Микропроцессоры в приёмниках
для спортивной радиопеленгации.
Бирюков Н.В. г. Симферополь
Сейчас трудно найти электронный прибор в котором бы не применялись микроконтроллеры. Практически все электронные устройства сейчас аппаратно цифровые. Микропроцессоры дешевы и доступны. В интернете имеется большой выбор бесплатных программ для их отладки и программирования. Простейший программатор можно собрать самому или купить. Манипуляторы «лис»- пожалуй самое первое применение микропроцессоров в нашем спорте. С приёмниками дело обстоит хуже. Большинство пеленгаторов пока чисто аналоговые.
В интернете можно найти несколько зарубежных конструкций пеленгаторов, оснащенных микроконтроллерами.
В них микроконтроллер обычно управляет синтезатором частоты гетеродина, автоматической регулировкой усиления, выводит на ЛСД дисплей частоту настойки, уровень сигнала, номер "лисы", время до окончания ее работы, текущее время и уровень разрядки батареи, приблизительное расстояние до "лисы" (исходя из уровня сигнала).
Современные микросхемы микромощных и высокочастотных операционных усилителей, аналоговые ключи вместе с микропроцессором позволяют сделать по настоящему современный пеленгатор, а не тиражировать и рекламировать приёмники старой идеологии.
Если не использовать дисплей, то микроконтроллер поможет упростить схему, улучшить функциональность, привычных нам приёмников классической компоновки.
Даже в простом приёмнике для обучения новичков его применение вполне оправдано.
Тональный генератор, телеграфный гетеродин, пороговый генератор- трещотка, вся логика их переключений, пищалка, подсказывающая номер лисы и предупреждающая об окончании цикла, растяжка регулировки усиления в заданном диапазоне значений, цифровая стабилизация частоты, память частот - всё это может взять на себя микроконтроллер. Можно оцифровать сигнал после детектора и в цифровом виде провести любую его обработку, сформировать амплитудную характеристику, ввести тон, трещотку, другие сигналы. Та же трещотка на микропроцессоре может получиться лучше, гибче, экономичнее
Вообще можно придумать несколько вариантов приёмника с цифровым управлением, не укладывающихся в классические каноны.
Опыты показали, что при правильном выборе тактовой частоты микропроцессора, помех как в диапазоне 3,5-3,65 МГц так и диапазоне 144МГц, можно сказать, нет.
В современных микропроцессорах есть возможность сконфигурировать выходы как низкочастотные и тем самым снизить уровень помех.
Потребляемый микроконтроллером ток тоже невелик и находится в районе 1-4 ма.
Проведённые в 2008-2009 годах работы позволили сделать несколько вариантов приёмников на 3,5МГц с микропроцессорами.
В них микропроцессор производит контроль напряжения питания при включении, организует переключение режимов ТОН/ТЛГ и изменение частоты тона, даёт предупреждающие сигналы за 8 секунд до окончания минуты и в начале минуты номер "лисы", мигающий светодиод на 3 последних порогах, на микропроцессоре сделан пороговый генератор- трещотка.
Удалось получить хорошую экономичность устройства, Микропроцессорный блок потребляет менее 2 ма в приёмнике 144 и менее1 ма в приёмнике 3.5 МГц.
Первоначально использовал микросхемы ATMEL ATTiny 2313 в передатчиках (причём, по незнанию, запустил ATTiny 2313 с часовым кварцем!!)
и ATMega 48 в приёмниках.
Микропроцессоров PIC и Atmel хорошо описаны в литературе, есть много примеров программ, но для спортивного приёмника желательно применение современных микропроцессоров с более развитой периферией, большим числом таймеров счётчиков, скоростными АЦП и ЦАП.
Поэтому с 2010 года перешел на микропроцессоры компании ST Microelectronics STM8S и STM8L. Они значительно мощнее ATMega и PIC контроллеров и стоят достаточно дёшево. Например микроконтроллер STM8L151xx, работающий от напряжения 1.85-3.3 В с тактовой частотой 16 МГц, имеет три 16 битных и один 8 битный таймеры, таймер реального времени с отдельным часовым кварцем, таймер AWU для выхода из спящего режима через определённое время, специальный таймер для вывода звуковых сигналов, 5 спящих режимов ( с возможностью отключения программистом выбранных периферийных устройств, потребление микропроцессора от 5 мка до 400 на), ЦАП и АЦП с частотой выборки 1 МГц, два компаратора, прямой доступ к памяти, четыре приоритета прерываний, широкие возможности конфигурирования входов выходов, нет фьюзов, все устанавливается в процессе конфигурации. В системе команд есть операции аппаратного умножения и деления чисел. Это как бы переходная серия от 8 разрядных микропроцессоров к 32 разрядным микропроцессорам АRМ. Внутренняя структура всей линейки микропроцессоров STM8 построена из одинаковых устройств, разница только в их количестве, объёме памяти (например TIM 1 в низко бюджетном STM8S003 и большом STM8S207 один и тот же ) и переход с одного кристалла к другому очень прост, совпадают все регистры, даже номера прерываний. Есть новые очень дешевые микропроцессоры STM8S003, STM8L051, которые по возможностям превосходят например ATMega 48. Есть и ещё одна полезная для нас особенность STM8, в них имеется вывод СС0, на который может быть выведена одна из тактовых частот. Кварц, микропроцессор, выходной контур- и вот, микромаячок буквально из нескольких деталей.
Программатор ST-Link входит в оценочную плату STM8S-Discovery, которую компания широко продаёт по очень низкой цене. Купить ST-Link за совсем скромную цену можно на AliExpess. Для программирования достаточно подключить к чипу всего 4 проводника. Конечно, начальная настройка- конфигурирование STM8 сложнее, чем в AVR и PIC (так для настройки таймера используется 15 регистров), но при этом периферийные устройства получаются мощнее и гибче. Для работы использую компилятор Raisonance Ride7, к сожалению, сейчас нет бесплатной его версии и приходится пользоваться старой. Пробовал IAR, но он менее удобен в работе.
Прогресс в радиоэлектронике стремителен и новинки устаревают буквально за 10 лет. В линейке STM8S появился STM8S001 в совсем маленьком корпусе TSSOP8. До недавнего времени STM8S003 был самым дешевым микропроцессором, но не так давно цена на него подскочила вверх в 2.5 раза, а появился другой- мощнее и ещё дешевле ( 7 рублей) N76E003AT20 фирмы Neuvoton, но это совсем другой чип, нужно переписывать программы и покупать под него программатор.
Однако есть другое очень перспективное направление -это 32 битные процессоры АRМ той же компании ST Microelectronics. До недавнего времени от применения этих микросхем меня удерживало то, что все они имели корпуса с расстояниями между ножками в 0.5 мм, и плату под них, в домашних условиях сделать сложно.
Несколько лет назад была выпущена линейка микроконтроллеров STM32F0XX.
В линейке есть микросхемы в корпусах TSSOP20 и LQFP32,подходящие для любительских конструкций. Самая дешевая микросхема STM32F030F4Р6 стоит около 30 рублей (опт), что чуть выше нынешней цены 8 разрядной STM8S003, а старые PIC и AVR на фоне ее характеристик выглядят просто убого.
В качестве программатора используется всё тот же ST-Link, что и для STM8.
Есть много различных бесплатных программ- компиляторов, но по удобству работы я бы рекомендовал Keil MDK- есть бесплатная версия без ограничения длины кода под STM32F0XX (требует регистрации) и EmBitz - бесплатная и может даже более удобная, чем Keil MDK. Наглядно сконфигурировать выводы поможет программа STM32CubeMX, доступная на сайте ST.com. Для новичков и не желающих разбираться с регистрами есть HAL инструкции, нужно сказать- тоже достаточно занудная вещь, да и код получается длинным.
Сейчас перевожу простой приёмник 3.5МГц на STM32F030F4Р6 (естественно с некоторым его усовершенствованием). Общие впечатления, что программировать STM32 даже проще чем STM8, они похожи, но в STM32 один управляющий регистр заменяет два (четыре) STM8, STM32 аппаратно более развитой, за счёт этого, некоторые функции упрощаются. Субъективно, точнее работает АЦП.
