Emission - Réception RTTY

Cherchant un moyen plus original que l'utilisation d'un PC avec MTTY ou Fldigi, ou d'un Mac avec CocoaModem, nous avons trouvé ce projet concocté par JI3BNB, un OM japonais.
Le codage et décodage s'effectuent grâce à un montage à base d'Arduino, associé à un décodeur à filtres, incontournable avant l'apparition de la microinformatique.

     Le projet est scindé en deux parties, la partie µProcesseur et la partie décodage par transformation du signal BF en niveau TTL.
     Pour mémoire, le signal RTTY dans le domaine amateur se fait avec un shift de 170 Hz et deux fréquences BF de 2125 et 2295 Hz correspondant respectivement au Mark et au Space. Il est également possible d'utiliser le couple 1275-1445, plus adapté à la bande passante des filtres en réception. La vitesse de transmission est de 45,45 bauds avec codage sur 5 bits avec 1 bit de Start et 1,5 bit de Stop, ce qui correspond à des bits de 1/45,45 = 22ms.

Première partie : La carte microcontrôleur

C'est une adaptation du montage original de JI3BNB que l'on peut trouver sur le Web:
http://k183.bake-neko.net/ji3bnb/page13.html (chapitre enDECODER)

     En bref, cet ensemble à base d'Arduino, s'occupe du codage des signaux en partant d'un clavier classique (PS2) de PC et du décodage par une entrée TTL. Le signal RTTY disponible en sortie est sous deux formes, en TTL pour le Frequency Shift Keying et en BF deux tons pour l'AFSK. Les créneaux rectangulaires de la sortie son étant susceptibles de provoquer des signaux parasites au niveau du modulateur de l'émetteur, nous avons préféré utiliser un circuit intégré spécialisé, le XR2206. Pour une sécurité accrue, les commandes du transceiver (PTT et FSK) sont isolées par des opto-coupleurs.
     Les deux ajustables couvrent les fréquences basses ou hautes et un double inverseur, qui ne figure pas sur le schéma, permet d'inverser facilement mark et space.
     L'affichage en scrolling se fait sur un LCD rétro-éclairé de 4 lignes de 20 caractères. Par appui sur la touche "Escape" du clavier, on accède à l'envoi de messages pré-enregistrés, cette action étant signalée par une LED.
    En émission et en l'absence de frappe de caractères la carte envoie un signal "didle" (signal start Mark de 22ms envoyé toutes les 135ms) pour garder le synchronisme de la transmission. Cela correspond à la commande"lettre" non imprimable.

Signalons pour la petite histoire, que l'on peut aussi coder et décoder du RTTY avec une application sur iPhone !
https://itunes.apple.com/fr/app/irtty/id357007268?mt=8 par IW2NDH à 2,99 euros

SCHÉMA

CIRCUIT IMPRIMÉ
(Côté composants, cuivre en transparence)

PROGRAMMATION

Vous trouverez ici le fichier modifié qui correspond aux entrées-sorties que nous avons utilisées (inversion de 12 et 13), avec ajout d'un écran d'accueil et paramétrage pour un clavier AZERTY. Le reste est conforme au programme original disponible sur le site de l'auteur.
Pour le fonctionnement du programme, il y a trois librairies à télécharger. Les adresses sont données dans le sketch.

rtty_endecoder_.ino :

Deuxième partie : Les cartes décodage

Pour différencier les deux signaux Mark et Space distant de seulement 170 Hz, nous allons utiliser deux filtres centrés sur les fréquences Mark et Space. Après traitement du signal, le résultat est un niveau TTL de 0 V pour le Mark et + 5V pour le Space. Ce signal sera injecté dans le µcontrôleur pour affichage sur le LCD.

La chaîne de décodage est celle des réalisations des années 70. Bien entendu la partie filtre sera assurée par des amplis opérationnels et non des bobines de pupinisation de 88 mH comme c'était souvent le cas à l'époque.

Passons en revue les différents maillons :

- Le limiteur : C'est l'étage d'entrée qui a pour but d'écrêter le signal d'entrée. Le circuit AD711 est à son gain maximum puisque sans contre-réaction. Le signal d'entrée est alors transformé en un signal rectangulaire qui va attaquer l'étage suivant, le discriminateur.

- Le discriminateur : Composé d'un ensemble de quatre filtres dont deux sont accordés sur la même fréquence, son rôle est de séparer les signaux Mark et Space. Les sorties des filtres sont couplées et dirigées vers le filtre passe-bas. Les valeurs des composants du filtre ont été déterminées à l'aide du logiciel MFB filter de Elliott Sound Products (www.sound.au.com) et d'un calculateur en ligne (www.changpuak.ch/electronics/Narrow_Bandpass_2.php).

- Le filtre passe-bas : Sa fréquence de coupure de 27,3 Hz (théorique) est définie comme idéale pour le 45,45 Bauds.

- Le contrôle automatique de seuil : Ce dispositif place le point de passage entre Mark et Space à zéro volt et permet de s'affranchir de la disparition éventuelle d'un des deux signaux dans le QRM. Il permet aussi d'attaquer dans de bonnes conditions le circuit suivant.

- Le slicer : Permet de transformer le signal reçu du contrôleur de seuil en un signal au niveau TTL capable d'attaquer l'entrée de la carte décodage.

- L'anti-space : Ce circuit évite, dans une certaine mesure, l'affichage de caractères erratiques lorsqu'un signal Space est reçu pendant plus de 132 ms et le remplace automatiquement par un Mark.

- L'alimentation : Fournit du +/- 8 Volts car les amplis OP utilisés ne supportent pas plus de 16 Volts entre V+ et V-. Le 12 Volts alimente la carte du microcontrôleur.

     Les réglages se résument à l'équilibrage du limiteur d'entrée, à l'accord des filtres par les quatre ajustables avec un générateur BF et au réglage de l'anti-space si on a opté pour ce dispositif.
    Pour ce dernier, la technique est un peu spéciale mais facilitée par l'adoption d'un module autonome.
    Il faut injecter à l'entée E un signal rectangulaire au format TTL (5V) d'une fréquence entre 3,5 et 3,6 Hz et observer la sortie avec un oscilloscope. L'ajustable est à régler juste avant l'apparition de pics à +5 Volts.

SCHÉMA

(cliquez sur l'image pour l'agrandir)

CIRCUITS IMPRIMÉS (à titre d'exemple)
(Côté composants, cuivre en transparence)

Troisième partie : Les annexes

     Il s'agit de dispositifs permettant le calage en réception. La méthode la plus classique fait intervenir l'utilisation d'un tube cathodique pour visualiser une combinaison de l'amplitude des signaux Mark et Space. C'est la méthode de la croix.
     Pour simplifier les choses, on peut aussi utiliser des diodes LED sous forme de bargraph. Si la représentation des signaux et leur calage est moins évident que dans le cas précédent, il n'en reste pas moins que ce dispositif est assez efficace.
     Nous allons les décrire tous les deux.

OSCILLOSCOPE : Il ne comporte qu'une chaîne de résistances pour l'alimentation des électrodes du tube cathodique et deux amplificateurs qui attaquent les plaques de déviation. Hormis le choix du tube, la principale difficulté sera de trouver un ou des transformateurs pour fournir toutes les tensions nécessaires.

En sortie du premier filtre En sortie du deuxième filtre

Ce signal provient de la boite à RY décrite plus loin. On constate que le shift n'est pas exactement de 170 Hz. La première photo correspond sensiblement à ce que l'on obtenait avec les fameuses bobines 88 mH de pupinisation téléphonique
.

SCHÉMA (à titre indicatif)

Signalons qu'un OM à fait migrer ce type d'indicateur de centrage vers un système à base d'Arduino et d'écran TFT 1.8".
(https://code.google.com/p/crossed-bananas-display/)

BARGRAPH : Ce sont deux vu-mètres à 20 barres lumineuses attaquées par deux LM3914. Le centrage d'une réception RTTY est moins "parlant" qu'avec un tube cathodique, mais tout aussi efficace.

SCHÉMA

CIRCUITS IMPRIMÉS

BALISE

Cette balise génère un message que l'on peut modifier dans le programme (Arduino) et qui peut servir de test ou à tout autre usage. C'est à un XR2206 que revient la tâche de générer les deux fréquences sinusoïdales Mark et Space sans rupture de phase. Ce circuit n'est plus fabriqué par EXAR mais est encore disponible, le plus souvent sous forme de clone chinois.
Dans le logiciel, on trouvera toutes les indications sur la façon de modifier le texte à envoyer: rtty_balise. ino

SCHÉMA

CIRCUIT IMPRIMÉ

RY BOX : Pour terminer cette rubrique, voici un petit appareil qui génère alternativement les lettres R et Y et un retour chariot et avance papier tous les 64 caractères. C'est une réalisation qui date des années 70 et composée de pas moins de 13 circuits intégrés dont 11 en TTL. Elle a essentiellement servi au test et au réglage de téléscripteurs.

Voici à quoi ressemble le codage :

    Ceci mérite une petite explication qui date du temps où l'informatique n'avait pas encore remplacé ces belles machines mécaniques dites "télétype" du nom du premier fabricant (comme frigidaire, mobylette, delco, klaxon, etc.).
    En effet, les lettres R et Y sont complémentaires au niveau du codage et le fait de les envoyer l'une après l'autre permettait d'actionner tous les ensembles mécaniques alternativement à leur vitesse maximum. C'était un test de bonne marche de la machine, suivi éventuellement du traditionnel "The quick brown fox jumps over the lazy dog" qui comporte toutes les lettres de l'alphabet.
    Les agences de presse utilisaient le ZCZCZC pour démarrer ou terminer leur transmission. Là encore on a une alternance de bits, mais seulement sur les 1+5 et 2+3+4.
     Souvenirs, souvenirs...

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