…um die Lautstärkensteuerung über den Microcontroller zu realisieren, kam einfach ein „digitales Potentiometer“ X9C102 zum Einsatz. Es wird direkt vom Controller mit einem „Richtungseingang Up/Down“ und einem „Zähl-Eingang“ angesteuert.  Dieses IC besteht intern aus 100 in Reihe geschalteten Widerständen dessen „Abgriff“  mittels Zähleingang bestimmt wird. Also eine einfache Angelegenheit um den Signalpegel des Vorverstärkers in 100 Schritten zu steuern….

Fortsetzung von Radio Teil 1
Die Bedienung des Controllers sollte nun über ein Drück-/Drehrad (Drehimpulsgeber mit Taster) erfolgen. Um bei Drehimpulsgebern auch die Drehrichtung auswerten zu können, ist ein zweiter Impulsausgang erforderlich. Die beiden Impulsausgänge müssen in ihrer Reihenfolge drehrichtungsabhängig verschoben sein (Phasenverschiebung). Um die Impulsfolge in ein Richtungssignal und ein Taktsignal umwandeln zu können, haben wir mithilfe eines JK-Flip/Flops und einem Schmitt-Trigger/Inverter eine kleine Decoderlogik aufgebaut…

Drehgeberdecoder

Die Ausgänge der Decoderlogik werden nun direkt an drei Microcontrollereingänge weitergegeben. Somit kann nun ein geeignetes Programm erstellt werden, das ein einfaches menuegesteuertes Userinterface bereitstellt. Die Parameter werden auf einem zweizeiligen LC-Display angezeigt. Die Ausgänge des Controllers wiederum steuern die „digitalen Potentiometer“ für die Lautstärkeneinstellung und natürlich den I²C Bus, der die Befehle an das FM-Modul sendet. Ein zusätzlicher Ausgang ermöglicht das Schalten eines Relais, mit dem zum Beispiel der Audioeingang vom Verstärker zwischen FM-Modul und einer externen Signalquelle umgeschaltet werden kann. Das LC-Display wird im 4Bit Modus an den Controller angebunden und die Hintergrundbeleuchtung des Displays wird ebenfalls vom Controller geschaltet.

Platine frisch von der Fertigung

Nachdem alle diese Funktionalitäten festgelegt waren, gings ans Übertragen dieser Informationen in das Layout Tool, bzw. in den Schaltplan. 
Schlussendlich wurde ein Layout gezeichnet und gefertigt. In weiterer Folge konnten wir mit der Bestückung des Boards beginnen und danach die erste Inbetriebnahme durchführen. Nach dem Abgleich der Verstärkerruheströme ging’s ans Entwickeln des Arduinocodes. Hier wird einem die Arbeit extrem erleichert, da es hier sehr viele fertige Libraries gibt, die man direkt für seine Zwecke verwenden kann. So zum Bespiel besteht die einizige Herausforderung, ein LC-Display in Betrieb zu nehmen, darin, die paar Drähte an den uC (Microcontroller) anzuschließen und die Pins im Code richtig anzugeben. Alles andere erledigt die Library. Mit dieser Vereinfachung sind die Funktionen dann schnell realisiert und der erste Probelauf kann beginnen.

Das fertig bestückte Board

In weiterer Folge wird die Software noch verbessert – vielleicht ein Speichern mehrer Stationen implementiert usw. Aber der nächste Schritt wird sein, das Board in ein Gehäuse einzubauen, das den Radioempfängern aus den alten Röhrenzeiten nachempfunden ist. Es soll aus massivem Holz gefertigt werden. Die Bedien- und Anzeigeelemente sollen in einer auf die Frontseite des Gehäuses aufgesetzten Aluminiumplatte eingebaut werden… (Ein weiterer Post in diesem Blog wird folgen.)

Der erste Funktionstest ist im Video unten zu sehen…

DIE PROJEKTIDEE
Eine Projektidee, die mir als ideales Lehrlingsprojekt in den Sinn gekommen war, ist es, einen Radioempfänger zu planen und zu bauen. Mit diesem Projekt soll unser Lehrling die bisher erworbenen Fähigkeiten praxisnah anwenden und nach Vorgabe der zu verwendenden Komponenten einen UKW Radioempfänger aufbauen.
Dabei wurde schrittweise vorgegangen. Ich habe mir das Konzept in folgenden Teilen ausgedacht:

DER VERSTÄRKER
Zuerst sollte ein simpler Klasse A – Audioverstärker aufgebaut werden. Der Lehrling sollte den Verstärker nach vorgegebener Schaltung am Steckbrett aufbauen, messtechnisch untersuchen und vorallem verstehen. Im nächsten Schritt wurde aus dem Class-A Verstärker ein  Class -AB Verstärker. Auch hier war die Aufgabe des Lehrlings, die Funktionsweise zu verstehen und das Steckbrettfunktionsmuster so zu optimieren, dass ein (nicht messtechnisch) zumindest einigermaßen „gutes“ akustisches Ergebnis erreicht wurde.

Erstes Funktionsmuster der „Leistungsendstufe“

Als das nach einiger Zeit gelang, bekam er die Aufgabe, die ermittelte Schaltung in ein Layout-Tool zu übertragen und auf einen zweiten Kanal zu erweitern und dabei gleich auch ein Spannungsversorgungskonzept zu erstellen. Die Spannungsversorgung sollte nicht nur die Verstärker Endstufe versorgen, sondern auch für weitere Komponenten (wie Microcontroller, USB-Schnittstellen und was mir noch so in den Sinn kam) eine +5V und eine +3.3V DC Versorgung zur Verfügung stellen.
Nach vielen Layoutentwürfen legte er mir dann ein Layout vor, bei dem die Komponenten symetrisch und lagetechnisch vernünftig (Trimmpotis sollten zugänglich sein…) angeordnet waren. Also durfte er das Layout als Funktionsmuster fertigen. (die Platine ätzen, bestücken und versuchen, alles zum Laufen zu bekommen).

Der Lerneffekt war gigantisch :D, denn bei der Umsetzung von theoretischen Schaltungen zu einem einfachen Steckbrettaufbau und dann zur „gedruckten“ Schaltung am Print, birgt einiges an Fehlerquellen. Und diese wollen auch gefunden und behoben werden. Dabei konnte sich unser Azubi in Geduld und genauem Arbeiten üben.
Aber schlussendlich tönte das 440Hz Sinussignal des Frequenzgenerators aus beiden angeschlossenen Lautsprechern…

Nun war es an der Zeit, sich Gedanken über die Signalquelle, also den eigentlichen Empfänger zu machen.

DER UKW EMPFÄNGER

FM-Receivermodul

Bei einem chinesischen Onlineversand entdeckte ich ein UKW-Empfangsmodul mit einer sehr kompakten Bauform (ein Print mit ca. 12x12mm) auf dem ein kompletter Empfänger integriert ist. Das Modul nennt sich TEA5767 und nutzt den gleichnamigen Philips FM-Receiver Chip.
Die Anschlüsse zum Modul bestehen aus Spannungsversorgung, Audio L und R Ausgängen, sowie einem I²C Bus zur Ansteuerung bzw. Einstellung der Empfangsfrequenzen und einem Antennen- und Muteeingang. Also ideal, um damit eine Signalquelle für unseren Verstärker zu realisieren. Doch damit stellten sich weitere Fragen.
Wie sollte man die Steuersignale für den I²C Bus erzeugen, wie soll die Abstimmung der Sender erfolgen, wie soll das Gerät überhaupt vom User zu bedienen sein? Auf all diese Fragen gibts eine einfache Antwort: Man nehme einen Microcontroller. Und da der Lehrling gerne mit dem Arduino – UNO Board experimentiert, entschied ich mich für einen Atmega328, dem Arduino UNO Controller.

DAS HERZ DES RADIOS – DER CONTROLLER
Der Microcontroller sollte also das komplette Management des Radios übernehmen, also die folgenden Funktionen erfüllen:

• die Sender einstellen (I²C Befehle erzeugen und zum Radiomodul senden)
• die eingestellten Sender speichern (im internen EEPROM des Controllers)
• sämtliche Informationen auf einem LC-Display anzeigen
• die Lautstärkensteuerung übernehmen
• die Bedienung über ein Drück-/Drehrad erzeugen (Inkrementalgeber mit Tastfunktion soll die gesamte Bedienung des Radios übernehmen)

Blockschaltbild

Also mussten wir die Schaltung um einige Komponenten erweitern. Der Audioausgang des FM-Moduls musste vorverstärkt werden. Dies erledigte ein kleiner AudioOPAmp. Um die Lautstärkensteuerung über den Microcontroller zu realisieren, kam einfach ein „digitales Potentiometer“ X9C102 zum Einsatz. Es wird direkt vom Controller mit einem „Richtungseingang Up/Down“ und einem „Zähl-Eingang“ angesteuert. Dieses IC besteht intern aus 100 in Reihe geschalteten Widerständen, dessen „Abgriff“ mittels Zähleingang bestimmt wird. Also eine einfache Angelegenheit um den Signalpegel des Vorverstärkers in 100 Schritten zu steuern.

weiter geht’s im nächsten Teil