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電腦化的接收系統

No.43   1996 Aug.   p40~43,   by 林茂榮 / BVSOC,彰化23-575信箱



    電腦化的無線電接收系統給一般人的第一印象是遙不可及,甚至連夢境中都不敢著想,因為昂貴得很。實際上,電腦化無線電接收系統可大可小,也未必是想像中那麼複雜。這裡要提出一個比想像中更簡單的自製電腦化接收機系統,把本來是利用手動選台的類比接收機,改成可以利用個人電腦來控制頻率,可以進行掃描,還有記憶選台等功能的接收機。


電腦化接收機系統

    有些人可能會對電腦化接收機系統這個名詞產生混淆,其實一般這個名詞大都用在指那些使用頻率合成技巧線路,及利用單晶片微電腦系統做為操作控制的接收機系統。但是這裡把凡是利用到電腦技術做為相關控制者,也納入這個名詞內,也許所指的系統使用的接收機還是傳統的類比式選台。


類比式的電子選台

    市場上接收機套件有很多,許多還是老樣子,傳統的所謂六石接收機等,看來這些只是純粹為了學生的實習需要而上市的。但是也有不少是利用新興的元件與技術,例如採用 IC NE6O2 及變容二極體為中心的線路結構。這種接收機的選台工作,就由變容二極體及一只可變電阻來代替傳統的可變電容,也就是所謂的類比式的電子選台,在變容二極體加上一逆向偏壓,可以改變變容二極體的電容量。雖然變容二極體的電容變化量與逆向偏壓的關系係非線性,但是只要盡量把控制的頻率範圍縮小,也就是小範圍線性 (Small Linear) 並且施點 小計,在線性的問題上,便可以得到叫人滿意的效果。

    雖然提供變容二極體偏壓的可變電阻,品質要求很高,但是因為線性的關係,所以在逆向偏壓低的那一端,因解析度很差,會很難控制,也就是選台的解析度變成很差。換句話說,在逆向偏壓很低的那一端,選台能力可能會讓人失望。因為只要可變電阻稍微一動,可能就會跳過幾個電台頻道。要改善這個問題,可以選用大塊頭的旋鈕。若不嫌貴的話,當然改採微調鈕 (Venier),就可一勞永逸,徹底解決這個問題。


NE602 是功臣

    現今 IC 技藝進步神速,不僅數位的東西如此,類比也一樣可觀。對超外差接收機而言,出現了 NE602 這只 IC,就好比一下子步入青雲,自製接收機的路子也比已往平坦多了。有了它,你可以不必再整日與烙鐵清煙為伍進行試驗,因為使用它做為主要零件,不僅製作簡化了,也使自製接收機的試驗工作增添不少樂趣,NE602 原本是為了製作大哥大電話機而設計的,但是因為好用,此只 IC 被廣洲地應用在其他領域內。

    目前個人電腦發達,已經普及到每個家庭,加上 NE602 這只 IC 為主的接收機,若能與個人電腦連接使用,豈不是樂趣一樁。而事實上這並不難,因為 NE602 所包含的本地振盪器線路用電晶體,若外加變容二極體的振盪線路,就可以利用一直流電壓來進行選台工作。另一方面,個人電腦只要利用現成的輸出入埠,再加上一個所謂的數位 / 類比轉換器線路,便可以提供一可控制大小的直流偏壓。這不就成了一部可利用個人電腦選台的電腦化接收機系統了嗎?

    當然我們不會無緣無故要拉進個人電腦來投入這淌混水的,一定有它的優點在。若僅僅配合可變電阻提供分壓來控制變容二極體的選台,只算是把傳統的可變電容變換成可變電阻而已。但若是利用個人電腦可就不一樣了。我們可以說,所有的功能都在你想像之中,例如記憶頻道、掃描、直接而正確地選台等。當然這裡要介紹的只是很小的一個系統,不過原理是放諸四海皆準的,俟有心得之後,可以自行發展更大更完整的系統,這裡要提出說明的是,雖然它可以透過記憶功能,很精確快速地設定頻率或更換頻率,卻不能直接以數字輸入頻 率,但是你可以先找出幾個較出名的強電台訊號,以此做為指標,就能全盤掌握選台的工作,要記得,這只是個開始,何不讓開始的路子輕輕鬆鬆,等走過一段路之後,再慢慢來品味其他樂趣吧!。


數位/類比轉換器

    數位 / 類比轉換器從個人電腦讀進 8 爻資料,然後根據其數值的大小,轉換成相對的參考電壓。這裡把 5 伏特分割成 256 個單位,此參考電壓再由運算放大器 LM10N 做二倍的放大兼緩衝與濾波。因此從 0-255 的 8 爻數值資料,便對應到到從 0-10 伏特的類比輸出。數位 / 類比轉換器還有許多其他功能,此處用不上,就由它去,不管它。與個人電腦之間的連線有 10 蕊,除去 8 蕊的資料外,一條是可命令讀寫動作的控制線,另一條就是參考接地線。

    以 NE602 為中心的接收機線路加上數位 / 類比轉換器所耗的電流量大約是 25 毫安培左右,供電電壓是 12 伏特,接收機的供電電壓彈性較大,但是數位 / 類比轉換器卻必須要求嚴格。因為數位 / 類比轉換器需要有一準確的參考電壓,而供電電壓至少要比參考電壓大上 7 伏特,所以為了保證數位 / 類比轉換器能正常運作,供電電壓不得低於 12 伏特,因為這裡的參考電壓是 5 伏特。


修改超外差式接收機

Fig 01
圖 1:數位 / 類比轉換器線路及接用電子選台方式的線路。

    如果你利用 NE602 為心臟的自製接收機,且本地振盪器線路是引用變容二極體,那大概就不難把接收機與個人電腦併在一起,只要稍加修改,就可成為使用個人電腦選台的接收機系統。參看圖 1。就是典型的例子。把原本用來控制變容二極體的可變電阻拿掉,換上數位 / 類比轉換器的輸出線,就是這麼簡單。當然還會有些雜項要處理。假如你的接收機原設計供電電壓源是 12 伏特的話,那最好不過了,因為數位 / 類比轉換器可以共享此同一電源。如果是比 12 伏特更低或較高的話,得想辦法讓接收機可以接受使用 12 伏特供電電壓 ,如此可以兼顧兩線路的需求。萬一真的辦不到,那也沒關係,就各自為政好了,供電電壓採取井河策略,接收機的歸接收機,數位 / 類比轉換器的歸數位 / 類比轉換器,用各自的供電電壓。因為是直流供電電壓,所以要小心處理極性,把電源極性弄錯了,往往會有很慘的結局。在電子線路上,隨時小心注意極性總是上上之策,預防意外的發生,總比收拾殘局來得簡單多了,不是嗎?

Fig 02
圖 2:須要更改線路的傳統類比接收機。

    萬一沒有那麼幸運,你使用的是傳統的類比接收機,也就是使用可變電容做選台,那可就得多費心了,如圖 2 所示,可自行修改或添加線路,以便使用數位 / 類比轉換器進行選台,因為每種廠牌之間差異頗大,這裡就不談細節。你要記得 C1 及 C2 兩電容並聯的公式是 C=C1+C2。

    一般接收機透過天線要拾取的電台訊號,振幅是在微伏特 (uV) 水準。因此有必要隔離電腦可能產生的射頻干擾 (RFI),一般而言,使用同軸電纜來饋送訊號,並且讓天線離開個人電腦 5 公尺以上,應該不會有射頻干擾存在才對。


製作數位/類比轉換器

    參看圖 1,照圖施工就是了,數位 / 類比轉換器 IC,AD7224LD,它可以直接與個人電腦接用,不用再有任何的介面處理。

    整個線路可以裝在萬用線路板上。供給 AD7224LD 的 5 伏特參考電壓,來自 5 伏特穩壓 IC,LM78L05,它是小功率的黑豆型包裝,萬一不方便買到,用 7805 代替也可以。

    5OK 歐姆可變電阻是用來校正數位 / 類比轉換器的輸出,用它來調整 LM10 的增益,使輸出是 10 伏特。

    個人電腦並列埠與數位 / 類比轉換器之間的連線,可以買成品再加工,這會比買接頭、電纜來自行焊接製作更省錢省事。買來個人電腦用列表機連接線,除去接列表機的那一頭,保留接個人電腦的那一端,然後找出第 1 腳到第 9 腳及第 25 腳的接線,分別焊接在你製作的數位 / 類比轉換器就可以了。

    製作此數位 / 類比轉換器的線路板及零件擺放,請分別參看圖 3 及圖 4。

Fig 03 圖 3:供製作數位 / 類比轉換器的線路板。   Fig 04 圖 4:圖 3 的零件擺放示意圖。



軟體

    個人電腦除了提供可控制頻率大小的 8 爻的數字資料給數位 / 類比轉換器外,還要控制數位 / 類比轉換器的資料讀入腳 (WR),好讓數位 / 類比轉換器輸出相對應的電壓,所以程式裡頭要先把資料送到資料匯流排上,再送個控制訊號給數位 / 類比轉換器,來讀取資料。

    讀入資料後,數位 / 類比轉換器將保持著固定的輸出電壓,一直到有新的資料進來或電源消失為止,參看圖 5 及圖 6 是接用數位 / 類比轉換器並執此軟體的情形。


校正

    做好數位 / 類比轉換器後,接上個人電腦,執行程式,並輸入 255 這個數值給數位 / 類比轉換器,此時調整線路上 50K 歐姆電阻,使 LM10 的第 6 腳輸出電壓剛好是 10 伏特。大多數個人電腦的列表機並列埠位址是 888,執行程式後,如果沒有任何反應,可把位址 888 改成 956 或 890 試看看。


操作

    你可以直接輸入數值找電台或利用累計往上 / 下方式找電台,並把有電台占用的數值記下來,你要回到那些電台,可以直接輸入數值或直接按數字鍵所儲存的記憶頻道。你也可以利用軟體的掃描功能、或記憶掃描來選台。此軟體的功能非常簡單,一切命令都可從螢光幕上看到。


結論

    雖然只把電子選台稍加修改,也就是把傳統的變容二極體變加上可變電阻而已。但是把個人電腦應用進來可就不一樣了。我們可以說,加入了個人電腦後所有的功能都在你想像之中,例如記憶頻道、掃描、直接而正確地選台等。當然上面所介紹的只是很小的一個電腦化接收機系統。不過這些原理是放諸四海皆準的。有了經驗與心得之後,可以自行發展更大更完整的系統。這裡要提出說明的是,雖然此系統可以透過記憶功能,很精確快速地設定頻率或更換頻率,卻不能直接以數字輸入頻率。可以說是一項不小的遺憾。但是相信只要有心人 的努力,此項問題應可迎刃而解才是。例如你可以先找出幾個較出名的強電台訊號,以此做為指標,就能全盤掌握選台的工作。

    若是你有興趣做實驗,可以來信索取簡易的軟體,參看圖 5 及圖 6,這是很陽春的軟體,只可以做掃描及記憶頻道,並沒有把個人電腦的強大威力發揮出來,若要索取軟體,請附上空白磁片及回郵信封,有兩種版本,一為英文版,另一為中文版,其差別只有顯示及說明部份各採用中文及英文,操作功能完全相同,索取時,英文版請寫明 COMPURXE,中文版請寫明 COMPURXC,聯絡處參看本文刊頭。 END

Fig 05
圖 5:數位 / 類比轉換器加上軟體執行時的情形,功能雖然未必很成熟,但可以發現充滿遠景,那就是在你的想像力之中。

Fig 06
圖 6:數位 / 類比轉換器加上軟體執行時的另一種情形,有中文說明。



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