[Перевод] Собираем свой AM-передатчик кода Морзе01.01.2022 15:16

Это проект по сборке простого маломощного AM-передатчика кода Морзе, позволяющего передавать и принимать сообщения на любом транзисторном радиоприемнике в среднеполосном диапазоне. Этого диапазона вполне достаточно для передачи между комнатами в доме, и при этом нет риска пересечься с каналом радиовещания.

Передатчик можно использовать для ручной отправки сообщений, вводя их при помощи кнопки или ключа Морзе. Вторая кнопка автоматически отправляет предопределенное сообщение, что может пригодиться для отработки навыка понимания кода.

Введение

Сын моего друга недавно заинтересовался кодом Морзе, что подтолкнуло меня собрать это устройство в подспорье его изучению и экспериментированию с отправкой сообщений.
Возможности у передатчика получились следующие:

• Он позволяет телеграфировать код Морзе вручную, используя нажимную кнопку. При этом можно отслеживать его на светодиодном дисплее или слышать через пьезодинамик.
• Если подключить к нему метровый кабель в качестве антенны, он сможет передавать код находящемуся неподалеку транзисторному АМ-радиоприемнику, позволяя двум людям обмениваться секретными, находясь в разных комнатах одного дома.
• Он также способен воспроизводить или передавать предопределенное сообщение, что можно использовать для лучшего понимания кода Морзе и наработки скорости его ввода.

Построено устройство на базе ATtiny85 с минимумом дополнительных компонентов и является простым как в настройке, так и в использовании.

Код Морзе уже не актуален для удаленной связи, но навык его использования может пригодиться для случаев, когда технологические решения окажутся недоступны. К примеру, используя этот код, вы можете просигнализировать с помощью факела или кусочка зеркала, находясь на вершине горы, где сотовая связь недоступна.

Код Морзе

В кодировке Морзе используется последовательность коротких и длинных сигналов, кодирующих буквы от A до Z, цифры от 0 до 9 и несколько знаков препинания. Таким образом сообщения могут посредством звука или света передаваться между двух людей, которые этот код знают. Чтобы придерживаться максимально коротких сообщений для самых распространенных букв английского алфавита определена краткая кодировка. Для редких же букв, наоборот:

Последовательности азбуки Морзе для букв и цифр

Продолжительность сигналов:

Опытным путем я понял, что проще всего заучить буквы с помощью визуализации приведенной ниже схемы, где каждая левая ветвь представляет точку, а каждая правая тире:

Схематичное представление последовательностей кода Морзе для букв от A до Z

Передача кода Морзе

Традиционно код Морзе передается при помощи техники, известной как «незатухающая волна», или CW. Точки и тире отправляются посредством подачи импульсов несущей частоты. На стандартном AM-передатчике присутствие несущей частоты можно обнаружить только путем настройки на эту частоту с последующей регистрацией провалов в фоновом шуме. Чтобы сделать код Морзе более отчетливым, радиолюбители встраивают в приемники генератор биений (BFO) с частотой близкой к несущей, в результате чего при ее присутствии возникает слышимый сигнал.

Поскольку домашние транзисторные AM-радиоприемники не имеют генератора биений, данный простой передатчик Морзе модулирует несущую частоту так, чтобы она генерировала слышимый тон. Вот образец графика такой амплитудно-модулированной несущей частоты1:

Схема

А вот схема самого передатчика:

Я взял ATtiny85, но программа также вполне подойдет и для ATtiny45 или ATtiny25.

Длина антенны должна совпадать с длиной кабеля и иметь длину до одного метра. Один конец подключаем к PB1, второй оставляем неподключенным. Кабель при этом вывешивается примерно вертикально.

Если передавать код на радиоприемник вы не планируете, то антенну можно не делать, а обойтись просто пьезодинамиком².

Использование АМ-передатчика

Для ручной генерации кода нажмите кнопку Keyer. Если у вас есть профессиональный ключ Морзе, то можете подключить его параллельно с этой кнопкой. Я использовал NanoKey от Phoenix Kits3.

Для генерации предопределенного в программе сообщения нажмите Auto. Чтобы прервать сообщение и вернуться в ручной режим, нажмите Keyer.

Можете заменить это сообщение любым желаемым, лишь бы оно вмещалось в память. Хранится оно в программной памяти ATtiny85, значит всего вам доступно около 7000 символов.

Программа

Выполнение всего тайминга и генерацию сигналов программа реализует через два таймера/счетчика ATtiny85 и сторожевой таймер, которые настраиваются в setup() следующим образом:

Таймер/Счетчик1

На ATtiny85 вы можете тактировать Таймер/Счетчик1 из системы ФАПЧ, которая из внутренних 8МГц генерирует 32МГц. Эта величина в OCR1C делится на 28, генерируя сигнал, используемый для активации вывода на антенну, PB1:

  // Настройка Таймера/Счетчика1 на генерацию 552кГц
  PLLCSR = 1<

f = 
 
320000002 × (28 + 1)
 
 = 552kHz

  // Настройка Таймера/Счетчика0 на 644Гц
  TCCR0A = 1<

// Прерывание модулирует несущую частоту 644Гц
ISR (TIMER0_COMPA_vect) {
  TCCR1 = TCCR1 ^ 1<

  // Устанавливаем сторожевой таймер на прерывание 32Гц для таймера тиков
  WDTCR = 1<

// Прерывание, генерируемое сторожевым таймером, отсчитывает тики (1/32сек)
ISR (WDT_vect) {
  WDTCR |= 1<

  WDTCR |= 1<

// Таймер тиков
void Wait (int units) {
  NextTick = NextTick + units * Dot;
  unsigned int t;
  do {
    cli(); t = Ticks; sei();
  } while (t < NextTick);
}

void Beep (bool on) {
  if (on) {
    digitalWrite(Lamp, HIGH);             // светодиод включен
    TCCR0B = 0<

const char Message[] PROGMEM = "The quick brown fox jumps over the lazy dog.  ";

uint8_t Chars[42] = {
//A           B           C           D           E           F
  0b01100000, 0b10001000, 0b10101000, 0b10010000, 0b01000000, 0b00101000,
//G           H           I           J           K           L
  0b11010000, 0b00001000, 0b00100000, 0b01111000, 0b10110000, 0b01001000,
//M           N           O           P           Q           R
  0b11100000, 0b10100000, 0b11110000, 0b01101000, 0b11011000, 0b01010000,
//S           T           U           V           W           X
  0b00010000, 0b11000000, 0b00110000, 0b00011000, 0b01110000, 0b10011000,
//Y           Z           0           1           2           3
  0b10111000, 0b11001000, 0b11111100, 0b01111100, 0b00111100, 0b00011100,
//4           5           6           7           8           9
  0b00001100, 0b00000100, 0b10000100, 0b11000100, 0b11100100, 0b11110100,
//+           ,           -           .           ?           !
  0b01010100, 0b11001110, 0b10001100, 0b01010110, 0b00110010, 0b10101110,
};

void Letter (char letter) {
  uint8_t index;
  letter = letter | 0x20;                 // Преобразует буквы в нижний регистр
  if (letter == ' ') { Wait(4); return; }
  if (letter >= '0' && letter <= '9') index = letter - '0' + 26;
  else if (letter >= 'a' && letter <= 'z') index = letter - 'a';
  else if (letter >= '+' && letter <= '.') index = letter - '+' + 36;
  else if (letter = '?') index = 38;
  else if (letter = '!') index = 39;
  else return;
  uint8_t code = Chars[index];
  while (code != 0x80) {
    DotDash(code & 0x80);
    code = code<<1;
  }
  Wait(2);
}

void DotDash (bool dash) {
  Beep(true);
  if (dash) Wait(3); else Wait(1);
  Beep(false);
  Wait(1);
}

void loop() {
  // Manual mode
  if (digitalRead(Keyer) == 0) Beep(true);
  else Beep(false);
  // Auto mode
  if (digitalRead(Auto) == 0) {
    int p = 0; char c;
    do {
      char c = pgm_read_byte(&Message[p++]);
      if (c == 0 || digitalRead(Keyer) == 0) break;
      Letter(c);
    } while (true);
  } 
}