Telemetrie AMSAT-DL Journal


Frank Sperber, DL6DBN/AA9KJ

Phase-3 Telemetriedatenkonverter

Durch die Diskussion auf einer AMSAT-DL Mitgliederversammlung um die Datenformate der Telemetrieaussendungen des Phase 3-D Satelliten angeregt, habe ich meine alte, verstaubte AFREG-Dekoderplatine [1,2] wieder hervorgekramt. Mit dieser Platine lassen sich die synchronen 400 Bit/s Daten der Phase-3-Satellitenbaken demodulieren. Dieses Übertragungsformat liefert gegenüber den zeitversetzt gesendeten CW- und RTTY-Daten die meisten Informationen. Allerdings ist an die Stelle der ehemals vorgesehenen ATARI-800 und -130 Rechner inzwischen ein PC getreten, der die von der AFREG-Platine gelieferten Takt- und Datensignale nicht mehr direkt verarbeiten kann. So entstand der folgende Umsetzer des synchronen, seriellen Datenstroms in einen asynchronen mit V.24-Pegeln für den Anschluß an einen gewöhnlichen COM-Port.

Platinenphoto (19.0 kB)
Bild 1: Die Konverterplatine (links) huckepack auf der AFREG

 

Die Aufgabe

Die AFREG-Platine liefert am Pin 24 der 31 poligen Steckerleiste das zurückgewonnen Datensignal (T) und am Pin 12 den zugehörigen, synchronen Takt (Cl). Dieses noch differenziell kodierte NRZ-S Signal am Pin 24 muß zunächst in ein nichtdifferenzielles NRZ-L Signal umgewandelt werden, was durch eine Exklusiv-Oder Verknüpfung zweier aufeinanderfolgender Datenbits geschieht.

Da die von der Satellitenbake gesendeten Daten blockorientiert sind, gibt es eine bestimmte Bitfolge (HEX 3915ED30), die den Beginn eines neuen Datenblocks anzeigt und die Dekodierung synchronisiert. Diese Bitfolge muß als nächstes erkannt werden, was durch ein rückgekoppeltes Schieberegister oder einen simplen Bitmustervergleich geschehen kann.

Sobald ein Blockanfang erkannt wurde, sind die nachfolgenden 4096 Bits in Bytes zu 8 Bit umzugruppieren. Diese Bytes müssen in das asynchrone Format der V.24-Schnittstellen bei entsprechender Baudrate gewandelt und ausgegeben werden. Wenn die zwei Byte lange Prüfsumme mitübertragen werden soll, so sind 16 weitere Bits zu bearbeiten.

 

Die Lösung

Vor geraumer Zeit veröffentlichte Arno Hausmann im AMSAT-Journal [3] eine Schaltung, die genau diese Aufgabe erledigte. Leider habe ich es damals versäumt, sie aufzubauen. Heute ist das Kernstück, ein universeller parallel-seriell Wandler, nicht mehr erhältlich, und die Prüfsummenübertragung wurde damals noch nicht berücksichtigt. So habe ich mich auf meine eigenen Möglichkeiten für eine neue Lösung besonnen. Am Ende stand eine Datenkonverter auf Microcontrollerbasis. Diese Kombination aus Hard- und Software mag auf den ersten Blick etwas übertrieben erscheinen. Immerhin eröffnet sie die Möglichkeit, in Zukunft auf eventuelle Änderungen durch eine Softwareanpassung flexibel zu reagieren, oder die Hardware einestages bei Nichtgebrauch in einer anderen Aufgabe zu verwenden.

Die Schaltung gruppiert sich um einen Microcontroller des Typs 80C31, der inzwischen bei sehr vielen Bauteilelieferanten erhältlich ist. Die Software von nicht einmal 320 Bytes Länge findet in einem CMOS-EPROM Platz. Die Platine ist für die Typen 27C64, 27C128, 27C256 und 27C512 ausgelegt, wobei das Programm aber an unterschiedlichen Anfangsadressen einzubrennen ist (siehe HEX-Dump des Programms). Ein 8-Bit breites Register (74HCT573) speichert die unteren acht Adressbits zwischen, und ein Pegelwandler MAX232 oder kompatibler Typ wandelt die 5V-Signale auf RS-232/V.24 Niveau um.

 

Anschlüsse und Einstellmöglichkeiten

Die P3CONV-Platine verfügt über lediglich sechs Anschlüsse (J1), deren Lage dem Bestückungsplan entnommen werden kann. "GND" ist der Masseanschluß, der sowohl auf die AFREG-Platine, als auch zum PC-COM-Port und zur Betriebsspannung geführt werden muß. Dabei kann die Betriebsspannung (Ub) auch von der AFREG-Platine abgenommen werden, wenn deren Versorgungsspannung zwischen 9 und 15 Volt liegt. Die Anschlüsse "T" und "Clk" gehen an die entsprechenden Pins der AFREG-Platine (24, 12), während die Signale "Blk" und "TxD" zum COM-Port geführt werden.

Die TxD-Leitung führt zum RxD-Pin des seriellen COM-Ports. Dies ist der Anschluß 3 bei 25-poligen SUB-D Steckern, bzw. Anschluß 2 bei den 9-poligen Verbindungen. Das Signal zur Blockanzeige (Blk) kann je nach verwendeter Dekodiersoftware auf die Anschlüsse RI (22/9), DSR (6/6), DCD (8/1) oder CTS (5/8) gelegt werden. Außerdem ist das GND-Signal zu verlegen (7/5).

Allzuviel gibt es auf der Platine nicht einzustellen. Über drei Jumper kann eine Baudrate zwischen 600 und 19200 Bit/s für die Datenausgabe eingestellt werden (siehe Jumpertabelle). Die gängige Telemetriesoftware verwendet 1200 Bit/s. Für diese Baudrate können die drei Jumper alle gesteckt oder offen sein. Ein vierter Jumper wählt zwischen der reinen 512 Byte Ausgabe oder der 514 Byte Ausgabe mit Prüfsumme. Die Einstellungen können während des Betriebs geändert werden. Sie werden aber unter Umständen erst beim nächsten vollständigen Telemetriedatenblock wirksam.

 

Aufbau und Test

Für die Platinenbestückung gelten u.a. die üblichen Regeln im Umgang mit CMOS-Bauteilen. Achten Sie darauf, daß die ICs unterschiedliche Orientierungen auf der Platine haben. Dies ließ sich für eine einseitige Leiterbahnführung nicht vermeiden. Bevor die ICs in die Sockel gesteckt werden, sollte man die 5 V Spannung z.B. zwischen Pin 40 und 20 von IC 1 messen. Mit eingesteckten ICs lassen sich die RS-232 Pegel an IC 4 messen. Zwischen Pin 2 und 15 (GND) sollte eine positive Spannung zwischen 7 und 12 V gemessen werden. Zwischen Pin 6 und 15 eine etwa gleich hohe, negative Spannung.

Auch ohne die Konverterplatine an Funkgerät, AFREG und PC angeschlossen zu haben, lassen sich einige Funktionstests durchführen. Mit einem 80 m Kurzwellenempfänger kann man die Oszillatorfrequenz bei 3,6864 MHz abhören. Dazu bringt man einen Draht vom Antenneneingang des Empfängers in die Nähe des Quarzes. Wer einen Frequenzzähler sein eigen nennt, kann diese grundlegende Überprüfung des Microcontrollers auch an Pin 18 von IC 1 durchführen.

In die Konvertersoftware sind zwei weitere Tests integriert. Am Pin 7 von IC 1 kann bis zum Auftreten des ersten Clk-Impulses durch die AFREG-Platine eine Frequenz gemessen werden, die der eingestellten Baudrate entspricht. Dies gilt jedoch nur für Baudraten bis 2400 Bit/s. Darüber kommt die Software mit dem Zählen nicht mehr mit, und die Ausgabe dieses Meßsignals ist nicht mehr korrekt. Trotzdem läßt sich eine Frequenz deutlich über 0 Hz messen. Sobald der erste Clk-Impuls aufgetreten ist, muß dieses Testsignal an Pin 7 verschwinden. Einen Schritt weiter geht das Signal an Pin 8 von IC 1. Hier werden die am Platinenanschluß "T" anliegenden Daten mit dem nächsten H-L Übergang von "Clk" übernommen. Wenn sich die genannten Testergebnisse zeigen, und sich beim Programmieren des EPROMS keine Fehler eingeschlichen haben, ist die P3CONV-Schaltung in Ordnung und einsatzbereit.

 

Der Betrieb

Der Betrieb der AFREG-Platine wurde eingehend in [1,2] und einigen Folgeartikeln des AMSAT-DL Journals besprochen. Zusammen mit dem Datenkonverter ergeben sich keine Änderungen. Auf der P3CONV-Platine befindet sich die Anschlußmöglichkeit für eine Leuchtdiode. Sie zeigt an, daß gerade ein Datenblock übertragen wird. Sollte die LED wider Erwarten einmal Blinken, so ist es zu einem internen Datenüberlauf gekommen. Das heißt, die AFREG hat schneller Daten geliefert, als sie über die V.24 Schnittstelle ausgegeben werden konnten. Das sollte bei 400 Bit/s von der AFREG und mindestens 600 Bit/s zum PC jedoch nicht vorkommen. Falls es doch einmal passiert, so können Sie die nächst höhere Bitratte wählen und das System neu starten.

Um mit der beschriebenen Platinenkombination am PC auch etwas anfangen zu können, braucht man noch ein Programm zur Telemetrieauswertung und -anzeige. Das DOS-Programm P3C für AMSAT-OSCAR 13 gibt es schon seit einiger Zeit. Es stammt aus Australien von VK5AHI und VK5AGR. In seiner neuesten Version können nun auch der COM-Port und die Leitung für das Blk-Signal ausgewählt werden. Dieses Programm verwendet als Datenrate der seriellen Schnittstelle fest 1200 Bit/s. Die von AO-13 übermittelte Prüfsumme wird nicht ausgewertet, so daß die 512-Byte Blocklänge einzustellen ist. Neben der Echtzeitanzeige der Mitteilungsblöcke und Meßwerte können die Daten auch in eine Datei geschrieben und später wieder mit P3C angezeigt werden.

Außer dieses DOS-Programms, das auf der Telemetriediskette des AMSAT-DL Warenvertriebs erhältlich ist (Nr. 111), gibt es inzwischen auch ein Programm für Windows und eines von James Miller, G3RUH, für den in Großbritannien weit verbreiteten ACORN-Archimedes RISC-Computer.

 

Bezug

Leider sind meine Unterstützungsmöglichkeiten stark begrenzt, so daß ich weder Platinen noch gebrannte EPROMS zur Verfügung stellen kann. Wenn Sie selbst keine Möglichkeiten zum Ätzen oder Brennen haben, so finden sich doch meist im funkenden Bekanntenkreis YLs oder OMs, die über entsprechende Gerätschaften verfügen. Außerdem bieten viele Elektronikbastelläden z.B. das Ätzen von Platinen an.

Nach Auskunft des AMSAT-DL Warenvertriebs ist nur noch eine sehr geringe Stückzahl der AFREG-Platinen auf Lager, und eine Neuauflage ist derzeit nicht vorgesehen. Dieser Artikel richtet sich also eher an Funkfreundinnen und -freunde, die wie ich noch eine alte AFREG besitzen und mit einem neuen Rechner nutzen wollen. Für alle Einsteiger werde ich in einem weiteren Beitrag - Phase-3(C) Telemetrieempfang für Ein- und Umsteiger - eine Komplettlösung aus Demodulator und Datenkonverter von James Miller, G3RUH, und die Telemetriesoftware unter Windows vorstellen.

 

Literaturverweise

  1. Satelliten-Telemetrie-Interface für 400 bit/s, K. Meinzer, DJ4ZC, H. Mölleken, DL3AH und R. Verroen, AMSAT-DL Journal 2/86
  2. Abgleichanleitung der AFREG-Platine, Heinz Mölleken, DL3AH, AMSAT-DL Journal 3/86
  3. Codeconverter AFREG-RS-232, Arno Hausmann, DH4KAH, AMSAT-DL Journal 6/88 und 2/89


Anhang

Schaltplan des Datenkonverters

Schaltplan (24.5 kB)


P3CONV rev 1.2 - Stückliste

Teil     Wert       Bemerkung (Typ/Bauform)
---------------------------------------------------------------
IC1      80C31      CMOS-Microcontroller  
IC2      27C64      CMOS-EPROM
IC3      74HCT573   CMOS-Latch
IC4      MAX232     Pegelwandler
IC5      78L05      Spannungsregler
T1       BC237
D1       LED        2 oder 20 mA Typen (s.a. R2)
D2       1N4148
D3       1N4148
QU1      3.6864 MHz Quarz HC-18/U        
R1       8k2
R2       1k5/390    1k5 fuer 2mA LEDs, 390 fuer 20 mA LEDs
R3       10k
R4       10k
R5       10k
C1       33pF       RM 2,5
C2       33pF       RM 2,5
C3       10uF/16V   Elko oder Tantal, RM 2,5
C4       10uF/16V   Elko oder Tantal, RM 2,5
C5       10uF/16V   Elko oder Tantal, RM 2,5
C6       10uF/16V   Elko oder Tantal, RM 2,5
C7       10uF/16V   Elko oder Tantal, RM 2,5
C8       22uF/10V   Elko oder Tantal, RM 2,5
C9       100nF      RM 5
C10      100nF      RM 5
C11      100nF      RM 5
C12      10uF/16V   Elko oder Tantal, RM 2,5
J1       2x3 pol.   Pfostenstecker fuer Anschluesse
J2       4x2 Jumper Baudraten- und Blocklaengenwahl
         40 pol. IC-Sockel (für IC1)
         28 pol. IC-Sockel (für IC2)
         20 pol. IC-Sockel (für IC3)
         16 pol. IC-Sockel (für IC4)


Bestückungsplan

Bestückungsplan (10.6 kB)


Jumpertabelle (J2)

X = Jumper gesteckt
- = offen

IC 1 Pinnummer, J2 von oben nach unten

1  2  3  Bitrate Bit/s      4  Blocklaenge
----------------------      --------------
-  -  -   1200              -  514 Bytes
-  -  X    600              X  512 Bytes
-  X  -   1200
-  X  X   2400
X  -  -   4800
X  -  X   9600
X  X  -  19200
X  X  X   1200


P3CONV-Platinenlayout

Platinenlayout (19.0 kB)


HEX-Dump des EPROM-Inhalts

000: 02 00 4B C2 AF 02 00 F7 FF FF FF FF FF FF FF FF
010: FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF 02 01 2A 50 33
020: 43 4F 4E 56 20 31 2E 32 2C 20 28 63 29 20 44 4C
030: 36 44 42 4E 2F 41 4D 53 41 54 2D 44 4C 20 30 32
040: 27 39 35 F0 F8 FE E0 FF F0 FC F0 D2 B4 C2 B5 75
050: 81 28 D2 B1 75 90 FF D2 B2 D2 B3 75 21 00 75 22
060: 00 75 23 00 75 24 00 75 25 00 75 26 00 E5 90 54
070: 07 90 00 43 93 F5 8D 75 89 20 75 88 41 43 87 80
080: C2 00 75 A8 89 75 98 42 10 00 02 80 FB E5 23 B4
090: 39 F6 E5 24 B4 15 F1 E5 25 B4 ED EC E5 26 B4 30
0A0: E7 D2 B5 C2 B4 E5 90 54 07 90 00 43 93 F5 8D 78
0B0: 02 79 00 7A 08 10 00 02 80 FB DA F9 10 99 02 80
0C0: 28 85 26 99 D9 ED D8 E9 30 93 15 79 02 7A 08 10
0D0: 00 02 80 FB DA F9 10 99 02 80 0E 85 26 99 D9 ED
0E0: 30 99 FD C2 B5 D2 B4 80 9F D2 B4 AB F0 AC FF DC
0F0: FE DB FA B2 B5 80 F2 C0 E0 C0 D0 A2 B3 92 17 92
100: 97 E4 E5 22 65 21 85 22 21 A2 E7 E5 26 33 F5 26
110: E5 25 33 F5 25 E5 24 33 F5 24 E5 23 33 F5 23 C2
120: AB D2 00 D0 D0 D0 E0 D2 AF 32 D5 27 05 B2 96 75
130: 27 08 32 00 00 FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF

Ab nachfolgender Adresse in den jeweiligen EPROM-Typ
brennen:
27C64    0000 HEX
27C128   0000 HEX
27C256   4000 HEX
27C512   C000 HEX

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© AMSAT-DL/DL6DBN, Stand 06/1995
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