è importante farci conoscere e comunicare ai giovani la nostra passione e poi, si sa, da cosa nasce cosa... Premessa. Il Progetto.

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1 La Radio nelle scuole, storia di un progetto portato a termine dalla Sezione ARI di Padova in collaborazione con l Istituto Tecnico Industriale F. Severi di Padova. è importante farci conoscere e comunicare ai giovani la nostra passione e poi, si sa, da cosa nasce cosa... Premessa. Già da diversi anni la nostra Sezione trova periodicamente ospitalità presso l Istituto Tecnico Industriale F. Severi, ad indirizzo Elettronica e Telecomunicazioni, per presentare le nostre attività e per parlare un po di noi. Questa volta però l iniziativa si è allargata e, discutendo con gli insegnanti, è nata l idea di un progetto congiunto. Il progetto doveva avere l obiettivo di integrare il programma didattico della scuola con esperienze pratiche nell ambito degli apparati di telecomunicazioni e Fig.1 Il test dell apparecchio finito dell utilizzo di dispositivi di ultima generazione. Il tutto andava pianificato tra dicembre 2003 e maggio 2004, scadenza ultima prima degli esami di fine corso. Il nostro socio Francesco (IK3OIL) ha proposto la realizzazione di un modulo sintetizzatore DDS controllato da un sistema a microprocessore. La proposta è stata recepita dal prof. Mitrotta che ha organizzato un gruppo di studenti della V a classe tra i quali sono stati distribuiti i compiti di realizzare gli stampati ed il software necessari. Il progetto ha impegnato i ragazzi, alcuni insegnanti e noi fino al mese di maggio 2004 quando, con estrema soddisfazione di tutti, è stato possibile vedere in funzione il prototipo e verificarne le ottime prestazioni, tanto da invogliarci a proporlo per la pubblicazione su Radio Rivista. A quanto pare l iniziativa avrà un seguito, l Istituto ci ha chiesto infatti la disponibilità per affrontare un nuovo progetto didattico nell anno scolastico , e magari potremo leggere poi il risultato su queste pagine. Il Progetto. Questa la scheda del progetto che abbiamo proposto all Istituto : Oggetto : Realizzazione di un generatore di segnale sinusoidale ad ampia copertura (da 0 a 60 MHz), impiegante un microprocessore DDS (Direct Digital Sintesys). Utilizzo : Strumentazione professionale, Controllo di sintonia in apparati per telecomuncazioni Caratteristiche Hardware : Il sistema è composto da due moduli : a) Il generatore DDS : realizzato in SMD, alloggia il microprocessore DDS (AD9851 BRS della Analog Device), la base dei tempi e il filtro LPF per la ricostruzione della forma d onda. Genera un segnale sinusoidale a basso livello (0 dbm) con frequenza variabile da 0 a 60 MHz e risoluzione massima di 1 Hz. Può essere controllato da un microprocessore esterno oppure da PC tramite porta parallela. b) Il modulo di controllo : realizzato su PCB convenzionale, utilizza un microprocessore PIC16F876 e prevede il collegamento ad :

2 1. un modulo LCD (Hitachi HD44780) che visualizza la frequenza generata e altri parametri di funzionamento (collegamento su 6 pin + alimentazione). 2. un encoder rotativo (collegamento su 2 pin + alimentazione) per il controllo della frequenza generata 3. una pulsantiera (1 input analogico + alimentazione) per il controllo delle funzioni del software 4. il modulo DDS in modalità seriale su tre fili Caratteristiche del Software : Il software per il microprocessore PIC16F876 deve contenere alcune funzioni di base, implementabili poi in funzione dello specifico utilizzo del dispositivo : 1. Impostazione della frequenza generata mediante encoder rotativo, la frequenza impostata viene memorizzata nella EEPROM allo spegnimento del dispositivo. 2. Impostazione, mediante encoder, di un offset di frequenza. La funzione viene attivata mediante apposito pulsante (IF OFFSET), l offset può essere positivo o negativo e viene memorizzato nella EEPROM all uscita dalla funzione. 3. Impostazione, mediante encoder, della frequenza usata per la base dei tempi del DDS. Questa funzione viene attivata mediante apposito pulsante (TIME Fig.2 montaggio del secondo prototipo BASE), la frequenza viene memorizzata nella EEPROM all uscita dalla funzione. 4. Impostazione, mediante encoder, dello step di incremento/decremento di frequenza in un range da 1 Hz a 1 MHz. Questa funzione viene attivata mediante apposito pulsante (STEP), il valore dello step viene memorizzato nella EEPROM all uscita dalla funzione. 5. Visualizzazione della frequenza (somma/differenza fra frequenza generata ed offset), del valore dello step e della funzione attivata su di un display alfanumerico da 2 righe x 16 caratteri. Contenuto Didattico : Conoscenza del funzionamento e delle tecniche di interfacciamento dei dispositivi DDS, nozioni di campionamento dei segnali, realizzazione e collaudo di filtri per radiofrequenza.

3 Il modulo DDS. Due allievi, Michele Cogo e Christian Tobaldo, hanno affrontato con entusiasmo la realizzazione di questo modulo, cimentandosi tra l altro per la prima volta con l impiego di componenti SMD, sia nella fase di progettazione ORCAD dello stampato, sia nella fase di montaggio, complicata dalle dimensioni impossibili del DDS. Il risultato è stato buono e sicuramente all altezza delle aspettative. Abbiamo utilizzato un DDS AD9851 della Analog Device con un clock di 30 MHz, attivando via software il moltiplicatore interno x6 si riesce a lavorare con un clock effettivo di 180 MHz. Lo schema è ricavato in gran parte dal datasheet del dispositivo, compreso il filtro ellittico per la ricostruzione della forma d onda, che ha il compito di tagliare le componenti di frequenza superiori ai 70 MHz. Mediante il ponticello JP si può attivare il comparatore interno, che consente di ottenere due uscite ad onda quadra in opposizione di fase (OUT1N, OUT1P). Un HCMOS 74HC14, usato come buffer, permette di realizzare l eventuale collegamento ad un PC remoto via porta parallela. Fig.3 il secondo prototipo in funzione

4 Il modulo PIC. La realizzazione di questo modulo è stata affidata ad altri due allievi, Federico Ciscato e Riccardo Spoladore che, sempre impiegando il software ORCAD, hanno sviluppato il circuito su una piastra di rame doppia faccia. Anche in questo caso il risultato è stato buono, e praticamente il tutto ha funzionato al primo colpo. La tastierina con i pulsanti è stata mantenuta separata, in modo da facilitare il posizionamento sul pannello di un eventuale contenitore. Abbiamo utilizzato un PIC16F876, la scelta è legata al fatto che questo microprocessore era già utilizzato presso la scuola per altri progetti didattici, era inoltre disponibile l ambiente di sviluppo Microchip e un idoneo hardware per la programmazione. Per gestire la pulsantiera abbiamo deciso di utilizzare un unico ingresso A/D del microprocessore, in questo modo si riduce il numero delle connessioni e si garantisce l eventuale espandibilità delle funzioni. Il controllo avviene tramite un encoder (ottico o meccanico), e per la visualizzazione abiamo impiegato un display LCD 2x16. Sulla schedina è stato previsto un connettore la programmazione e il debugging in-circuit. All accensione del dispositivo viene presentata sul display la scritta OFF, il sistema si attiva premendo il tasto ON/OFF, le varie funzioni vengono quindi richiamate premendo gli appositi pulsanti. Una nuova pressione del tasto ON/OFF provoca lo spegnimento del sistema e il salvataggio in EEPROM della frequenza corrente.

5 Il software. Questa è risultata alla fine la componente più impegnativa del progetto, ed ha richiesto un piccolo aiuto da parte nostra. Il contributo dei due allievi coinvolti in questa parte del progetto, Michele Caimotto e Giovanni Dalla Pietà, è stato comunque determinante, per verificare e testare accuratamente il funzionamento dei vari moduli software. Il flow generale del programma (riportato di seguito) è stato scomposto in varie routine di livello via via più basso, fino ai driver del display, della tastiera e del modulo DDS. MAIN PROGRAM per la gestione del DDS AD9851 INTERRUPT MAIN Set F_ENCO = Inizializza LCD Tasto TIME BASE? Gestione Tasto TIME BASE Encoder UP? Leggi EEPROM Frequenza iniziale IF offset Frequenza Clock Valore step Tasto STEP? Gestione Tasto STEP Set F_ENCO = UP -Display OFF -Set switch OFF Set F_ENCO = DOWN A Gestione Frequenza DDS Verifica Tasti RETURN Tasto OFF? Gestione Tasto OFF Switch OFF? Tasto IF OFFSET? Gestione Tasto IF OFFSET

6 La logica utilizzata è stata quella di gestire tutte le funzioni tramite specifici pulsanti. C è quindi un pulsante che attiva la funzione di impostazione del valore IF (IF OFFSET), uno che attiva l impostazione della frequenza di clock (TIME BASE), etc.., il valore da impostare viene poi modificato agendo sull encoder, mentre una seconda pressione del tasto consente di uscire dalla funzione. Per il calcolo del valore di fase, necessario per caricare il registro accumulatore del DDS, sono state sviluppate specifiche routine matematiche per la somma/sottrazione a 32 bit e per la divisione a 64 bit. Il tutto ha richiesto la scrittura di oltre 2000 righe di listato assembler. Il risultato è stato però soddisfacente, e la struttura modulare del programma si presta bene per future possibili implementazioni. Il software, che contiene tutte le funzioni di base previste dal progetto, è liberamente disponibile, in versione sorgente, sul sito di sezione (digilander.libero.it/aripadova). I circuiti stampati e gli schemi di montaggio. Come già detto, la progettazione, realizzazione e montaggio dei circuiti stampati è interamente opera dei ragazzi del gruppo, compresa la saldatura dei componenti SMD con passo 0,6 mm, cosa di non facile realizzazione. I circuiti sono stati prodotti con il software ORCAD, utilizzando poi una fresa di precisione comandata da PC (il sogno di tutti noi autocostruttori) per l incisione dello stampato. I files degli stampati, in formato ORCAD e WORD, sono disponibili a chi li richiedesse presso il sito di sezione. Per agevolare la riproduzione li pubblichiamo comunque qui in scala 1:1, facendo presente che si dovrà prestare un po di attenzione per completare i collegamenti di massa fra le due facce dei PCB. Il circuito stampato del modulo DDS (lato componenti) Il circuito stampato del modulo DDS (retro, visto in trasparenza)

7 Il circuito stampato del modulo PIC (lato componenti) Il circuito stampato del modulo PIC (retro, visto in trasparenza)

8 La disposizione dei componenti nei due moduli PIC e DDS