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無線電收發機與個人電腦連線
(KENWOOD 系列)

No.16   1994 Apr.   p82~87,   by 林茂榮 / BV5OC 彰化 575 郵箱



上期介紹過 YAESU FT-980 系列後,本期繼續介紹 KENWOOD TS-440S 系列,如何連接無線電收發機興個人電腦


了解電腦連線的 RS-232

Fig 1
圖一:TTL 與 RS-232 位準相互對照。注意 MARK 與 SPACE 相反,因此,轉換介面除了做電壓轉變之外,還要把訊號反相。

    參看圖一是 TTL 的定義。依照定義說明,並非是 +5 伏特電壓才代表邏輯的 "1" 或 "0",它是以範圍來定義。

    例如只要電壓振幅介於 2.4 伏特到 5 伏特之間,都被視為 +5 伏特的邏輯定義。相同 的,電壓振幅介於 0 到 1.4 伏特之間,被看做是代表 "0" 的邏輯。但是,介於 1.4 伏特到 2.4 伏特之間,則被視為不確定,既不是 "1",也不是 "0"。

    幸虧有這麼樣的定義,數位線路才可以從寬處理,尤其碰到不同長度的接線,若沒有這 種特性,那數位線路必定無法像現今一幅欣欣向榮景象。

    參看圖一 B,是 RS-232 的定義,基本上,它的精神沿用 TTL,只是把電壓振幅的範圍 擴大了,例如 3 伏特到 15 伏特是邏輯 "1";-15 伏特到 -3 伏特是邏輯 "0"。既然有 更大的電壓範圍,那就表示訊號可以經由導線,拉得更長些,也不會產生資料錯誤。

    當然這個長度是有限制的,一來,訊號線的阻抗、容抗,讓訊號失真,產生錯誤的邏輯 電壓;二來,導線路徑上遇有很強的雜訊干擾,藉著感應,也可能使訊號傳遞失誤。

    一般用途而言,依照 RS- 232 的介面規約,是夠用了,除非要拉到數十公尺,或更遠 ,否則,利用 RS-232 介面做資料連線是不成問題的。

    另外一項限制是,RS-232 不能做高速的資料傳遞,但所謂高速,是指超過每秒 2 萬位 爻 (20000 BITS/SEC),一般用途,至少下面我們要談到的介面,傳速都不超過每秒 9600 位爻,因此,低速的缺點在這裡不會造成任何問題。

    當然要解決傳速慢、傳距近的缺點,也有辦法,但這超出本文討論範圍,就不詳談。果 真碰上,可以選用平衡式的 RS-422A,或非平衡式的 RS-423A 介面,解決上述缺點。

握手式溝通

    不能溝通的傳遞,是比較容易產生錯誤的。

    有一項測試或許很多人都做過,那就是有一位描述者,把一個圖型,用口頭的方式講給 一群人聽,分成聽者可以發問,及不可發問兩種方式,很明顯地,聽者可以發問的方式 ,所描繪出的圖型會更準確。這說明了雙向溝通,對正確的訊息傳遞是很重要的。

腳數 說明 縮寫
1 PROTECTIVE GROUND PG
2 TRANSMITTED DATA TxD
3 RECEIVED DATA RxD
4 REQUEST TO SEND RTS
5 CLEAR TO SEND CTS
6 DATA SET READY DSR
7 SIGNAL GROUND SG
20 DATA TERMINAL READY DTR
圖二:RS-232 介面端子的接腳定義。

    RS-232 也有可以溝通的設計,參看圖二,除了 1、7、2、3 腳分別是外殼接地腳、訊 號接地腳、訊號發射腳、及訊號接收腳外,用來做雙向溝通用的有 4、5、6、及 20 腳 ,這是用來告知彼此間的發射與接收訊號的動作,可避免訊號傳遞時,讓對方漏接資料。

    不使用這些握手式的溝通設計也可以,因為這些控制用訊號剛好配對,只要把 4、5 腳 接在一起,6、20 腳短路,基本上,握手式的溝通就起不了作用,也就是只要有資料就 隨時傳遞。

    在接收方面,也要無時無刻都準備好。一般來講,若是單純的介面,以避免握手式的溝 通為原則,不但簡化了控制資訊流通的程序,也簡化了介面的硬體,及一小部份軟體。

XON / XOFF 的溝通

    另外也有利用軟體代替握手式的溝通,原本利用接腳的高低電位 (前面提過的 4、5、 6、20 腳),若碰到過長距離的連線,一來怕訊號受干擾,尤其是掌握資訊交換程序的 握手式的溝通訊號,一旦受干擾,整個通訊路徑便馬上陷入困境。二來長距離的額外 4 條握手式控制訊號線,也平添施工的繁雜與成本的增加。

    因此,有了軟體方式來代替,也就是所謂的 XON/XOFF 方式。原來使用電子訊號做握手 式的溝通,現在改用資料傳輸線上的特殊碼來溝通,這樣就可以把專做握手式溝通的訊 號線省下來。

    當然還有其他各式各樣的方式,但這超出本文的主要討論範圍,萬一碰到應用別的溝通 方式時,再詳細說明。

MARK & SPACE

    一般而言,EIA-232-D 的位準,以 +3 伏特或更高的電壓來代表 "SPACE" 位準,而 -3 伏特或更低的電壓則代表 "MARK" 位準。

    TTL 的一般情況是 +5 伏特 (可以介於 +2.4 伏特到 +5.0 伏特之間) 代表 "MARK" 位 準,而 0 伏特 (小於 1.4 伏特) 代表 "SPACE" 位準。這是做 TTL 與 RS-232 位準轉 換,必須要特別留意的。

    這只是一般習慣用法,也有人採取倒著方式用的,因此要先確定,免得一切工作因而受阻。

    順便一提,上面所謂的 "MARK" 與 "SPACE",是沿用古早時候的通訊術語。先期的莫爾 斯碼通訊,發展到機械式記錄時,把短音及長音轉換成記錄在紙帶上的一條短線及長線 ,這些畫線的訊號稱為 "MARK",空白的部份稱為 "SPACE"。現在有時就沿用這個稱呼 ,來對應到數位通訊的 "1" 與 "0"。


KENWOOD 收發機

    TS-440S 雖不能說是 KENWOOD 的代表作,但使用它的業餘無線電家的確很多。

    一般的數位通訊模式,像是 RTTY、AMTOR、PACKET 等,使用 TS-440S 並不會給初入門 者帶來很大的麻煩。尤其是,不論雜誌廣告頁上,業餘無線電用的套裝軟體,或是業餘 無線電家之間,流傳很廣的免費軟體 (FREEWARE),及共享軟體 (SHAREWARE) 中,很多 都可以利用個人電腦的串列埠介面,控制 KENVOOD 的收發機。

    新興的機種,像 TS-850S、TS-950S、TS-790S、及 TS-450A,都把通訊介面做在收發 機裡頭。TS-440S 算是中早期的機種,仍然須要外加串列埠用的介面板,要外加選購的 IC-10,及 RS-232 介面用的 IF-232C。

    其質,IC-10 只是兩顆 IC,IC-54 "UPD-8251-AC" 及 IC-55 "TC-4040-BP"。這兩只 IC 只要一百多塊,可以在各大電子材料店購得。"UPD-8251-AC",就是所謂的 SIO,它是 電腦周邊用的 IC,屬於 LSI。 "TC-4040-BP" 則是配合 LSI 的須要加進去的。

    接下來,真正要自己動手的是,個人電腦與收發機之間的訊號位準轉換器 "IF-232C"。


製作 KENWOOD 的電腦介面

    基本上,電腦介面應稱做「訊號位準轉換器」比較貼切,因為真正的電腦介面,應該是 IC-10 (針對 TS-440S 而言)。這裡所謂的介面,是指把 TTL 訊號,轉換到 RS-232 規格的訊號,也就是把收發機內所提供的輸出訊號,由 TTL 位準,轉換到 RS-232 位 準。

    從 KENWOOD 廠牌的收發機說明書得知,控制介面採用的通訊規約是傳速每秒 4800 位 爻的美國國家標準資訊交換碼 (ASCII),格式是:一爻啟始位爻、八爻資料位爻、及二 爻停止位爻,其傳速可以從收發機內的端子設定。

    至於控制用的命令,全系列都一樣,包括 TS-140S、TS-680S、TS-440S、TS-450S、 TS-690S、TS-850S、TS- 940S、TS-950S、TS-711A、 TS-811A、及 TS-790A 等,接收 機 R-5000 也一樣。而新興的機種,只要 IF-232C 就可以了,因為串列通訊的周邊 IC 8251,在收發機出廠時,都已裝妥了。


訊號位準轉換器

線路說明

    要利用個人電腦來控制 KENWOOD 收發機,除了在個人電腦上備有 RS-232 串列通訊埠 外,還須要一只訊號位準轉換器。它要在收發機的 TTL 位準與個人電腦的 RS-232 位 準之間,搭起一座橋,才得以通暢無阻,進行彼此的溝通。

    所謂訊號位準轉換器,並不是什麼大不了的工程,參看圖三,這個線路與購買現成的 IF-232C 的功能是一樣的;利用介於 9 伏特到 15 伏特之間的電源,經由電源線路轉 換,得到所需的 -12 伏特及 +5 伏特。

    -12 伏特是由 555 IC 為主角的 DC-DC 轉換器得到的;+5 伏特就更簡單了,從供給的 9 伏特到 15 伏特電源,經過一只 +5 伏特的穩壓 IC 便可得到。

    DC-DC 轉換器是讓 555 IC 產生振盪,頻率大約是 10KHz,再經由 Dl、D2、C3、及 C4 的整流,得到了 -12 伏特電源。這個 DC-DC 轉換器的原理就這麼簡單。當然,你若不 願意額外的線路,只要準備有 +12 伏特及 -12 伏特電源,此部份的線路可以省掉。

    真正的訊號位準轉換器是 U5 1488,及 U3 1489。從 TS-440S 出來的訊號,先經由反 相器 (U4A),把訊號相位顛倒,以符合彼此的定義要求,再由 1488 轉換成個人電腦的 RS-232 位準。個人電腦那頭過來的訊號,則由 1489 轉換成 TTL 位準後,再由 U4B 的反相器,倒轉訊號相位,以符合 TTL 習慣的定義。

    這個線路中,有一個小小的花招;利用三色二極體,來指示系統的電源開關狀態。當此 轉換器的電源打開,並未打開收發機電源時,LED 亮著綠光。只有收發機打開電源時, LED 發紅色光。收發機及訊號位準轉換器雙雙打開電源時, LED 變為黃色。

    這是用來指示線上電源的就緒情況,不是絕對必要的,有些好玩的味道在,可以自行決 定這一部份線路的去留。

Fig 2
圖 3:KENWOOD 收發機的介面線路。

線路製作

    整個線路,可以在萬用板上完成,只是按圖索驥的連線工作稍嫌複雜,還好,接點並不 多。完成後的板子,可以安裝在適當的金屬盒內。當然免不了要做一些加工,包括鑽孔 、固定接頭等。

    訊號位準轉換器接到收發機是使用 DIN 接頭。接到個人電腦的有兩種,9 隻腳及標準 的 25 隻腳,若能配合個人電腦選用是最好,萬一沒料到,這兩種接頭的轉換,也很容 易買到。我是使用隔離訊號線及金屬盒裝著線路板,使用時,沒有明顯的射頻干擾問題。

    在所有收集到的 12 種軟體中,都沒有把握手式的溝通派上用場,也就是都不用 RTS 及 CTS 腳。因此,這個訊號位準轉換器線路,也自然看不到這些接腳。但是,記得把 圖三中 P1 上的 4、5 腳及 6、20 腳短路,否則個人電腦無法正常傳送資料,或是出 現一些不尋常的怪現象。

初步測試

    連同 TS-79OA、TS-450A、TS-690S、TS-850S 及 TS-950S 收發機一起的操作手冊內 ,都有詳細的控制指令介紹,這裡就不浪費篇幅列出。

    IF-232C 介面附送的冊子裡,有一簡單培基 (BASIC) 程式,可供做測試介面用。另外 ,很普遍的 PROCOMM 程式、HAMCOM 程式,也可以拿來測試這個介面。其他的套裝程式 ,像是 ARIES-2 等,也都可以提供測試。

    先把訊號位準轉換器接妥,打開電源,同時個人電腦上的串列埠設定好 (看你使用 COM1 或 COM2),資料傳速也都核對過了之後,打開訊號位準轉換器及收發機的電源,執行測 試程式。

    如果用通訊程式,則送出一個半支點 (;) 之後,應該會有 "?;" 的回音,再來使用幾 個控制指令,看看它靈不靈驗。如果使用 ARIES-2 的套裝軟體,可以利用控制指令, 直接輸入頻率,或改變 MODE。

    如果用錯了指令,或其他收發機不能辨別的命令,收發機一概以 "?;" 回應。一切順利 的話,那恭喜你。假如不幸出現問題,那也是常見的,路徑坎苛,必可累積有用的經驗 。下面是一些可能的毛病所在,抽絲剝繭,耐心檢查,必有斬獲。


測試時常見的問題

    如果接上介面之後,執行過程式,仍然沒有任何動靜,電腦螢幕上也沒有任何反應,試 看看從電腦送個 "AI1;" 給收發機,它可以使收發機跳到「自動提供訊息」 (AUTO INFORMATION) 的模式,這樣子,收發機會在被更換工作條件 (改變頻率、模式等) 後 的 1.5 秒內,送出有關收發機的目前狀態資料。

    TS-40S 在收到 "AI1;" 命令之後,會跳到自動提供訊息模式,並發出「嗶」的一聲。 一切順利的話,從個人電腦先後送出 "LK1"、"LK0" 的指令,看看是否鎖死選台頻率的 功能有開關的動作。一旦這些嘗試成功無誤,就可以確定個人電腦掌握住控制收發機的 連線。

    如果 "AI1;" 的指令沒有反應,先查看圖三中 P1 的 4、5 腳及 6、20 腳短路了嗎? 另一方面,可以利用示波器,直接把探棒放在 U4 的第 4 腳,監看個人電腦是否把資 料傳送出去。

    如果到這裡一切沒問題,但連線就是不動作,那請繼續追查,檢視連線的發射 / 接收 的 2、3 腳有沒有弄顛倒了。

    如果個人電腦送去的指令,收發機接到了,並做出 "?;" 的反應,那表示個人電腦送來 的指令,收發機不懂。這樣子就只剩下兩種可能,一是電纜傳輸過程中,資料有 誤,再仔細檢查一下,或換一條新的電纜線。

    另一可能是,個人電腦串列埠設定不正確,再核對一次傳速或 ASCII 碼格式。4800 BITS/SEC 的傳速,ASCII 碼:1 爻始位爻、8 爻資料位爻及 2 爻停止位爻,沒有設定 核對碼 (NO PARTTY),也就是 N,8,2 的設定。


結論

    不論你用那一機種,使用過 KENWOOD 的收發機,若加上一塊簡單的介面板,就可以觸 延到更寬的領域。尤其是那些有收發機,又有個人電腦的朋友,更是不容錯過。至於帶 動這一切的軟體,可以在許多佈告欄站台內,找到一些免費軟體,或共享軟體。 END



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