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CAT- und Soundkarten-Interface mit USB (für Kenwood-TRX)

Features:

Das vorhandene CAT-Interface für den KW-Transceiver gab unerwartet den Geist auf, ein triftiger Grund, etwas Neues zu entwickeln. Das neue Interface sollte auf der Höhe der Zeit mit USB-Schnittstelle ausgestattet sein. Ein Kauf kam gar nicht erst infrage, daher beschreibt der Beitrag ein Selbstbau-Interface für Kenwood-Funkgeräte, die über eine Schnittstelle des TRX (z. B. ACC-Buchse) per TTL-Pegel vom PC aus ferngesteuert werden.

Das Aufmacher-Foto zeigt das fertige Interface

Entwicklungsziel ist ein Interface, das Kenwood-Transceiver mit dem PC verbindet. Es soll zu allen bekannten Programmen wie Ham Radio Deluxe, MixW und allem anderen kompatibel sein. Da die seriellen Schnittstellen meist knapp sind und Notebooks ganz ohne RS-232 auskommen müssen, soll der Anschluss an den PC über USB (universal serial bus) erfolgen.

In der Vergangenheit hat sich die Kopplung zwischen Soundkarte und PC unter Verwendung von NF-Übertragern bewährt - so wurde das Konzept unverändert übernommen. Damit stehen dem Operator alle Soundkarten-Betriebsarten offen, genannt seien hier stellvertretend PSK31, PSK63, SSTV, Digitales SSTV, MFSK, RTTY, WSJT und viele andere. Nun mag man einwenden, dass gängige Programme nicht auf USB, sondern auf die herkömmliche RS-232-Schnittstelle basieren. Wie kann ein Programm mit USB zusammen arbeiten, wenn es dazu nicht gedacht ist, es gar zu einem Zeitpunkt programmiert wurde, als es gar kein USB gab? Für Windows und einige andere Betriebssysteme lautet die Lösung: ein Treiber. Der sorgt dafür, dass das Programm - beispielsweise unter Windows - eine serielle Schnittstelle "sieht". Der Treiber sorgt dafür, dass die Kommunikation mit den Programmen reibungslos funktioniert und die Daten über USB zum Ziel gelangen.

Dort, auf der Interface-Platine, sorgt ein integrierter Schaltkreis FT232BM für die Übersetzung der Daten von USB in die Signale der herkömmlichen seriellen Schnittstelle, jedoch in 5-V-Logik, also TTL (Erklärung siehe Kasten). Der Treiber ist speziell auf dieses IC zugeschnitten.

Wie oben erwähnt, ist das hier beschriebene Interface für alle Kenwood-Transceiver die richtige Wahl, wenn sie über eine serielle Schnittstelle auf Basis von TTL-Pegeln verfügen. Das trifft für viele KW-Transceiver zu. Beim TS-850 ist die Buchse auf der Rückseite des TRX mit ACC1 beschriftet.

Das Schaltbild

Wer bei Betrachtung des Schaltbilds meint "das habe ich schon einmal gesehen", hat nicht unrecht. In der funk 2/2005 wurde im Beitrag "USB nachrüsten" das hier verwendete USB-IC FT232BM vorgestellt und ein sehr ähnliches CAT-Interface, allerdings mit RS232-Schnittstelle, wurde in der funk 1/2003 beschrieben. Wer den letzteren Text nachlesen möchte, schaut auf der Homepage [1] unter "Ein CAT/PSK31-Interface für Kenwood-Transceiver" nach. Deshalb ist diese Schaltung eine Kombination der beiden zuvor genannten, mit einer Ausnahme: Um allen Ansprüchen gerecht zu werden, bietet dieses Interface über das DTR-Signal eine weitere Möglichkeit zur PTT-Steuerung. Bei Kenwood wird die PTT in der Regel über Befehle betätigt, also über die Leitungen TxD und RxD. Das ist auch hier möglich. Doch nicht alle Programme beherrschen Kenwood-Befehle. Mit der Steuerung per DTR (data terminal ready) ist man für alle Eventualitäten gewappnet.

Das Schaltbild zum Kenwood-Interface

Das Schaltbild ist dreigeteilt: USB-Anpassung, Soundkarten-Interface und galvanische Signaltrennung per Optokoppler.

Das Interface trennt die Masse des PC zum Schutz beider Geräte von der des Transceivers. Dazu dienen fünf Optokoppler, welche die vom USB-IC kommenden bzw. führenden Signale zum TRX über eine LED auf einen Fototransistor übertragen. Die konsequente Trennung der Massen zwischen Soundkarte und TRX wird zudem durch die NF-Übertrager gewährleistet. Jedem Übertrager ist ein Potentiometer zur leichten Pegeleinstellung zugeordnet. TR1 überträgt das vom Lautsprecherausgang des TRX kommende NF auf den LINE-IN-Eingang der Soundkarte. Hier kommt ein Windungsverhältnis von 1:1 zum Einsatz. Anders sieht es bei TR2 aus. Da der Mikrofoneingang des Funkgerätes sehr empfindlich ist - der LINE-OUT-Ausgang der Soundkarte jedoch viel "Dampf" liefert - ist hier ein NF-Übertrager mit dem Windungsverhältnis 10:1 empfehlenswert. Mit R14 regelt man die verbleibende NF auf einen geeigneten Pegel.

Um USB herum

Rund um das USB-IC vom Typ FT232BM findet man einen 6-MHz-Quarzresonator, einige Widerstände und Kondensatoren, sämtlich wie das USB-IC in SMD-Ausführung. Leider ist das IC nicht im DIL-Gehäuse lieferbar. Das EEPROM 93C46 und die beiden Widerstände R2 und R3 braucht man nicht bestücken, auch nicht die zahlreichen Testpunkte vor und hinter den Optokopplern. Flexibel ist man auch hinsichtlich der Steckverbindung zum Transceiver. Ganz nach eigenem Gusto lötet man die Kabel direkt an, setzt Lötstifte ein oder entscheidet sich für einen Steckverbinder im 5-mm-Raster (z. B. Schraubklemmen).

Das Foto zeigr das Platinenlayout

Das Layout der Leiterplatte misst 105x100 mm.

Die Audioanschlüsse zur Soundkarte und zum TRX hin sind für eine Stereo-Printbuchse für 3,5-mm-Klinkenstecker dimensioniert. Auch hier besteht die Wahl, die vorgesehene Buchse (Reichelt EBS 35) einzusetzen oder die Kabel direkt anzulöten. Beide Stereokanäle sind auf der Platine zusammen geführt. Wer das nicht mag, wetzt das Messer und trennt die entsprechenden Verbindungen auf der Leiterplatte auf.

Die Leiterplatte ist einseitig und wurde mit Taget 3001! V11 erstellt. Die originale Layoutdatei steht weiter unten zum Download bereit. Mit der 100-Pin-Demo, die man von www.ib-friedrich.com kostenlos laden kann, ist es möglich, die Platine einzulesen und eine Folie zu bedrucken. Eine 250-Pin-Version von Target gibt es auf der CD zum Amateurfunk-Sonderheft 2005. Wer die CD besitzt, sollte diese Version bevorzugen. Es geht auch ohne Target: Dafür sorgt eine PDF-Datei mit dem Layout der Platine, ebenfalls weiter unten zum kostenlosen Download. Wer die Platine nicht selbst herstellen mag, findet unten ein Angebot.

Lötkolben aufheizen

Die Platine liegt auf dem Tisch, nun geht es an das Bohren und Bestücken. Alle Bohrungen bitte mit 0,8 mm bohren, größere Löcher sind vor allem für die Übertrager (1 mm), die Potentiometer und die Klinkenbuchsen nötig. Es folgt die Bestückung der Drahtbrücken, dann das SMD-IC, schließlich die SMD-Widerstände und Kondensatoren. Wie erwähnt, kann das EEPROM und die beiden SMD-Widerstände in unmittelbarer Nähe von IC1 unbestückt bleiben. Es folgt das Einlöten des Quarz-Resonators und schließlich folgen die niedrigen bedrahteten Bauelemente und ganz zuletzt die hohen. Diese Reihenfolge sollte man ernst nehmen, das erleichtert die Lötarbeit erheblich.

Sind alle notwendigen SMD's auf der Leiterplatte und die USB-Buchse ebenso, kann ein erster Test erfolgen. Schließt man das Interface über ein handelsübliches USB-A-B-Kabel (USB-Typ A auf Typ B) an den PC an, meldet sich Windows mit einer neuen Hardware und fordert zur Installation des neuen Treibers auf. Falls Windows lediglich kurz den Mauscursor in eine Sanduhr verwandelt und weiter nichts geschieht, ist der Treiber bereits installiert und ein Blick in die Systemsteuerung im Gerätemanager gibt Auskunft, ob der neue virtuelle Com-Port in der Liste der Anschlüsse (Com und LPT) schon eingetragen ist. Falls nicht, lädt man den Treiber kostenfrei von der Website www.ftdichip.com.

Der bestückungsplan

Bestückungsplan und Anschlussbelegung.

Eventuell macht der Bezug der Ferritdrossel Schwierigkeiten. Als Minimallösung reicht es aus, einen Draht durch einen Ferritring zu schieben - fertig ist die provisorische Drossel. Dazu kann man Dämpfungsperlen, z. B. zwei Reichelt DFP 3,0 oder ähnliches verwenden. Wer gerade keinerlei Ferrit auf Lager hat, ersetzt die Drossel für erste Tests temporär durch einen Draht. Bevor die Platine in ein Gehäuse wandert, ein Wort zum Jumper im Bereich der DTR-Steuerung: Soll die PTT per DTR-Signal aktiviert werden, setzt man den Jumper, andernfalls lässt man ihn frei. Aus Sicht der Hardware kann man mit DTR auch völlig anderes als die PTT steuern, z. B. eine HF-Relais zur Umschaltung der Antenne, eine PA oder was auch immer. Die Software muss es nur unterstützen.

Das Foto zeigt die Lage des SMD-IC auf der Lötseite der Platine

Blick auf die Anordnung der SMD's auf der Platine.

Damit ist die Bestückung abgeschlossen und die Leiterplatte sollte in einem HF-dichten Gehäuse ein dauerhaftes Zuhause finden. Dazu eignet sich ein Weißblechgehäuse recht gut, da man es leicht verschließen und verlöten kann. Die Platine ist 105x100 mm groß und passt in ein Gehäuse von der Größe einer Europakarte. Die große Massefläche auf der Platine - sie ist mit der Masse des PC verbunden - verlötet man mit den Seitenwänden des Weißblechgehäuses. Ein letzter Tipp: Nie auf abgeschirmte Kabel verzichten - HF-Einstrahlung droht!

Beispiel: Anschluss des Interface an einen Kenwood TS-850 KW-Transceiver

Ein Beispiel: Anschluss an die ACC1-Buchse des TS-850.


Die Abb. zeigt die Konfiguration in dem Programm Ham Radio Deluxe

CAT-Einstellungen in Ham Radio Deluxe


Stückliste der wichtigsten Bauteile:

Bauteil Reichelt Bestell-Nr.
Ferritdrossel DFP 3,0
Optokoppler 4N28 oder 4N27 4N 27
NF-Übertrager 1:1 NFÜ 1:1
NF-Übertrager 1:10 NFÜ 1:10
Print-Klinkenbuchse EBS 35
USB-IC FT232BM
USB-Buchse Typ B (Print) USB BW
SMD-Resonator CSTCC 6,00
R14, R14 (Potis) 10k oder 20k RT 10-L 22k
R16, R17, 27 Ohm 1/4Watt 27

TTL-Pegel:

TTL bedeutet Transistor-Transistor-Logik und der TTL-Pegel (TTL level) ist der Spannungszustand für die logischen. Die erste Generation der TTL-Logikbausteine arbeitet mit 5V (High-Pegel = logische 1) und Null Volt (Low-Pegel = logisch 0). Zum Vergleich: RS-232 arbeitet mit -12V und +12V. Kenwood arbeitet mit inverser TTL-Logik, das heißt, die Bedeutung der Pegel high und low ist umgekehrt. Moderne Logikfamilien arbeiten mit 3,3 und 2,7 Volt. Die Ausgänge des hier verwendeten USB-IC FT232BM liefern TTL-Pegel.

RS-232-Pegel

Im Gegensatz zu TTL arbeitet die serielle Schnittstelle nach dem RS-232-Standard mit positivem und negativem Pegel. Diese sind für 10 bis 15 Volt und -10 bis -15 Volt definiert.

Die Abb. zeigt die Einstellung in MixW.

CAT- und PTT-Konfiguration bei MixW

Die Abb. zeigt die Einstellung in MixW für die RS232.

Details zur RS232-Einstellung bei MixW.


Download von Dateien zu diesem Projekt

In der Datei kenwood_usbcatpsk.zip sind Layout, Bestückungsplan und Schaltbild sowie Abbildungen enthalten.

Und hier geht es zum Download.


Platinen und Bausätze

Für dieses Projekt biete ich einen Bauteileservice an.


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Copyright Michael Wöste