
  Der Trend zu immer höheren Bitraten im Amateurfunk hat sich mit der Freigabe von Breitband-Userzugängen im 70cm-Amateurfunkband erheblich verstärkt. Baudraten um die hundert Kilobit/Sekunde, die vor wenigen Jahren noch ferne Zukunftsvisionen darstellten, sind auf einmal aktuelle Realität geworden und ermöglichen völlig neue Einsatzgebiete, wie digitale Sprachübertragung oder HTML-basierte Dokumentendarstellung mit der Möglichkeit zur Integration von Text und Grafiken.   Natürlich ist das Vorhandensein entsprechender Funkgeräte und Modems eine wesentliche Voraussetzung für eine breite Akzeptanz der neuen High-Speed Userzugänge. Mit dem von DL8AAU und DL2ZBN entwickelten Breitband-TRX (siehe ADACOM Magazin, 10/97) steht inzwischen ein entsprechend breitbandiger Transceiver für diese Anwendungen zur Verfügung. Entwicklungsbedarf zeigt sich damit auf der Rechnerseite. Die PR-Standardausstattung, TNC2 oder Modem an der RS-232 oder Parallelportschnittstelle zeigen ihre natürlichen Grenzen bei etwa 19.2 kbit/s. Zur Zeit sind nur wenige, sehr teure TNCs oder PC-Einsteckkarten in der Lage, AX.25-Verkehr mit Geschwindigkeiten von 76.8kbit/s oder mehr abzuwickeln. Mit dem 1998 vorgestellten Modemadapter für den Enhanced Parallel Port (EPP) moderner PCs und einem dazu passenden FSK-Modem hat BayCom eine erste leistungsfähige Lösung für den High-Speed-FSK-Betrieb vorgestellt. Mit dem EPPFLEX-Modem erscheint hiermit die zweite Generation von High-Speed-Modems. Die im wesentlichen von Thomas, HB9JNX entwickelte Hardware integriert den Digitalteil von EPP-Adapter und FSK-Modem in einem einzelnen programmierbaren Baustein, einem FPGA von Xilinx. Dies führt zunächst zu einer erheblichen Kostenersparnis, da Modem und EPP-Adapter auf einer einzelnen Platine vereint sind sowie zahlreiche Einzel-ICs sowie die teuren FIFOs des ursprünglichen EPP-Adapters entfallen. Gleichzeitig stellt dieses Modem aber eine völlig neue Schaltungsgeneration dar, da die Programmierung bzw. interne Konfiguration des EPPFLEX-Modems beim Starten des Softwaretreibers vom PC aus geschieht. Diese Freizügigkeit erlaubt je nach Anwendungsfall eine völig unterschiedliche Konfiguration des Bausteins und so auch eine völlig andere Funktion. Neben der bereits erwähnten EPP-Schnittstelle kann so auch der noch leistungsfähigere ECP-Port des PCs benutzt werden. Aber auch auf der Funkseite kann neben der FSK-Funktion das FPGA auch für den 1200Bd AFSK-Betrieb konfiguriert werden. Auch die FSK-Bitrate ist weitgehend per Software einstellbar, lediglich die nach wie vor auf eine Bitrate anzupassenden Kondensatoren des analogen Nachfilters setzen hier eine gewisse Grenze. Zur Schaltung Bild 1 in der Heftmitte zeigt die Gesamtschaltung des EPPFLEX-Adapters. Der Anschluß an die PC-Schnittstelle erfolgt über St1 am linken Bildrand. Den zentralen Bestandteil der Schaltung bildet das Xilinx-FPGA XCS10, das den gesamten Digitalteil des EPPFLEX-Adapters aufnimmt. Ein zusätzliches SRAM (IC2) dient als Zwischenpuffer (FIFO) für die zu verarbeitenden Daten auf der Sende- und Empfangsseite. Das FPGA selbst ist RAM basiert, d.h. die einprogrammierte Konfiguration geht verloren, sobald die Betriebsspannung abgeschaltet wird. Der EPPFLEX-Adapter muß daher jedesmal beim Hochstarten programmiert werden. Dies geschieht unmerkbar für den Benutzer über die EPP/ECP-Schnittstelle und die NOR-Gatter (IC1) beim Hochstarten des jeweiligen Flexnet-Treibers vor sich. Aufgrund der völlig freien Konfigurierbarkeit des FPGAs können so auch komplett verschiedene Anwendungen auf der gleichen Hardware realisiert werden. Beim EPPFLEX sind dies beispielsweise der Betrieb als EPP-Adapter oder als ECP-Adapter (diese beiden Modi unterscheiden sich erheblich im Schnittstellenprotokoll), mit eingebautem Modem oder externem Modem oder als FSK-Modem (nach G3RUH) mit verschiedenen Baudraten oder AFSK-Modem (entsprechend den bekannten 1200Bd-Modems).

Der EPPFLEX-Adapter kann entweder mit einem handelsüblichen DF9IC-Modem an einer externen Schnittstelle oder mit dem eingebauten FSK/AFSK-Analogteil betrieben werden. Bei Betrieb mit dem externen Modem wird dieses an den Modem-Disconnect Stecker JP1 angeschlossen. Das interne Modem ist bereits auf der Platine bestückt. Das Umschalten zwischen den beiden Betriebsarten geschieht rein durch Parametrisierung des entsprechenden FlexNet-Treibers.

Der Analogteil des internen Modems ist rund um den Vierfach-Operationsverstärker LM6134 (IC3) und den Komparator LM393 aufgebaut (IC5). Wie bei allen anderen FSK-Modems gilt auch, daß die Kondensatoren entsprechend der Baudrate skaliert werden müssen. Im Schaltplan und der Stückliste sind die Werte für 9600bit/s angegeben, für höhere Baudraten befinden sich die Werte in einer Tabelle im Anhang an die Stückliste

Eine Besonderheit des Analogteils stellt der Widerstand R28 dar. Mit ihm wird im Falle des 1200Bd-AFSK-Betriebs ein Delta-Sigma Analog/Digitalwandler realisiert, der das eingehende 1200Bd Signal digitalisiert und zur Weiterverarbeitung im FPGA zur Verfügung stellt. Durch ein im FPGA realisiertes FIR-Filter kann dann das 1200Bd-Signal zurückgewonnen werden. Aufgrund der A/D-Wandlung besitzt der AFSK-Demodulator eine weit bessere Qualität als die bisher üblichen Modems, die das bereits vom Komparator digitalisierte Signal zur Demodulation verwenden.

Die Spannungsversorgung des Modems erfolgt über den 7805-Spannungsregler, eine Eingangsspannung von 8-16V (Gleich- oder Wechselspannung) ist zulässig.

Die Anzeige des Betriebszustands erfolgt über eine Reihe von Leuchtdioden (D1-D6).

 Schaltbild EPPFLEX

 Zum Aufbau
  Bild 2. zeigt den Bestückungsplan des Modems, das auf einer doppelseitigen, durchkontaktierten Leiterplatte der Größe 100*100mm aufgebaut ist. Bei der Bestückung sollte wie üblich vorgegangen werden, d.h. erst alle passiven Bauteile und Steckverbinder, zum Schluß alle aktiven Bauteile. Für alle ICs ist die Verwendung von vernünftigen Sockeln empfohlen. Die Bestückung auf dem Plan bzw. der Stückliste entspricht der für 9600bit/s FSK, für andere Werte siehe die Tabelle am Ende der Stückliste.

Die LED-Anschlußbeine werden um 90 Grad abgebogen und so bestückt, daß der Plastikkörper des LED-Gehäuses direkt vor der Platine zu liegen kommt. Bei RN1-RN3 handelt es sich um drei Widerstandsnetzwerke mit je vier Widerständen zu 22Ohm. Sind die Netzwerke nicht verfügbar, können auch Einzelwiderstände stehend montiert werden. Der Spannungsregler wird an einem Kühlkörper montiert, mit dem er verschraubt wird.

 
Hinweis: In der ersten Serie der Platine wurden die Löche für BU1 etwas zu eng gebohrt. Daher sollte zu allererst BU1 bestückt werden (ggf. mit sanfter Gewalt durch die Bohrungen drücken). Auf dem Bestückungsplan der Platine ist zudem OSC1 mit 9.83 MHz angegeben, die korrekte Frequenz ist jedoch 19.66 MHz.
 
 

 Bestückungsliste    
R1 1M3 C1 3n3
R2 648k C2 470p
R3 324k C3 100p
R4 160k4 C4 1n
R5 80k2 C5 10uF Tantal
R6 40k1 C6 470n RM5,08
R7 20k C7 220p
R8 100k C8 1n
R9 56k C9 3n3
R10 4k7 C10 1uF
R11 8k2 C11 470uF Elko 16V
R12 12k C12 100n
R13 100 C13 100n
R14 82k C14 100n
R15 39k C15 100n
R16 100k C16 100n
R17 8k2 C17 100n
R18 4k7 C18 100n
R19 4k7 C19 100n
R20 1k
R21 1k D1 LED gelb
R22 1k D2 LED gelb
R23 1k D3 LED rot
R24 1k D4 LED grün
R25 4k7 D5 ZPD20
R26 68k D6 LED rot
R27 100k BGL1 Brückengleichrichter 40V 800mA
R28 8k2 T1 BS170
R29 22 Ohm
R30 33k IC1 74ACT02
R31 10 Ohm IC2 62256 (SRAM 32k*8)
P1 Trimmpoti 10k stehend IC3 LM6134
RN1 - RN3 RN3 Widerstandsnetzw. 22Ohm  IC4 XCS10-3PC84C 

(Xilinx)
IC5 LM393N
Bu1 Sub-D 25p männl IC6 7805
Bu2 Sub-D 9p. männl OSC1 19.66 MHz
Bu3 AC-Buchse
JP1 Pfostenstecker 2*10 1 IC-Fassung 28p
1 IC-Fassung 84pol PLCC
2 IC-Fassungen 14p
1 IC-Fassung 8p
1 Platine
1 Kühlkörper TO220
  Abweichende Bestückung für andere Baudraten:

Ab 153kbit/s sollte anstelle des LM393 ein MAX942 zum Einsatz kommen.

 

  
Baudrate 19k2 38k4 76k8 153k6 307k2
C1 1n5 680p 330p 330p 330p
C2 220p 110p 47p 47p 47p
C3 47p 22p 10p 10p 10p
C4 470p 220p 100p 100p 100p
C7 100p 47p 22p 22p 22p
C8 470p 220p 100p 100p 100p
C9 1n5 680p 330p 330p 330p
R8 100k 100k 100k 47k 22k
R14 82k 82k 82k 39k 18k
R9 56k 56k 56k 27k 12k
R15 39k 39k 39k 18k 10k
R17 + R28 8k2 8k2 8k2 2k7 2k7
   

Bestückungsplan:

 Bestückungsplan des EPPFLEX-Adapters

  

Anschlüsse Nach Beendigung des Aufbaus können die entsprechenden Anschlüsse hergestellt werden. Soll ein externes Modem angeschlossen werden, so kann ein DF9IC-Modem (oder äquivalent) direkt über ein kurzes Flachbandkabel 1:1 an JP1 angeschlossen werden.
 

Steckerbelegung des DF9IC-Verbindungssteckers:

  
Pin Bezeichnung Pin Bezeichnung
P1 +5V P2 GND
P3 +5V P4 GND
P5 /RES P6 GND
P7 /DCD P8 GND
P9 /CTS P10 GND
P11 /RTS P12 GND
P13 TXD P14 GND
P15 RXD P16 GND
P17 TXC P18 GND
P19 RXC P20 GND
  Die Stromversorgung des EPP-Adapters erfolgt über die AC-Buchse St2. Hier kann eine Gleich- oder Wechselspannung in Höhe von 8-14V angeschlossen werden. Die Belastbarkeit sollte 300mA betragen.

Der Anschluß an den Enhanced Parallel Port des PCs erfolgt über ein handelsübliches Druckerverlängerungskabel (25p. male auf 25p. female). Aufgrund des kritischen Timings sollte dessen Länge nicht über 2m betragen. Das Kabel sollte zudem abgeschirmt sein.

Das Funkgerät wird für das interne Modem über eine 9-polige Sub-D Buchse angeschlossen. Die Belegung lautet hier:

  
Pin Bezeichnung
P1 Nf Out
P3 PTT
P4+5 Nf in
P6-9 Ground
  Die Pin-Nummern sind auf dem Plastikkörper des Steckers, von außen sichtbar, aufgedruckt. Inbetriebnahme Zur Inbetriebnahme des EPPFLEX-Adapters steht zunächst ein kleines Testprogramm (EPPFPGA.EXE) zur Verfügung (auf der Diskette im Verzeichnis EPPTEST). Dieses wird zusammen mit dem mitgelieferten Extender CWSDPMI in ein beliebiges Festplattenverzeichnis kopiert und kann dann von dort (im DOS) gestartet werden.

EPPFPGA wird wie folgt aufgerufen:
 
EPPFPGA p<Portadresse> -v m<modemconfiguration> -t<testroutine>

           Parameter: -p<Portadresse>: EPP/ECP-Portadresse in hexadezimal, also z.B p0x278

Kann entfallen, wenn Port 1 benutzt wird.

-v: Verbosity Level: Es können ein oder mehrere v zugefügt werden (-v-v-v), je mehr v vorhanden sind, desto ausführlicher werden die Bildschirmausgaben des Programms.

-m<modemkonfiguration>. Hier werden die gewünschten Modemparameter angegeben:

 
intmodem,extmodem Selektiert das interne oder ein über den Modem-
Disconnect-Stecker angeschlossenes externes Modem

loopback,noloopback Schaltet einen digitalen internen Loopback ein/aus

extstat,noextstat Wählt zwischen dem EPP-Kompatibilitätsmodus (zum
konventionellen EPP-Modem) und dem erweiterten
Modus aus

divider=x Setzt den Taktteiler. Im FSK Modus lautet die

Formel:

x=fclk/16/bitrate.
Im AFSK Modus lautet die Formel:
x=fclk/64/bitrate. In der von Baycom
ausgelieferten Konfiguration beträgt fclk  19.666660 MHz.

Beispielwerte:

76k8 FSK: -mdivider=16
9k6 FSK: -mdivider=128
1k2 AFSK: -a -mdivider=256 
 

-t<testroutine>. Hier wird die gewünschte Art des Tests angegeben. Folgende Tests sind unter anderem verfügbar:  
ram Testet den RAM-Baustein per FPGA Boundary-Scan. Langsam.
bled Lässt die LED's blinken per FPGA Boundary-Scan.
dac Testet den DA-Konverter per FPGA Boundary-Scan. Ein Sinus mit Ecken wird ausgegeben.
ccnt Misst einige Taktfrequenzen mit spezieller FPGA-Testfirmware.
creg EPP Register Schreib/Lesetest mit spezieller FPGA-Testfirmware
cled LED Test mit spezieller FPGA-Testfirmware
cadc Digitaler Loopback vom AD-Konverter zum DA-Konverter
led LED-Test mit EPP-Firmware
ledfast Schneller LED-Test mit EPP-Firmware
berr Adaptertest mit EPP-Firmware
berrv Adaptertest mit Anzeige der Empfangsdaten mit EPP-Firmware
berrd Adaptertest mit Zufallsdaten mit EPP-Firmware
ecpled LED-Test mit ECP-Firmware
ecpledfast Schneller LED-Test mit ECP-Firmware
ecpberr Adaptertest mit ECP-Firmware
ecpberrv Adaptertest mit Anzeige der Empfangsdaten mit ECP-Firmware
ecpberrd Adaptertest mit Zufallsdaten mit ECP-Firmware
eppafskled LED-Test mit EPP-AFSK-Firmware
eppafskledfast Schneller LED-Test mit EPP-AFSK-Firmware
eppafskberr Adaptertest mit EPP-AFSK-Firmware
eppafskberrv Adaptertest mit Anzeige der Empfangsdaten mit EPP-AFSK-Firmware
eppafskberrd Adaptertest mit Zufallsdaten mit EPP-AFSK-Firmware
eppafsktx0 Konstant 0 senden im AFSK Modus
eppafsktx1 Konstant 1 senden im AFSK Modus
epprx Empfangstest im EPP FSK Modus
ecprx Empfangstest im ECP FSK Modus
eppafskrx Empfangstest im EPP AFSK Modus 

 Je weiter unten der Test in der Liste steht, desto mehr Funktionen deckt er ab. Eine vollständige Auflistung der Tests findet sich im Dokument BAYEPP.DOC ebenfalls auf der Diskette.

Natürlich müssen nicht alle Tests ausprobiert werden, wir empfehlen aber zumindest einen LED-Test im Boundary Scan Mode und im EPP oder ECP Mode (eppled oder ecpled) und anschließend einen Adaptertest (berrd oder ecpberrd).

Ein gültiger Beispielaufruf bei Anschluß an LPT2 (Adresse 278) und 76,8 kbit/s wäre:

EPPFPGA p0x278 -v mdivider16 -tepprx

 Betrieb des EPPFLEX mit FlexNet Die Inbetriebnahme wird hier anhand der mitgelieferten FlexNet-Software für ein DOS-Betriebssystem oder im DOS-Fenster eines WIN95-Betriebssystems erläutert. Für andere Treiber siehe die jeweilige Treiberdokumentation.

Installieren Sie die FlexNet-Software, indem Sie alle Files aus dem Verzeichnis FLEXBIN auf der Diskette in ein entsprechendes Verzeichnis auf Ihrer Festplatte kopieren. Die jeweils neueste Version der Software ist über das Internet verfügbar (unter http://dl0td.afthd.th-darmstadt.de/~flexnet/index.html). Der Treiber für den EPPFLEX-Adapter heißt BAYEPP.EXE, die jeweils neueste Version ist auch auf den BayCom-Web-Seiten (http://www.baycom.org) verfügbar.

Schließen Sie das Modem an den PC an (dieser sollte dabei ausgeschaltet sein) und versorgen Sie das Modem mit Spannung. Starten Sie Ihren PC.

Starten Sie die FlexNet-Software durch die in Courier gedruckte folgende Befehlsfolge in DOS oder innerhalb eines DOS-Fensters von WIN95:

 FLEXNET 20 (startet Flexnet)

BAYEPP -p<portadresse> -m<modifier>

(lädt EPP-Treiber) FLEX (Treiberladen abschließen)
FSET MODE 0 76800 (Modus für EPP-Modem einstellen, ggf. andere Bitrate wählen)

 

 BCT Anwendung starten (hier BayCom-Terminal)

Für die Parameter hinter BAYEPP gelten folgende Angaben: 
-?,-h Beschreibung der Parameter
1..4 Parport Nummer
-b,-p Basisaddresse der Schnittstelle
    (Format z.B.: (-p0x278)
-a AFSK-Mode
-m Modem-Konfigurationsstring fr das FPGA Modem
Modem-Konfigurationsstring (-m)

extclk,intclk Wählt als Taktquelle entweder den externen
Quarzoszillator oder den FPGA-internen  Oszillator. Die Frequenz des FPGA-Oszillators
beträgt etwa 8MHz und ist sehr ungenau. Dessen  Verwendung kommt allenfalls
bei Verwendung eines externen Modems in Frage.  Achtung: intclk darf bei bestücktem
Quarzoszillator NICHT verwendet werden.

intmodem,extmodem Selektiert das interne oder ein über den Modem-
Disconnect-Stecker angeschlossenes externes Modem

loopback,noloopback Schaltet einen digitalen internen Loopback ein/aus

extstat,noextstat Wählt zwischen dem EPP-Kompatibilitätsmodus (zum  konventionellen EPP-Modem) und dem erweiterten
Modus aus

divider=x Setzt den Taktteiler. Im FSK Modus lautet die

Formel:
x=fclk/16/bitrate.
Im AFSK Modus lautet die Formel:
x=fclk/64/bitrate. In der von Baycom
ausgelieferten Konfiguration beträgt fclk
19.666660 MHz. Achtung: Die Analogfilter des  Modems müssen entsprechend der
gewählten Bitrate bestückt sein.

Beispiel-Aufrufe

76k8 FSK: bayepp p0x278 -mdivider=16
9k6 FSK: bayepp p0x278 -mdivider=128
1k2 AFSK: bayepp p0x278 -a -mdivider=256

   Nach dem Starten des BayCom-Terminals BCT für FlexNet erscheint der gewohnte dreigeteilte Bildschirm. Durch Eingeben eines Connect-Befehls (:C Zielrufzeichen) im oberen Fenster oder durch Aussenden einiger Testpakete (auf Monitorschirm wechseln durch Drücken von F10, dann Returntaste nach Löschen des : in der oberen Bildschirmhälfte) kann die Funktion des Modems einfach überprüft werden. Leuchtet die PTT-LED auf dem EPP-Board bzw. auf dem Modem auf, kann von einer prinzipiellen Funktion des Modems ausgegangen werden.

Wird die Spannungsversorgung zum Modem unterbrochen, muß der FlexNet-Treiber neu gestartet werden, damit das FPGA wieder konfiguriert wird.

 

Weitere Hinweise zum Betrieb mit FlexNet: Siehe FlexNet-Dokumentation auf der Diskette.

 Troubleshooting

 

Hier einige Hinweise, falls die Inbetriebnahme nicht auf Anhieb gelingen sollte:

 

  

Das BayCom-Team wünscht viel Spaß am High-Speed-Packet mit dem EPP-Modem!  

 

 

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8750 EPPFLEX-Adapter mit FSK-Modem nach HB9JNX (76k8), Bausatz m. Gehäuse
8850 EPPFLEX-Adapter mit FSK-Modem nach HB9JNX (76k8), Fertiggerät
8751 EPPFLEX-Adapter, Leerplatine
8752 Aluminiumgehäuse für EPP-Adapter

 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 die BayCom-Adresse oder kontaktieren Sie uns vorher unter Tel. 05105/585050 oder FAX 05105/585060. Sie erhalten hier ebenfalls Auskunft, wenn Sie technische Fragen haben.