T03DSP - Высококачественный КВ трансивер с цифровой обработкой сигнала

Введение

Этот WEB-сайт посвящен одному из моих больших проектов - КВ трансиверу с цифровой обработкой сигнала на ПЧ.

Экспериментирование с различными узлами, разработка ПО и изготовление данного трансивера я начал в 2001 году.

Что я хотел сделать

Целью данного проекта являлась разработка и изготовление высококласного КВ трансивера с цифровой обработкой сигнала на ПЧ. Я не пытался достичь самые высокие параметры любой ценой - просто постарался получить максимум с учетом моих возможностей (доступные электрические и механические компоненты и технологии монтажа). При этом я старался сделать каждый узел по возможности более простым (но не в ущерб качаству!). Я очень широко применил технологии цифровой обработки сигнала, что позволило реализовать большинство функций в программном кодею Это позволяел легко "модифицировать" конструкцию и добавлять новые возможности без паяльника путем подификации ПО. (Что особенно важно для такого экспериментатора, как я :).

Что я имею на сегодняшний день

"Железо" трансивера полность готово. Программное обеспечение тоже (впрочем я часто модифицирую его, добовляя новые функции и устраняя возникающие проблемы). Параметры можно посмотреть здесь.

Компьютеры, компьютеры, компьютеры...

Как я говорил ранее я широко использовал современные цифровые технологии. В трансивере используются два микроконтроллера (первый MSP430F149 использован в качестве управляющей ЭВМ, а второй MSP430F123 - в синтезаторе частоты), один DSP процессор (Motorolla DSP56362 @ 120MHz) и один микросхема программируемой логики.

Кто же управляет всем этим ?

На этой фотографии паказана плата управляющей ЭВМ. Много SMD компонентов находтся на нижней стороне пляты, некоторый компоненты под суб-платой контроллера (MSP430F149). ПО управляющей ЭВМ написано почти полностью на языке С (некоторые фрагменты на ассемблере) Я специально разработал операционную систему реального времени для упрошения реализации ПО управляющей ЭВМ. Вы можете посетить ее WEB-сайт . Применение ОС реального времени позволило сэкономить много времени и сделать программирование более эффективным. На данный момент управляющее ПО состоит из более 15000 строк С кода и занимает 41Кбайт флэш памяти (К счастью еще 19Кбайта остаются свободными для дальнейшего развития ПО :). Я использовал бесплатный компилятор msp430-gcc.

Информация отображается на графическом ЖКИ (128x64) с желто-зеленой светодиодной подсветкой. Пользовательский интерфейс построем с применением многоуровненвых меню и обеспечивает удобный доступ к множеству параметров.

	"Стартовый" экран. Иконки справа и слева показывают текущие фукции многофункциональных кнопок. Цифровой S-метр может быть выключен.
	Содержимое памяти частот легко просмотреть - одно нажатие на кнопку и перед вами экран работы с памятью. Для кадой ячейки памяти можно ввести короткий комментарий (на русском или английском языке).
	Панорамный индикатор (к сожалению не "реал тайм", пока ;) ) полезен для проверки налачия прохождения или поиска "чистой" частоты. В любом случае не лишняя штука...
	Автоматический телеграфный ключ с памятью и возможностью генерации контрольного номера очень полезная штука для тестов. Ключ поддерживает пять форматов передачи цифр в контрольном номере.
	Трансивер имеет встроенный декодер RTTY. Для приема RTTY нет надобности в дополнительном ПО или "железе"! Функция передачи будет реализована позже (это потребует только обновления ПО, т.к. интерфейс AT клавиатуы уже реализован в "железе"). Индикатор настройки (две полоски под частотой) и АПЧ значительно упрощают процесс настройки

Какова же мощность цифрового процессора?

На этой фотографии показана плата DSP. Можно увидеть аналоговую часть (слева) и цифровую (справа). 24 битный DSP56362 смонтирован на суб-плате (это упрощает разводку и изготовление печатных плат). ПО DSP хранится в 256Кбайтной м/сх флэш памяти AT29C020. DSP ПО написано на ассемблере. Фильтры рассчитанны в MATLAB. DSP работает на частоте 120 MHz (его производительность до 120MIPS/MMACs и до 600 MOPS). Текущая версия ПО использует около 40% его вычислительной мощности. Управляющая ЭВМ "общается" с DSP процессором по SPI шине. Подробнее о блоке DSP можно почитать здесь.

Ну что ж, заглянем вовнутрь...

Трансивер собран на дюралюминиевом шасси, все платы сделаны в домашних условиях (утюг+лазерный принтер). Большинство плат заэкранированы.

	На этом фото вид трансивера сверху. ВЧ отсек находится справа, отсек СЧ слева. Усилитель можности, ФНЧ, КСВ-метр расположены на задней панели. Плата управляющей ЭВМ, ЖКИ и платы кнопок - на передней. Блок DSP в середине.
	Вид трансивера снизу. Я использовал высококачественный валкодер от станка с ЧПУ (2500 импульсов на оборот, что очень удобно, учитывая малый шаг перестройки, обеспечиваемый синтезатором). Плата НЧ и комутации расположены под валкодером. Усилитель ВЧ не поместился в ВЧ отсек (маленькая коробочка в левой части центрального отсека шасси). Для присоединения передней и задней панели используются разъемы, это обеспечивает удобный доступ ко всем блокам.
	ВЧ отсек. ДПФы, блок ВЧ и блок (слева направо). На фотографии видно 4-х кристальный фильтр 1-й ПЧ, еще один двухкристальный установлен в блоке ПЧ на ваходе усилителя первой ПЧ (для подавления шумов усилителя первой ПЧ в полосе "зеркального" канала приема по второй ПЧ).
	Отсек СЧ. Нижняя плата - второй гетеродин. Частота стабилизирована кварцевым резонатором. Используется очень старый кварц (в карболитовом корпусе). Я не смог найти кварц на нужную частоту, поэтому увеличил частоту 10МГц кварца стиранием серебра. Верхняя плата - синтезатор частоты. В трансивере используется современный СЧ с применением делителя с дробным переменным коэффициентом деленя и цифровой компенсацией побочных сотовляющих спектра. Он очень простой но обеспечивает все необходимые параметры с минимумом аналоговых узлов (В Nov/Dec 2003 QEX опубликована моя статья об этом синтезаторе).
	Обратная сторона передней панели. Плата управляющей ЭВМ расположена слева. ЖКИ и валкодер по центру, измерительный прибор справа.
	Обратная сторона задней панели. Плата усилителя мощности смонтирована на радиаторе под платой ФНЧ. (На этом фото один из пяти ФНЧ еще не был установлен).
	Задняя панель трансивера. Два разъема SO-239 для подключения антенн и клеиа заземления (слева). Разъем DB-15 для подключения компьютера (AFSK, манипуляция CW, TX/RX), разъем для подключения внешнего РА и RS-232 (САТ интерфейс) расположены под радиатором. Три разъема справа используются для подключения (сверху вниз) AT клавиатуры (не используется пока; будет использоваться для передачи PSK31, RTTY и CW), педали и ключа/манипулятора.