emisora portatil fm estereo jose eliseo giraldo zuluaga universidad

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emisora portatil fm estereo jose eliseo giraldo zuluaga universidad
EMISORA PORTATIL FM ESTEREO
JOSE ELISEO GIRALDO ZULUAGA
UNIVERSIDAD DEL VALLE
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRÓNICA
PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRÓNICA
CALI
2001
EMISORA PORTÁTIL FM ESTEREO
JOSE ELISEO GIRALDO ZULUAGA
Trabajo de grado para optar el título de
Ingeniero electrónico
Director
ING. FABIO GUERRERO
UNIVERSIDAD DEL VALLE
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA
PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRONICA
CALI
2001
UNIVERSIDAD DEL VALLE
FACULTAD DE INGENIERIA
PROGRAMA DE PREGRADO EN NGENIERIA ELECTRÓNICA
AUTOR:
JOSE ELISEO GIRALDO ZULUAGA
TITULO:
EMISORA PORTÁTIL DE FM ESTEREO
FACULTAD:
INGENIERIA – EIEE
PROGRAMA:
INGENIERIA ELECTRÓNICA (3744)
DIRECTOR:
ING. FABIO GUERRERO
GRUPO DE
INVESTIGACIÓN:
AREA DE COMUNICACIONES
LINEA DE
INVESTIGACIÓN:
RADIODIFUSION, RF, FM
DESCRIPTORES:
PLL, EXCITADORES, MODULACON, GENERADOR DE
ESTEREO, FM, RF, AUDIO COMPUESTO, ANTENAS,
VCO OSCILADORES, MICROCONTROLADOR.
RESUMEN
Con la realización de este proyecto, se obtuvo una emisora portátil de FM
estéreo de baja potencia, portadora programable en la banda comercial de FM,
dotada de un microcontrolador y una interfase gráfica, para
monitorear y
controlar desde una computadora, algunas variables como voltaje, corriente,
potencia, frecuencia y encendido.
El equipo consta de dos módulos principales: El procesador de estéreo y el
procesador de RF. El módulo procesador de estéreo maneja todas las señales
de baja frecuencia, como los canales izquierdo (L) y derecho (D) que llegan
de estudios, y entrega en su salida una señal compuesta, o banda base con
los canales I+D, I-D y una portadora piloto de 19 Khz multiplexados en
frecuencia.
Los canales de audio pasan por filtros, compresores, redes de preénfasis y
recortadores, que limitan sus valores de amplitud y frecuencia, garantizando en
el transmisor una señal limpia, de alta calidad y una desviación máxima de
frecuencia
de
±75Khz, como lo determina la FCC (Comisión Federal de
Comunicaciones).
I
El modulo procesador de RF esta conformado básicamente por un oscilador
controlado por voltaje (VCO) que genera la señal de FM, un circuito sintetizador
y PLL que controla la frecuencia portadora, varias etapas buffer de salida que
aísla, filtra y amplifica la señal de FM antes de entregarla a la antena. y un
microcontrolador que gobierna la frecuencia de operación e interconecta el
sistema con una computadora. La interfase fue implementada en LAB VIEW,
que es un software de instrumentación virtual de la National Instruments, por
medio del cuál se obtuvo un entorno gráfico amigable, elegante y funcional.
Las pruebas en laboratorio mostraron una
señal
limpia de armónicos y
espurias, A pesar de ser un prototipo portátil y de baja potencia (un vatio),
cumple con los mínimos estándares técnicos de un equipo profesional. Para
lograr
potencias
mayores,
solamente
se
requiere
adicionar
etapas
amplificadoras de RF. Todo lo anterior, sumado al bajo costo de la inversión,
hace de este prototipo, una pequeña estación de FM estéreo apta para ser
instalada en barrios, comunas y colegios.
II
NOTA DE ACEPTACIÓN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
__________________________
Fabio Guerrero
Director tesis
__________________________
Carlos Rafael pinedo
Jurado
___________________________
Leandro Villa
Jurado
III
DEDICATORIA
A
mis padres,
faros inigualables que
orientaron mi buen camino, ejemplos que
me enseñaron el valor del esfuerzo y el
sacrificio.
A mi familia que nunca desfalleció en
brindarme su integral apoyo.
JOSE ELISEO
IV
AGRADECIMIENTOS
Porque el fruto es el resultado del esfuerzo mutuo de muchas energías,
expreso mis más sinceros agradecimientos a las siguientes personas:
Al ingeniero Fabio
Guerrero. Director de tesis y Director de la cátedra de
Comunicaciones, por su decidida ayuda. Apoyo permanente y paciencia.
A los
ingenieros Rodrigo Martinez y Asfur Barandica, Profesores de la
Universidad del Valle por su valiosa colaboración.
Al ingeniero Jorge Gallego, amigo incondicional y compañero de batalla.
A todos mis amigos: Victor Vélez, Donald Salazar, Juan José Grisales, Helmer
Solarte, Gabriel Vallejo, Susana Penilla, y muchísimos otros que no alcanzo a
mencionar, pero que siempre estuvieron conmigo, me dieron ánimo y apoyo
para sacar adelante este proyecto.
V
CONTENIDO
Pag
1.
INTRODUCCIÓN
13
2.
PRINCIPIOS Y CRITERIOS DE RADIO FM
16
2.1
LA SEÑAL DE RADIO
16
2.1.1 Modulación angular
19
2.1.2 Frecuencia modulada FM
20
2.1.3. Ancho de banda
25
2.1.4 FM estéreo
26
2.2.
28
CRITERIOS DE DISEÑO DE UNA ESTACION DE FM
2.2.1. Elección de la frecuencia
28
2.2.2. Estudios de producción
29
2.2.3. Procesamiento de audio
31
2.2.4. El transmisor
31
2.2.5. La antena
32
3.
CONSTRUCCIÓN DEL MODULO GENERADOR DE ESTEREO
36
3.1.
TARJETAS PROCESADORAS DE AUDIO
37
3.1.1. Red de preénfasis
38
3.1.2. Filtro pasabajos
40
VI
3.1.3. Circuitos compresores y limitadores
42
3.2.
44
TARJETA PROCESADORA DE ESTEREO
3.2.1. Red sumadora y restadora
44
3.2.2. Modulador balanceado
45
3.2.3. Oscilador local y divisor de frecuencia
47
3.2.4. Red sumadora final
47
3.3.
FUENTE DE ALIMENTACIÓN
48
3.4.
PRUEBAS Y PUESTA EN FUNCIONAMIENTO
49
4.
CONSTRUCCIÓN DEL MODULO TRANSMISOR
53
4.1.
ELECCIÓN DEL VCO
55
4.1.1. Diodo varicap
57
4.2.
59
PLL Y SINTONIZADOR DE FRECUENCIA
4.2.1. Preescalador y red divisora programable
59
4.2.2. Oscilador de referencia
62
4.2.3. Comparador de fase
63
4.3.
64
ETAPAS AMPLIFICADORAS DE RF
4.3.1. Amplificadores clase A
64
4.3.2. Amplificadores clase C
65
4.4.
RED MATCH Y FILTRO DE SALIDA
67
4.5.
LA ANTENA Y LINEA DE TRANSMISIÓN
68
4.6.
FUENTE DE ALIMENTACION
70
4.7
PRUEBAS Y PUESTA EN FUNCIONAMIENTO
71
4.7.1 Pruebas de sintonización
72
4.7.2. Pruebas de desviación de frecuencia
73
4.7.3. Pruebas de armónicos
74
VII
4.7.4. Pruebas de ancho de banda
76
4.7.5. Medición de potencia
76
4.7.6. Medición de potencia reflejada
77
5.
INTERFASE GRAFICA CON PC
79
5.1.
HARDWARE DE LA INTERFAZ
80
5.1.1. El microcontrolador PIC16F877
81
5.1.2 El entorno de desarrollo
82
5.1.3. El integrado MAX232
83
5.2.
PROGRAMA SERVIDOR
83
5.3.
PROGRAMA CLIENTE
87
5.3.1. LABVIEW
87
5.3.2. Estructura del programa
88
6.
CONCLUSIONES
89
7.
RECOMENDACIONES
92
8
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
95
9
BIBLIOGRAFIA
97
ANEXOS
99
VIII
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1
Señal modulante, AM y FM
17
Figura 2
Frecuencia variante con el tiempo
20
Figura 3
Gráfica de la función de Bessel. (Jm)
24
Figura 4
Espectro de frecuencia del cálculo de ancho de banda
26
Figura 5
Espectro de frecuencia de la señal banda base
27
Figura 6
Antena de media onda
33
Figura 7
Patrón de radiación bidireccional
33
Figura 8
Antena planotierra
34
Figura 9
Patrón omnidireccional en tres dimensiones.
34
Figura 10
Vista general del módulo generador de estéreo
36
Figura 11
Tarjetas procesadoras de audio y de estéreo
37
Figura 12
Diagrama de bloques tarjeta generadora de audio
37
Figura 13
Triángulo de ruido a) Sin preénfasis
38
Figura 14
Red de preénfasis
39
Figura 15
Curvas de atenuación preénfasis y deénfasis
39
Figura 16
Filtro pasabajos Sayen-Key
40
Figura 17
Diagrama de bode filtro pasa bajos
40
Figura 18
Gráfica de transferencia compresor
42
Figura 19
Diagrama de bloques procesador de estéreo
44
IX
b) Con preénfasis
Figura 20
a) Sumador b) Restador
45
Figura 21
a) Espectro. b) Modulador
46
Figura 22
a) Señal moduladora. b) Señal modulada.
46
Figura 23
Diagrama del circuito oscilador
47
Figura 24
Filtro LC y red de protección
48
Figura 25
Panel frontal del módulo generador de estéreo
50
Figura 26
Panel posterior del módulo generador de estéreo
50
Figura 27
Vista interior del módulo generador de estéreo
52
Figura 28
Vista general de emisora
53
Figura 29
Arquitectura del transmisor de FM
54
Figura 30
Oscilador controlado por voltaje (VCO)
56
Figura 31
Curva de la capacitancia del diodo varicap.
58
Figura 32
Preescalador y red divisora de frecuencia
60
Figura 33
Oscilador de precisión
62
Figura 34
a) Buffer
65
Figura 35
Amplificador clase C
66
Figura 36
a) Red match. b) Etapa de monitoreo
67
Figura 37
Antena planotierra de ¼
69
Figura 38
Circuito de regulación
70
Figura 39
Fuente de alimentación
70
Figura 40
Modulo transmisor de FM
71
Figura 41
Panel posterior del transmisor de FM
72
Figura 42
Carga Fantasma
72
Figura 43
Espectro de FM
74
Figura 44
a) Señal con armónicos
b) Amplificador clase A
b) Señal filtrada
X
75
Figura 45
Medidor de estacionarias
78
Figura 46
Diagrama de bloques de la tarjeta de control
80
Figura 47
Diagrama de pines PIC 16F877
81
Figura 48
Programa principal del PIC
84
Figura 49
Programa LabView
88
Figura 50
Construcción de las bobinas
93
Figura 51
Manipulación de componentes
93
XI
LISTA DE ANEXOS
Pag.
ANEXO A
Tabla de frecuencias
99
ANEXO B
Especificaciones técnicas
103
ANEXO C
Listado de partes
104
ANEXO D
Presupuesto
110
ANEXO E
Programa del microcontrolador
112
ANEXO F:
Diagrama del circuito PLL
120
ANEXO G
Diagrama electrónico del transmisor
121
ANEXO H
Arte del circuito impreso del transmisor
122
ANEXO J
Lado de componentes del circuito impreso
123
ANEXO K
Diagrama tarjeta procesadora de estéreo
124
ANEXO L
Diagrama tarjeta procesadora de audio
125
ANEXO M
Diagrama tarjeta de control
126
ANEXO N
Panel frontal y diagrama de bloques de la interfaz
127
ANEXO P
Data sheet Transistor 2N4427
128
ANEXO Q
Data shet 74ALS74
130
ANEXO R
Data sheet CD4016
132
ANEXO S
Data sheet CD4060
134
XII
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
13
1. INTRODUCCIÓN
Dentro de las nuevas políticas de descentralización del gobierno, se está
promoviendo la creación de estaciones de radio comunales de FM de baja
potencia, para ser operadas por comunidades organizadas sin ánimo de lucro,
como juntas de acción comunal, pequeños poblados, comunas
y colegios. La
potencia de operación de estas estaciones está por el orden de un vatio para los
colegios y hasta seis vatios para algunas comunas y poblados. La potencia, la
frecuencia y las demás condiciones de operación son fijadas por el Ministerio de
Comunicaciones, organismo gubernamental que regula el uso del espectro
electromagnético y que vigila el cumplimiento de las normas y estándares de
comunicaciones. Colombia se rige por las normas americanas de radiodifusión
fijadas por la FCC (Comisión Federal de Comunicaciones).
Buscando satisfacer la demanda de un nuevo mercado surgido a raíz de estas
nuevas políticas, nació la idea de trabajar en el desarrollo de un prototipo de bajo
costo, portátil y de alto desempeño que esté al alcance de estas comunidades,
que por lo general disponen de pocos recursos y no están en condiciones de
adquirir equipos sofisticados y costosos.
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
14
Se ha construido una pequeña emisora portátil de FM etéreo de baja potencia,
que pretende satisfacer el mercado en este campo de las comunidades como
pequeños poblados, comunas y colegios; ofreciendo un equipo con buena calidad
de sonido y un nivel mínimo de interferencia, que está a la par de estaciones
profesionales de radio. Se espera que este equipo sea de utilidad para medianas y
grandes radiodifusoras quienes lo podrán utilizar como sistema de respaldo y de
enlace en algunos casos de emergencia.
Lo novedoso de este diseño es la integración de hardware y software obteniéndose
un prototipo que se puede interconectar a una computadora personal, a través de
un puerto serial, con una interfase gráfica muy amigable y funcional, que permite
mostrar, el comportamiento de algunas variables y programar su frecuencia de
operación.
Con este proyecto se coloca la primera piedra para posibilitar el desarrollo de una
red de radiodifusoras interconectadas, donde en un futuro se podrá ejercer labores
de control monitoreo y supervisión, dentro de una red de gestión de
telecomunicaciones (TDM).
Por otra parte se pretende romper el paradigma entre los estudiantes de ingeniería
electrónica y afines quienes experimentan cierto temor por emprender proyectos
en el campo de radiofrecuencias, por considerar que estos son muy complicados,
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
15
costosos y que rara vez funcionan. Con este proyecto se ha mostrado que en la
Universidad del Valle si existen los recursos
técnicos y humanos que hacen
posible que éste y muchísimos proyectos mas aplicados en el campo de RF sean
una realidad.
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
16
2. PRINCIPIOS Y CRITERIOS DE RADIO FM
2.1.
LA SEÑAL DE RADIO
Una señal de radio es una onda electromagnética que viaja por el aire recorriendo
grandes distancias y llevando una información impresa sobre ella; al igual que
todas las señales, éstas tienen amplitud y frecuencia: La amplitud determina hasta
qué punto la señal está oscilando, o sea, el nivel o la fuerza, se puede medir en
Voltios (V) o Vatios (W). La frecuencia indica que tan rápido la señal está oscilando
de un extremo al otro, invirtiendo permanentemente su polaridad, este cambio es
medido en ciclos por segundo, su unidad es conocida como hertz.
Las señales de radio tambien son conocidas como señales de RF (Radio
frecuencia). Una señal de RF sin información se le llama Portadora, viaja por el
aire como un vehículo vacío; una señal de radio con informacion se le llama RF
modulada y equivale a un vehículo cargado que transporta alguna información que
puede ser datos, voz, música, video, etc. Las maneras mas usuales de imprimir
información en una portadora de RF son Modulación de Amplitud (AM) y
Modulación de Frecuencia (FM): En AM la amplitud de la portadora está
determinada en cada momento por la amplitud de la señal de audio o información
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
17
permaneciendo constante la frecuencia de la portadora. En FM la frecuencia de la
portadora está determinada en cada momento por la amplitud de la señal
moduladora, y la amplitud de la portadora permanece constante.
La figura 1
muestra la señal de información, portadora, AM y FM.
Figura 1: Señal modulante, FM, AM
Existe una extensa clasificación
de señales de radio de acuerdo al rango de
frecuencias. Por ejemplo, las frecuencias entre 30 MHz y 300 MHz forman la
banda de VHF, dentro de la cual está la banda de FM de radiodifusión comercial
en el rango de 88.0 MHz. a 108.0 MHz. Cada frecuencia tiene una longitud de
onda λ relacionada por la siguiente expresión:
λ=
Donde:
c
f
(2.1)
λ = Longitud de onda en metros
c = Velocidad de la luz = 3x 10 8 m/s.
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
18
f = Frecuencia de la onda en Hz.
Una onda de radio de FM con una frecuencia 100 MHz, tiene una longitud de tres
metros,
λ = 3 metros. La longitud de onda es utilizada en el cálculo de las
antenas y en las líneas de transmisión.
En cuanto a la modulación de FM, existen dos categorías: FM de banda ancha y
FM de banda angosta (NBFM). La diferencia entre éstas, se da en la máxima
desviación de frecuencia aceptable de la portadora cuando el transmisor se
modula totalmente.
Los radios de banda móvil usan NBFM con una desviación que puede alcanzar los
8 Khz. La
FM de banda ancha se utiliza para la radiodifusión comercial; su
desviación máxima normal es de ±75 Khz. La forma de controlar esta desviación,
es restringiendo el nivel de la señal moduladora o banda base en el transmisor
(TX), Si se utiliza una desviación muy alta, el espectro de frecuencia se extiende
produciendo interferencia y sobrepasando el límite de banda permitido y si por el
contrario se limita demasiado la desviación, en el receptor se percibe una señal
pobre, con bajo volumen y muy limitada en frecuencia, afectando su fidelidad.
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
19
2.1.1 Modulación angular
Una onda de radio se puede expresar por medio de una función senosoidal como
la mostrada en la ecuación 2.2.
φ (t ) = a(t ) cos[wc t + γ (t )]
Donde
(2.2)
φ (t ) = Función de onda de radio
a (t ) = Amplitud de la portadora
wc =
Frecuencia en radianes de la portadora
γ (t ) = Angulo o desviación instantánea de fase
Toda señal análoga de este tipo,
tiene tres propiedades que puede variar: la
amplitud ( a (t ) ), la frecuencia ( wc ) y la fase ( γ (t ) ). A la primera forma de variar se
le denomina modulación de amplitud AM y a las dos ultimas, modulación Angular
PM o simplemente modulación de FM.[2]
La modulación de frecuencia FM y la modulación de fase PM, son ambas formas
de modulación angular y se diferencian en cual de las dos características
(frecuencia o ángulo) varíe directamente con la señal modulante.
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
20
2.1.2 Frecuencia modulada FM
En la modulación de FM directa la frecuencia de la portadora varia
proporcionalmente con la amplitud de la señal modulante, ver Figura 2. También
existe el FM indirecto, el cual es obtenido a partir de un modulador de fase PM
mediante el uso de un integrador para la señal modulante.
Solo se hará énfasis
en el modulador de FM directa.[1]
Figura 2: Frecuencia variante con el tiempo
Los cambios de frecuencia en la portadora se llaman desviación de frecuencia, si
estos cambios son continuos, la onda resultante ya no es una frecuencia sencilla.
Se mostrará que la forma de onda resultante, abarca la frecuencia de la portadora
original (frecuencia de reposo) y un número infinito de pares de frecuencias
laterales desplazada a ambos lados de la portadora, por un número entero de la
frecuencia de la señal modulante.
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
21
La desviación instantánea de frecuencia, es el cambio instantáneo de fase de la
portadora y se define como la primera derivada con respecto al tiempo de la
desviación de fase instantánea, por lo tanto, la desviación de fase instantáneo es
la primera integral de la frecuencia instantánea φ (t ) . Ver ecuación 2.3
φ (t ) = ∫ γ , (t )dt
(2.3)
Para una señal modulante de la forma mostrada en la ecuación 2.4
v m (t ) = Vm cos[wm t ]
(2.4)
Se tiene:
[
]
φ (t ) = Vc cos wc t + ∫ KVm cos(wm t )
Donde
(2.5)
v m = Señal modulante
wc = Frecuencia angular de la señal modulante en radianes
wm = Frecuencia angular de la portadora en radianes
Vm = Amplitud máxima de la señal modulante
Vc = Amplitud máxima de la portadora
K = Constante de amplificación del modulador
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
22
Al resolver la integral se tiene la expresión de la ecuación 2.6
⎡
φ (t ) = Vc cos ⎢ wc t +
⎣
⎤
KVm
sen(wm t )⎥
wm
⎦
(2.6)
En forma general se puede escribir la expresión que se muestra en la ecuación 2.7
φ (t ) = Vm cos[wc t + m cos(wm t )]
(2.7)
La ecuación 2.7, m representa la máxima desviación de fase, en radianes, llamado
índice de modulación. Para una portadora modulada en frecuencia, el índice de
modulación es directamente proporcional a la amplitud de la señal modulante e
inversamente proporcional a su frecuencia como se muestra matemáticamente en
la ecuación 2.8 y 2.9.
m=
KVm
wm
El término
∆f =
KVm
2π
(2.8)
m=
KVm
2πf m
(2.9)
KVm
de la ecuación 2.9, es conocido como desviación de frecuencia ∆f
2π
(2.10)
Debido a que una señal modulante de frecuencia sencilla produce un número
infinito de pares de frecuencias laterales, el ancho de banda es infinito, sin
embargo, la mayoría de las frecuencias laterales son insignificantes en amplitud y
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
23
pueden ignorarse, permitiendo que en la practica se tenga un ancho de banda
finito.
En la ecuación 2.7, los componentes de frecuencias individuales que forman la
onda modulada no son obvios. Sin embargo, las identidades de la función de
Bassel están disponibles y se puede aplicar directamente a una función de este
tipo, como se muestra en la ecuación 2.11.
cos (α + m cos β ) =
π⎞
⎛
∑α J (m ) cos⎜⎝α + nβ + n 2 ⎟⎠
α
n=−
n
(2.11)
Aplicado a una señal de FM, se tiene:
φ (t ) = Vc
α
⎡
∑α J (m)cos⎢⎣w t + nw
n=−
n
c
m
t+
π⎤
2 ⎥⎦
(2.12)
Al expandir la sumatoria resulta una serie infinita de términos con frecuencias
laterales llamados armónicos, cada par desplazado de la frecuencia fundamental
es un múltiplo de la frecuencia modulante, así se forman bandas laterales de
primer orden, segundo orden, tercer orden, cuarto orden, etc.
fc ± fm ,
fc ± 2 fm ,
fc ± 3 fm ,
fc ± 4 fm ,
etc.... (1.13)
La magnitud de éstas frecuencias están determinados por los coeficientes J i . La
tabla 1, muestra las funciones Bassel de primer clase para varios valores de índice
de modulación. Note que a mayor índice de modulación, mayor es el número de
bandas laterales, el ancho de banda es función del índice de modulación.[1]
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
24
Tabla 1: función Basell
m
J0
J1
J2
J3
J4
J5
J6
J7
J8
J9
J10
J11
J12
J13
J14
0.01
0.25
0.5
1.0
1.5
2.0
2.4
2.5
3
4.0
5.0
6.0
0.7
0.8
9.0
10.0
1.00
0.98
0.94
0.77
0.51
0.22
0
-0.05
-0.26
-0.40
-0.18
0.15
0.03
0.17
-0.09
-0.25
0.12
0.24
0.44
0.56
0.58
0.52
0.50
0.34
-0.07
-0.33
-0.28
0
0.23
0.25
0.05
0.03
0.11
0.23
0.35
0.43
0.45
0.49
0.36
0.05
-0.24
-0.03
-0.11
0.14
0.25
0.02
0.06
0.13
0.20
0.22
0.31
0.43
0.36
0.11
-0.17
-0.29
-0.18
0.06
0.01
0.03
0.06
0.07
0.13
0.28
0.39
0.36
0.16
-0.10
-0.27
-0.22
0.02
0.02
0.O4
0.13
0.29
0.36
0.35
0.19
-0.06
-0.23
0.01
0.01
0.05
0.13
0.25
0.34
0.34
0.20
-0.01
0.02
0.05
0.13
0.23
0.32
0.33
0.22
0.02
0.06
0.13
0.22
0.31
0.32
0.02
0.06
0.13
0.21
0-29
0.02
0.06
0.12
0.21
0.03
0.06
0.12
0.03
0.06
0.01
0.03
0.01
Las frecuencias laterales con amplitudes menores al 1% (0.01) no son importantes
y por consiguiente no se tiene en cuenta. La Figura 3 muestra las curvas para las
amplitudes relativas de la portadora y varios conjuntos de frecuencias laterales.
Figura 3: Gráfica de la función de Bessel. (Jm)
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
25
2.1.3 Ancho de banda.
Para el cálculo del ancho de banda mínimo requerido para pasar las bandas
laterales significativas, que incluye aproximadamente el 98% de la potencia total de
la onda, se hace uso de la regla de Carsón, la cual aproxima el ancho de banda
de una onda de modulación angular, como el doble de la suma de la desviación de
frecuencia pico y la máxima frecuencia modulante [2], tal como se muestra en la
ecuación 2.14.
B = 2[∆f + f m (max ) ]
Donde:
(2.14)
∆f = Máxima desviación de frecuencia
f m (max ) = Frecuencia más alta de la señal modulante
En la radiodifusión comercial de FM, la Federal Communications Comisión (FCC)
de Estados Unidos, reglamentó el uso de frecuencias de portadoras espaciadas
por intervalos de 200 Khz, en la banda de 88-108 Mhz, y fija la desviación de
frecuencia pico en 75 Khz, este ancho permite la transmisión de material de audio
de alta fidelidad. Supóngase que se toma una frecuencia portadora de fc =100
Mhz y una frecuencia moduladora
f m =15 Khz (valor máximo típico para al
frecuencia de audio en la transmisión de FM).[2]. Haciendo uso de la regla de
Carson, se tiene:
B = 2(∆f + f m ) = 2(75000 + 15000 ) = 180
Khz
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
26
En lo que se refiere a transmisión de audio típico, usualmente los programas no
tienen tanto contenido en altas frecuencias. Para mantener restringido el ancho de
banda, se reduce la amplitud máxima de la señal modulante antes de entrar al
transmisor, a esta señal se le conoce como banda base o señal compuesta. Para
un índice de modulación m=5, se tiene el espectro mostrado en la figura 4, El valor
de los coeficiente es tomado de la tabla 1.
Figura 4: Espectro de frecuencia del calculo de ancho de banda
2.1.4. FM estéreo.
Para la transmisión en estéreo es necesario disponer de dos canales de audio:
canal derecho (D) y canal izquierdo (I). El ancho de banda de cada canal de
audio, es de 15 Khz, permitiendo abarcar la mayor parte de la banda audible.
Estos se multiplexan (empaquetan) antes de ser enviados al transmisor. Para este
fin, una red matricial genera dos señales: señal suma (I+D) y señal resta (I-D). La
señal suma no sufrirá cambio de frecuencia, mientras que la señal resta (I-D)
pasará por un proceso de desplazamiento de frecuencia, con un corrimiento de 38
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
27
Khz, obteniéndose una submodulación de AM con portadora suprimida, con sus
dos bandas laterales, tal como se ve en la figura 5. A este paquete se agrega una
portadora piloto (tono) de 19 Khz, necesaria en el proceso de demodulación en el
receptor. Como las señales anteriores ocupan un espectro de frecuencia diferente,
estas pasan a una red sumadora sin que se mezclen, es decir, se pueden volver a
separar, fenómeno este que ocurrirá en el receptor.[2]
Figura 5: Espectro de frecuencia de la señal banda base
El sistema Subsidiary Communications Authorization (SCA) permite a una estación
comercial de FM añadir otro canal de radio además del monofónico y el estero..
Las transmisiones SCA no incluyen anuncios comerciales y se dedican a
suscriptores que pagan una cuota, para música ambiental en fábricas, tiendas,
consultorios médicos, oficinas, aeropuertos, centros comerciales, etc.
El canal SCA usa FM de banda angosta, la frecuencia central de la subportadora
suele ajustarse a 67 Khz, sin exceder en ningún momento los 75 Khz. Hoy en día
el canal SCA tiene nuevos usos: Algunas estaciones modernas de FM utilizan este
canal para enviar datos sobre la programación, títulos, horarios, eventos y estado
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
28
del tiempo entre otros, información esta, que se puede visualizar en algunos
displays de los receptores modernos.
En la transmisión estéreo sin SCA, el 10% de la desviación pico máxima se usa
para la subportadora piloto de 19 Khz, dejando el 90% para dividir entre los
canales estéreo (l-R) y ( L+R), que en todo momento permanecerán balanceados,
cuando el uno tiene la amplitud máxima, el otro tiene amplitud mínima y viceversa.
En el Capitulo 3 se ofrece una explicación mas detallada, sobre el proceso de
multiplexación estéreo y generación de la señal banda base con sus respectivos
circuitos.
2.2.
CRITERIOS DE DISEÑO DE UNA ESTACION DE FM
2.2.1. Elección de la frecuencia
La primera acción es encontrar un espacio libre en el espectro, de tal manera que
no interfiera a otras estaciones, de esta tarea se ocupan los organismos
reguladores de telecomunicaciones, en el caso de nuestro país el Ministerio de
Comunicaciones, que es el ente administrador encargado de adjudicar los canales
y de fijar los parámetros legales y técnicos como frecuencias, potencia de
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
29
transmisión, patrón de radiación, ubicación y altura de la antena, entre otros. Hacer
uso del espectro electromagnético sin su debido permiso, es penalizable con
multas, decomiso de equipos y hasta cárcel.
Para la adjudicación de un canal para una estación de FM, se debe esperar a que
el Ministerio de Comunicaciones haga una convocatoria pública y en su momento
presentar una solicitud acompañada con un estudio técnico y financiero. Para el
caso de las emisoras comunitarias, estas sólo se adjudican a comunidades
organizadas sin ánimo de lucro,
bajo ciertas restricciones de orden técnico y
jurídico. Generalmente se autoriza el uso de equipos transmisores de baja potencia
que puede oscilar de 1 a 300 vatios.
2.2.2. Estudios de producción
En el estudio de producción se generan todas las señales de audio que alimenta el
transmisor.
Las señales procedentes de cada fuente como micrófonos, unidades de CD
caseteras, DVD, enlaces, etc. son mezcladas y ecualizadas en una consola de
producción, debiéndose tener extremo cuidado en no dejar degradar su calidad.
Una señal distorsionada es muy difícil de restaurar con técnicas analógicas, por lo
tanto, esta debe llegar muy limpia y sin distorsión a la etapa de transmisión.
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
30
Las paredes de la cabina de estudios deben estar provistas de un buen aislamiento
acústico y su superficie debe ser de un material que absorba el eco. Una solución
económica consiste en utilizar panales de huevos para recubrir las paredes de la
cabina del locutor, obteniéndose muy buenos resultados con una mínima inversión.
Para estudios profesionales se acostumbra insonorizar las paredes con
poliuretano. En su diseño se deben tener en cuenta los ángulos de inclinación de
las paredes, el acabado de las equinas y superficies; generalmente los pisos,
paredes y techos son tapizados y las lámparas utilizan balastas electrónicas, las
cuales se deben instalar en un sitio alejado de los estudios, para prevenir
inducciones que causan ruido (HUM), el cableado interno debe estar muy bien
blindado y las conexiones de audio se deben hacer en cable balanceado de 600Ω,
los equipos deben de estar bien aterrizados y protegidos.
El transporte de la señal de los estudios al transmisor, se hace por medio de un
enlace que puede ser cable físico, haciendo uso de redes balanceadas de 600
ohmios o cables coaxiales mas conocidos como línea 500, o por medio de un
transmisor auxiliar de baja potencia, usando antenas direccionales como la yagui
uda [3]. Todo esto porque en la mayoría de las veces el transmisor se instala en
las afueras de la ciudad, para evitar interferencias y para obtener una mejor
ubicación de la antena, mejorando así la eficiencia de la transmisión. En el caso
de las estaciones de baja potencia como la usadas en los colegios y pequeños
poblados, por simplicidad y economía se opta por instalar en el mismo lugar los
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
31
estudios y el transmisor. Un sitio muy típico en los pueblos para ubicar la antena
transmisora es la torre de la iglesia.
2.2.3
Procesamiento de audio
Antes de entregar la señal de audio al transmisor es necesario realizarle un
proceso de filtración, comprensión y empaquetado obteniéndose una única señal
de banda base (señal compuesta) limitada en frecuencia y en amplitud, a fin de
poder garantizar una desviación constante en el transmisor y hacer posible la
transmisión en estéreo En el capítulo tres se describe con detalle el
funcionamiento y la construcción de cada una de las etapas procesadoras de
audio para una estación de radio de FM.
2.2.4. El transmisor
A él llega la señal banda base y entrega en su salida una señal de radiofrecuencia
para ser irradiada por la antena. El transmisor también conocido como excitador o
modulador, es el encargado de generar la señal de FM.
El corazón del transmisor lo constituye un oscilador de alta frecuencia, cuya
frecuencia se desvía ante la acción de la señal moduladora (Banda Base), su
funcionamiento
está regulado por un circuito PLL (Phase Locked Loop) que
corrige cualquier corrimiento indeseado de frecuencia y permite programar de
manera digital la frecuencia de transmisión. En el capitulo cuatro se describe con
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
32
detalle el funcionamiento y la construcción de cada una de las etapas que
conforma el procesador de RF o transmisor.
2.2.5. La antena
Una antena se utiliza como la interfase entre un transmisor y el espacio libre o el
espacio libre y el receptor. Una línea de transmisión se utiliza solo para
interconectar eficientemente una antena con el transmisor o el receptor.
Una antena acopla energía de la salida de un transmisor a la atmósfera terrestre,
o de la atmósfera a un receptor. Una antena es un dispositivo recíproco pasivo,
porque en realidad, no puede amplificar una señal,
y recíproco porque las
características de transmisión y recepción de una antena son idénticas.
Existen muchas formas y diseño de antenas, cada una con características de
propagación y ganancia especificas [1]. El mismo sitio de transmisión afecta la
forma de radiación. Dependiendo del área que se tenga que cubrir se debe elegir
un patrón de radiación que por lo general puede ser bidireccional, omnidireccional,
o unidireccional.
La antena más simple para VHF es conocida como antena dipolo de media onda:
y ofrece un patrón de radiación bidireccional u omnidireccional según su ubicación.
Esta antena consiste en dos varillas metálica dispuestas como se muestra en la
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
33
figura 6, con un cable de alimentación que sale del centro, su longitud es la mitad
de la longitud de onda de la frecuencia de operación.
Figura 6: Antena de media onda
Un dipolo de media-onda usado verticalmente es omnidireccional, pero cuando se
usa horizontalmente tiene una en forma de ocho como muestra la figura 7.
Figura 7: Patrón de radiación bidireccional
Otro tipo de antena es la planotiera, la cual consta de 5 elementos: el elemento
central es el radiador de señal, mientras que los otros forman el plano tierra. En la
Figura 8. se muestra como los elementos son ensamblados en un chasis formado
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
34
por un conector BNC, el elemento radiador esta soldado al centro del conector
para ofrecer una buena resistencia mecánica.
Figura 8: Antena planotierra
Esta antena ofrece un patrón omnidireccional y una buena ganancia que se debe a
que irradia la mayor parte de la señal en el plano horizontal, es decir es, muy poca
la energía que se irradia hacia arriba. Su facilidad de construcción y su buen
desempeño, la han convertido en una de las más utilizadas en transmisión de VHF.
Figura 9: Patrón omnidireccional en tres dimensiones.
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
35
Otro aspecto para decidir es el tipo de polarización a utilizar, los principales son
horizontal y vertical. Simplificando, se
horizontalmente
dice que una antena instalada
produce radio ondas horizontales y así mismo una vertical
produce ondas de este mismo tipo; igual fenómeno ocurre en el receptor, donde la
polarización de la antena receptora debe coincidir con la antena transmisora para
obtener el máximo nivel de señal. Por ejemplo si la emisión está dirigida a
radioescuchas que se desplacen en vehículos, es preferible optar por una
polarización vertical.
La ubicación de la antena es decisiva. Esta se debe instalar en un lugar alto, que
ofrezca una buena vista hacia los lugares donde se desean irradiar, por cuanto las
ondas electromagnéticas de VHF presentan un comportamiento óptico, es decir,
las ondas de radio en esta frecuencia viajan aproximadamente en línea recta,
pudiendo encontrar obstáculos en su recorrido como edificaciones, montañas,
árboles, etc.
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
36
3. CONSTRUCCIÓN DEL MODULO GENERADOR DE ESTEREO
Para hacer posible la transmisión de audio estéreo y en alta calidad, es necesario
que los canales de audio sean procesados para obtener una señal empaquetada
compacta y limpia, la cual será aplicada al transmisor. Esta debe tener una
amplitud uniforme que generalmente corresponde a 775 mV rms (0dB) y su
frecuencia deberá estar limitada a 15 Khz, condición necesaria para obtener una
desviación constante que en ningún caso podrá exceder ±75 Khz.
Figura 10: Vista general del modulo generador de estéreo
Para lograr este propósito, se construyeron cuatro tarjetas con sus respectivos
circuitos como se muestra en la figura 11; estas son: dos tarjetas procesadoras de
audio, una tarjeta procesadora de estéreo y una fuente de alimentación
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
37
Figura 11: Tarjetas procesadoras de audio y de estéreo
3.1 TARJETAS PROCESADORAS DE AUDIO
Son dos tarjetas idénticas, cada una maneja un canal de audio (D e I) y están
conformadas por los siguientes circuitos básicos: una red de preénfasis, un filtro
pasabajos de segundo orden, un circuito compresor de audio y un circuito
limitador. Todos estos circuitos están conectados en cascada como se muestra
en la Figura 12. Seguidamente se hace una descripción de la función y la
construcción de cada etapa.
Figura 12: Diagrama de bloques tarjeta generadora de audio
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
38
3.1.1 Red de preénfasis
En el triángulo de ruido mostrado en figura 13, se observa que en FM se da una
distribución uniforme de ruido [1], pero cuando la señal se modula, el ruido también
genera desviación de frecuencia, porque hace parte de la señal moduladora y
desafortunadamente, se recupera en el receptor con mayor amplitud en las
frecuencias altas; esto sucede por cuanto la misma amplitud a frecuencia mayor,
produce mayor desviación de frecuencia
en la portadora. Recordemos que la
desviación de frecuencia depende de la amplitud y la frecuencia de la señal
moduladora.
Por todo lo anterior, las señales de información con niveles uniformes, tienen una
relación de señal ruido no uniforme. Para compensar esto, las componentes de
alta frecuencia de la señal moduladora son enfatizadas o aumentadas en amplitud,
debiéndose realizar un proceso contrario en el receptor (deénfasis), para que la
señal no se distorsione.
Figura 13: Triángulo de ruido a) Sin preénfasis
b) Con preénfasis
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
39
Esencialmente la red de preénfasis permite que las señales moduladoras de alta
frecuencia, modulen la portadora a un nivel mas alto y por lo tanto produzcan
mayor desviación de frecuencia, manteniendo una relación señal ruido uniforme.
Figura 14: Red de preénfasis
Una red de preénfasis es un filtro pasa-altos, es decir un diferenciador. En el
diagrama de la Figura 14, R3 y C2 conforman la red de preénfasis, esta
configuración fue implementada en las dos primeras tarjetas. La figura 15 ilustra el
efecto causado por la red de preénfasis y el resultado de la señal final en el
receptor, obsérvese que ésta llega con una amplitud constante, después de pasar
por el preénfasis en el transmisor y luego por el deénfasis en el receptor. La
frecuencia de corte (fc), donde el preénfasis empieza a actuar, es determinada por
la constante de tiempo. τ = R3 C 2 .
Figura 15: Curvas de atenuación preénfasis y deénfasis
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
40
Para el sistema americano de comunicaciones, a la banda FM comercial, se le ha
fijado una constante de tiempo
τ = 75 µs y una atenuación de –3bB, que
corresponde a una frecuencia de corte de 2.1 Khz.
wc =
Donde
1
τ
fc =
1
2πRC
(2.1)
τ = es la constante de tiempo y es igual a RC
f c = Frecuencia de corte en Hz.
wc = Frecuencia angular en radianes
El valor de la resistencia R3 y el condensador C2, se calcula de tal manera que
τ = R3 C 2 = 33x2,26 x 10 −6 ≅ 75 µs. Ver esquema de la Figura 14.
3.1.2 Filtro pasabajos
Con el fin de evitar que se produzca una sobremodulación e impedir que la
desviación exceda ±75 Khz, es necesaria la implementación de un filtro pasabajos
que se encargue de limitar las señales de audio. Para el caso del FM estéreo, es
necesario limitar cada canal de audio a 15 Khz; sonidos de frecuencias superiores
son prácticamente imperceptibles por el oído humano y causan problemas de
distorsión y sobremodulación, ya que podría ocurrir traslapamiento de frecuencias
en el espectro de banda base.
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
41
Figura 16: Filtro pasabajos Sayen-Key
En este proyecto, se utilizó un filtro pasabajos de segundo orden, conocido como
filtro de Sallen-Key, en honor a sus inventores originales [4].
La Figura 16,
muestra el diagrama correspondiente. Como se puede observar, la frecuencia de
corte se ha calculado con un valor ligeramente por debajo ya que la pendiente es
muy suave y se requiere una buena atenuación a frecuencias superiores a 15 Khz,
La Figura 17 muestra la curva de atenuación aproximada obtenida en pruebas de
laboratorio
Figura 17: Diagrama de bode filtro pasa bajos
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
42
A continuación se presentan los cálculos para los componentes resistivos y
capacitivos del filtro en cuestión. La expresión para la frecuencia de corte del filtro
es:
fo =
2π
Donde:
1
R 19 . R 20 .Ca .Cb
.
(2.2)
C a = C18 paralelo con C19 =220pf+220pf = 440pF
Cb = C 21 paralelo con C 22 =220pf+220pf = 440pF
R19 = 33 KΩ
R20 = 33 KΩ
Al sustituir los anteriores valores en 2.2, se tiene:
fc =
10 9
2π 440 x 440 x33 x33
= 10.967 x10 3 Hz
Se obtiene una frecuencia de corte de 10.96 Khz. Después de ésta frecuencia,
el filtro presenta una atenuación equivalente a –40 dB/década. La Figura 16
muestra el circuito electrónico implementado en este proyecto. En el mercado
existen filtros pasabajos de audio de estado sólido, pero su atenuación es muy
alta, bebido a que son elementos pasivos [5].
3.1.3 Circuitos compresores y limitadores
A parte de limitar las señales en frecuencia, también es necesaria limitarlas en
amplitud. Un compresor reduce el rango dinámico de la señal de salida, esto
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
43
significa que como la amplitud de la entrada varía por encima de un cierto rango,
la amplitud de la salida varía, pero en una proporción menor. El gráfico de la
Figura 18, muestra las características de comprensión con una relación 2.1. En
este caso, con cada cambio en la amplitud de la entrada, la salida cambia sólo
medio tanto. La línea punteada muestra una relación 1:1 (sin comprimir). Cuando
una señal es muy débil aumenta su ganancia y cuando la señal es muy fuerte, su
ganancia se diminuye, comportándose como un control automático de ganancia
(AGC).
Figura 18: Gráfica de transferencia compresor
Un limitador mantiene el nivel de salida constante recortando los niveles altos o
picos que generalmente es ruido.
Sonidos con niveles muy altos producen
desviaciones de frecuencias muy altas sobrepasando los valores permitidos y
excediendo los anchos de banda autorizados, por esta razón se requiere de
circuitos limitadores y compresores que garanticen un nivel adecuado de
desviación sin producir interferencias. El anexo L muestra el diagrama del circuito
completo de la tarjeta procesadora de audio y listado de materiales.
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
44
3.2 TARJETA PROCESADORA DE ESTEREO
La tercera tarjeta procesa ambos canales y genera la señal compuesta donde van
multiplexada la información del estéreo, es decir suministra la señal banda base
para el transmisor.. Esta tarjeta está conformada por los siguientes circuitos: Una
red matricial sumadora y restadora, un modulador balanceado, un oscilador local
de 38 Khz, un divisor de frecuencia y una red sumadora final encargada de
combinar las señales. La Figura 19 muestra el diagrama en bloques que conforma
toda la tarjeta procesadora de estéreo.
Figura 19: Diagrama de bloques procesador de estéreo
3.2.1
Red matricial sumadora y restadora
Mediante arreglos diseñados con amplificadores operacionales [4], se suman y se
restan los canales obteniéndose dos señales compuestas I+D e I–D. La señal
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
45
I+D conservará su frecuencia de audio, que en ningún caso podrá superar los 15
Khz. La señal I-D será modulada sobre una subportadora de 38 Khz, para que
ocupe una banda diferente en el espectro de banda base. La Figura 20, muestra
una configuración típica de circuitos sumadores y restadores implementada con
amplificadores operacionales.
Figura 20: a) Sumador b) Restador
3.2.2 Modulador balanceado
Para efectos de multiplexación, la señal I-D debe sufrir un desplazamiento de
frecuencia, esto equivale a realizar un proceso de modulación de AM (Amplitud
modulada) con portadora suprimida y doble banda lateral, para ello se requiere
un oscilador local de 38 Khz y un modulador balanceado. Al observar en un
analizador de espectro la señal modulada se aprecia un patrón similar al mostrado
en la Figura 21.a, en ésta se ve claramente las dos bandas laterales y la ausencia
de portadora.
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
46
Figura 21: a) Espectro. b) Modulador
La Figura 21.b ilustra el diagrama en bloque del modulador balanceado. En su
construcción se emplearon swiches análogos de estado sólido incorporados en el
circuito integrado CD4016, La portadora (38 Khz) sirve como señal de control
para que los suiches conmuten, es decir, ante cada transición de la onda
portadora los suiches se abren y se cierran provocando una mezcla de la señal
modulante (I-D) y la portadora (oscilador de 38 Khz). Cada ciclo de la señal I-D
queda fraccionado en 38.000 partes como se aprecia en la Figura 22b, por medio
de una onda en el dominio del tiempo.
a)
b)
Figura 22: a) Señal moduladora. b) Señal modulada.
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
47
3.2.3 Oscilador local y divisor de frecuencia
Es un oscilador local de alta precisión el cual esta implementado con un cristal de
4.864 MHz [6] y el circuito integrado CD4060 que sirve de oscilador y divisor por
64, entregando por el pin 6 una onda cuadrada de 76 Khz, la cual es dividida en
2, por medio de un flip flop para obtener la frecuencia de 38Khz que requiere el
modulador balanceado. Otro flip flop vuelve a dividir en 2 obteniéndose en el pin
14 una señal cuadrada de 19 Khz que sirve como portadora piloto, esta señal pasa
por una red de filtros pasabajos para convertirla en una onda senosoidal, la cuál
se suma en la etapa de salida. La Figura 23 muestra el diagrama de bloques.
Figura 23: Diagrama del circuito oscilador
3.2.4 Red sumadora final
Por último todas las señales deben agruparse en un solo paquete, esta labor la
realiza una red matricial sumadora implementada con un amplificador operacional
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
48
sumador; las señales a sumar son: I+D, I-D modulada, y portadora piloto de 19
Khz. Como se puede notar cada señal comparte una banda de frecuencia
diferente sin que se interfieran. De no ser así, ocurriría mezclas de canales y sería
prácticamente imposible su recuperación en el receptor.
3.3 FUENTE DE ALIMENTACIÓN
Se utilizó una fuente conmutada de 12 V a 1200 mA que ya viene armada y que
fabrica la empresa TECH, bajo el modelo AD 1200. Se escogió esta fuente por sus
excelentes características de regulación y filtrado, es pequeña, liviana, de bajo
costo, muy estable y presenta niveles de rizado mínimos.
La fuente de suministro es sin lugar a duda la parte de diseño de más cuidado en
etapas de audio, ya que esta se puede convertir en una fuente de ruido e
interferencia contaminando la señal moduladora.
Figura 24: Filtro LC y red de protección
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
49
Para anular las componentes de alta frecuencia y otras señales indeseables que
se introducen en la fuente de alimentación, fue necesario adicionar en la entrada
de alimentación un filtro LC, construidos con un par de ferritas en serie y tres
condensadores en paralelo de 0.1µF, 1.0 µF y 10µF. Como se ve en la figura 24.
3.4 PRUEBAS Y PUESTA EN FUNCIONAMINENTO
Se ensamblaron todos los circuitos electrónicos sobre tarjetas diseñadas en fibra
de vidrio; a su vez, todas estas tarjetas fueron instaladas en una caja metálica,
provista de blindajes adecuados, con el fin de eliminar al máximo la interferencia;
de igual manera, para el cableado entre las tarjetas se utilizó cable de 600 Ω, que
es la impedancia adecuada para interconectar módulos de audio; se aseguró que
todas las conexiones estuvieran bien soldadas, que no quedaran elementos
sueltos o haciendo mal contacto.
Al soldar los elementos sobre las tarjetas, se
tuvo en cuenta que los terminales de éstos quedaran lo más corto posibles; esto
con el fin de evitar capacitancias e inductancias parásitas.
El panel frontal del módulo quedo conformado por los siguientes elementos; dos
indicadores VU para la modulación de audio; dos leds que indican la saturación
del sonido y, un interruptor general de encendido. La Figura 25 muestra una
fotografía del panel frontal del equipo generador de estéreo.
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
50
Figura 25: Panel frontal del modulo generador de estéreo
La parte posterior consta de los siguientes elementos; tres conectores tipo RCA
hembra, dos para entrada de audio y uno para salida; un conector para batería y
por último, un fusible general de alimentación. Ver figura 26.
Figura 26: Panel posterior del modulo generador de estéreo
Luego del ensamblaje, se realizaron dos tipos de pruebas; una de respuesta en
frecuencia y otra de respuesta en amplitud. Para ambos casos se utilizó un
generador de señales.
La prueba de frecuencia se realiza de la siguiente manera: se aplica con el
generador de señales, una onda de amplitud constante igual a 775 mV rms, que
corresponden
a 0 dB (unidades de decibeles de audio), haciéndose variar la
frecuencia, se observa la respuesta en la salida, esto con el fin de verificar el
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
51
funcionamiento de los filtros pasabajos del modulo procesadores de audio. La
Figura 17 muestra una grafica de respuesta aproximada a la obtenida en el
laboratorio.
La prueba de audio consiste en inyectar una señal de frecuencia constante (por lo
general se usa 1Khz), variando la amplitud en el rango comprendido entre –12
dBu (170 mVrms), y 24 dBu (12 Vrms). El objeto de esta prueba es verificar el
rango dinámico del compresor; la señal de salida no debe presentar mayores
variaciones en su amplitud, ante cambios bruscos en la entrada. La gráfica de la
Figura 18, muestra la relación de ganancia entre la entrada y la salida.
Luego de estas pruebas se sigue con el procedimiento de ajuste. Se inicia con las
tarjetas procesadoras de audio, colocando Vr1 de ambas tarjetas en la posición
media (para cada tarjeta). Ver Figura 27.
Una vez energizado el circuito, se
conecta su salida al transmisor. Se aplica, una señal de audio de buena calidad,
proveniente de un reproductor de CD, o casetera, que disponga de un metro
indicador VU. Al encender el aparato, es necesario esperar unos cuantos
segundos mientras éste se reinicia, ya que hay que dar tiempo a que carguen los
condensadores que controlan la ganancia. Luego se activa la fuente de sonido, se
ajusta su volumen hasta que el medidor VU señale 0 dB; en estas condiciones, se
ajusta Vr1, de tal forma que el led segundo led LED2 de cada tarjeta de audio,
parpadeé en el momento que se apliquen 0 dB. Ver figura 27. Vr1 proporciona un
ajuste sensitivo para el circuito limitador. Ajustes bruscos a VR1 pueden causar
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
52
una gran reducción temporal de la ganancia. Si el audio aparece y desaparece,
hay que esperar unos segundos mientras el limitador se reinicia.
A continuación, se hace el ajuste para la tarjeta procesadora de estéreo. Primero,
se hacen las conexiones respectivas al transmisor, se energiza y se le aplica una
señal de audio a la entrada. Se llevan a la posición media los controles VrD y VrI
del codificador (figura 27) y VRx del transmisor. Se aplica una fuente de audio
estéreo de 0 dB. Seguidamente, se sintoniza en un radio FM en la frecuencia de la
portadora. La fuente de audio debe estar en este momento “al aire”. El indicador
de estéreo (piloto), debe estar encendido en el receptor de FM. Por último, se
experimenta con los ajustes de VrD y VrL hasta obtener los niveles correctos de
audio. Ver figura 27. Terminadas las pruebas se realizaron los acabados finales,
como asegurar bien las tarjetas, ordenar los cables, retoque de conexiones,
colocar amarras y tapar el equipo.
Figura 27: Vista interior del modulo generador de estéreo
Emisora portátil de FM estéreo – Universidad del Valle
53
3. CONSTRUCCIÓN DEL MODULO TRANSMISOR
Esta es la parte más compleja del sistema. El transmisor, también llamado
excitador, genera la señal de FM que se irradia en la antena y que se sintoniza en
los receptores. Esta es la etapa más elaborada y de más cuidado, ya que se
trabaja con altas frecuencia, lo cual hace sustancialmente más difícil el trabajo de
ingeniería.
Figura 28: Vista general de la emisora
El corazón del transmisor lo constituye un oscilador controlado por voltaje VCO
que recibe la señal de baja frecuencia (banda base), proveniente de los circuitos
estudiados en el capítulo anterior, y entrega en su salida una señal de RF en el
espectro de la banda de FM comercial. Este circuito como tal, ya es el transmisor,
pero requiere de otros circuitos adicionales que le permiten programar su
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54
frecuencia de operación, dar estabilidad, y potencia necesarias para que la señal
pueda ser irradiada por la antena con un nivel mínimo de interferencia y alto
grado de calidad.
Los circuitos adicionales a los cuales se hace referencia son: un sintetizador de
frecuencia controlado por PLL, oscilador de referencia, circuitos buffer y
aisladores, amplificadores de RF clase C, filtro pasabajos, redes match, y por
supuesto un microcontrolador para la interfase con un PC, la Figura 29 muestra la
arquitectura del transmisor.
Figura 29: Arquitectura del transmisor de FM
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4.1.
55
ELECCIÓN DEL VCO
Escoger el oscilador adecuado no fue tarea fácil, se probaron con varios prototipos
hasta encontrar el que mejor se ajustaba a las necesidades y la disponibilidad
de
recursos.
El principal problema que hubo que enfrentar fue la estabilidad, ya que se requería
un oscilador senoidal puro, cuya frecuencia permaneciera constante ante las
diferentes perturbaciones del medio, como temperatura, voltaje, campos externos,
humedad y envejecimiento, entre otros.
Pensar en un oscilador construido con cristal solucionaba el problema de la
estabilidad, pero se generaba un nuevo problema; ¿cómo modular? Ya que la
estabilidad misma no permitía el desvío de la frecuencia ante la presencia de la
señal moduladora, y aún mas, ¿cómo cambiar la frecuencia de operación
(portadora) cuando se requiriera?
La solución a todo esto se logró con un circuito controlador de frecuencia de fase
cerrada, mas comúnmente conocido con el nombre de PLL, que corrige
automáticamente cualquier desviación indeseada de la frecuencia mediante la
comparación que ejerce con un oscilador de cristal de alta precisión.
Solucionado el problema de estabilidad, la tarea se redujo a encontrar una
configuración adecuada que entregue un nivel de potencia constante, una señal
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56
senoidal muy pura, y que ofrezca facilidad para modular y cambiar su frecuencia.
Se probó con más de una decena de circuitos diferentes, construidos con
transistores bipolares, transistores unijuntura y circuitos integrados. A todos estos,
se les realizaron varias pruebas tales como respuesta de frecuencia, modulación,
estabilidad, armónicos, etc. Los mejores resultados se obtuvieron con arreglo de
dos osciladores conectados en contrafase que en su conjunto entregan en su
salida una frecuencia única y que satisface los requerimientos mínimos del diseño.
Figura 30: Oscilador controlado por voltaje (VCO)
El recuadro de las líneas punteadas de la Figura 30, encierra el circuito oscilador
y todo el conjunta conforma el oscilador controlado por voltaje (VCO). Note que la
señal de control es el resultado de la suma de la señal de error proveniente del
control de frecuencia (PLL) y la señal banda base (moduladora).
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57
Este VCO (oscilador controlado por voltaje), está conformado por dos osciladores
tipo Hardley conectados en contrafase. [4]. Cada oscilador funciona a la mitad de
la frecuencia de trabajo y juntos sus frecuencias se suman. Este arreglo es muy
favorable por cuanto se logra trabajar a la mitad de la frecuencia real, facilitando
su implementación, haciendo menos críticos los componentes y ajustes y
obteniéndose muy buen rendimiento. Otras configuraciones probadas pasaron la
prueba de calidad, pero no resultaba muy práctica su implementación, ya que se
dificultaba muestrear la señal de salida a la frecuencia de trabajo, necesaria para
la implementación del lazo cerrado (PLL). Con este arreglo se puede muestrear
directamente a la mitad de la frecuencia de trabajo (Fo/2), facilitando la
implementación de toda la circuitería del control automático de frecuencia.
4.1.1. Diodo Varicap
El diodo varicap es el dispositivo que hace posible la modulación, este al ser
conectado en forma inversa, genera en su interior una barrera de potencial que
crea un aislante o dieléctrico convirtiéndolo en un condensador variable, cuya
capacitancia depende de su voltaje de
polarización inverso
aplicado en su
juntura; en este caso, este voltaje es proporcionado por la señal de control [7], es
decir, la señal de control hace variar la capacitancia del diodo varicap provocando
desviación de la frecuencia del circuito oscilador.
Como se puede ver en la Figura 30, la sección de modulación está comandada
por dos diodos varicap polarizados inversamente, que forman parte del circuito
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58
tanque de los osciladores y por donde entra la señal moduladora. La frecuencia
de éstos es función de la inductancia de las bobinas y, de las capacitancias
formadas por los diodos varicap y el capacitor variable Cx, esta relación la muestra
la siguiente ecuación:
f=
1
2π L1 C1
donde C = C v . C f
L T = L1 + L2
(3.1)
Figura 31: Curva de la capacitancia del diodo varicap.
En resumen, las variaciones en el voltaje de la señal moduladora, producen
variaciones en la capacitancia y por consiguiente variaciones en la frecuencia, lo
cual se traduce en una señal de salida modulada en frecuencia. Como se puede
apreciar en la grafica de la Figura 31 un aumento de voltaje produce
una
disminución en la capacitancia, por lo cual cuando el nivel de la señal moduladora
aumenta, la frecuencia también aumenta y viceversa.
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4.2.
59
PLL Y SINTONIZADOR DE FRECUENCIA
Un sintetizador de frecuencia es un arreglo circuital que permite generar una gama
de frecuencias que el usuario puede escoger a voluntad, para este caso nos
estamos refiriendo a la banda comercial de FM que va desde 88.0 MHz hasta
108.0 MHz.
El circuito que se describe en este proyecto maneja un rango un
poco mayor, que va desde 85.0 MHz hasta 110 MHz en pasos de 100 Khz. La
programación de la frecuencia se puede hacer desde una computadora conectada
por un puerto serial al transmisor, o también se puede hacer desde un par de
pulsadores ubicados en el panel frontal. Este equipo se diseñó con un rango
mayor teniendo en cuenta que también podría ser usado como sistema de enlace
a estudios, caso en el cual no es aconsejable utilizar un canal de la banda de FM
comercial.
La implementación del sintetizador de frecuencia esta basada en un circuito de
lazo cerrado con una red de divisores programables de frecuencia, a partir de
circuitos TTL [8], un comparador de fase, un oscilador de referencia y por
supuesto el VCO, todo este conjunto forma un control automático de frecuencia,
mas comúnmente conocido como PLL.[9].
4.2.1. Preescalador y red divisora programable
Para ejercer el control de la frecuencia es necesario un lazo de realimentación que
cense la frecuencia de salida y la compare con una frecuencia de referencia de un
Emisora portátil de FM estéreo – Universidad del Valle
oscilador de alta precisión,
60
generándose un voltaje error que excita al VCO,
haciendo que este corrija la frecuencia de trabajo Fo. (Frecuencia de salida del
VCO).
Debido a que la frecuencia de salida Fo es muy alta, se debe tomar una muestra
por medio de un circuito divisor de frecuencia que entregue al sintetizador una
frecuencia proporcional, pero mucho más baja, para no exceder los límites de
velocidad de las familias lógicas (TTL, CMOS, etc). Al circuito que realiza este
trabajo se le llama PREESCALADOR.
Figura 32: Preescalador y red divisora de frecuencia
En la Figura 32, podemos observar el preescalador que alimenta a un conjunto de
divisores programables, los cuales dividen la señal hasta lograr una frecuencia fija
de 25 Khz.
El preescalador divide la señal por un factor constante P=4 y los
Emisora portátil de FM estéreo – Universidad del Valle
61
divisores por un factor N que varia según la programación, obteniéndose en la
salida del último divisor una frecuencia Fc, la cual entra al comparador de fase
junto con la frecuencia de referencia Fr generada por un oscilador de alta
precisión, la cual es de 25 Khz.
La misión del PLL es velar porque siempre las
dos entradas del comparador de fase tengan la misma frecuencia, es decir, Fc =
Fr = 25 Khz. Finalmente en la salida de los divisores “siempre” vamos a tener una
frecuencia constante Fc de 25 Khz.
Dado que la muestra de frecuencia se toma de uno de los osciladores, esta tendrá
una frecuencia Fo/2 (frecuencia de operación/2), recordar que la frecuencia de
operación es el resultado de la suma de la frecuencia de los dos osciladores
internos.
Fc =
F0
2P N
que equivale a : F0 = 2 N PFc = 4 NFc
(3.2)
La frecuencia en la salida del transmisor o frecuencia de operación Fo, es función
de una frecuencia constante Fc =25 Khz. y de los factores de división P y N. P
también es constante y solo se puede variar N, es decir, la frecuencia de salida es
función del valor del divisor programable de frecuencia. N, en otras palabras, este
circuito se comporta como un multiplicador de frecuencia: Fo = NFc = N 25 Khz
Del análisis anterior se concluye que teóricamente se puede obtener cualquier
frecuencia, simplemente variando el factor de división N.
Emisora portátil de FM estéreo – Universidad del Valle
N
62
es una cantidad que se puede programar de forma digital mediante una
combinación lógica de UNOS y CEROS, usando divisores o contadores, esto
permite que se pueda programar la frecuencia de operación (Fo) en forma digital,
permitiendo que el control se pueda hacer directamente por medio de un
microcontrolador o manualmente mediante dip switchs. El esquema del anexo F
muestra todos los circuitos que conforman el sintetizador de frecuencia o PLL.
4.2.2. Oscilador de referencia
Toda la precisión
y la estabilidad de la frecuencia del transmisor dependen
directamente del oscilador de referencia, el cual debe entregar una frecuencia
constante sin que sufra variaciones ante perturbaciones
como temperatura,
humedad, voltaje, campos externos, envejecimiento de los componentes y
desajustes. Un leve corrimiento en su frecuencia, implica un desajuste
considerable en la frecuencia de trabajo del transmisor, provocando que este
interfiera en otros canales con las consecuencias que ya nos podemos imaginar.
Figura 33: Oscilador de precisión
Emisora portátil de FM estéreo – Universidad del Valle
63
En su implementación se utilizó un cristal de 4,6 MHz y el circuito integrado
CD4060 que trae en su interior un oscilador y divisores de frecuencia, entregando
en su salida una señal cuadrada de 25 Khz, simétrica, muy estable y precisa En
la Figura 33 se observa el diagrama en bloques de las etapas del sistema
oscilador. El hecho de utilizar un cristal de alta frecuencia,
garantiza mayor
confiabilidad en el diseño. Los cristales de alta frecuencia son más pequeños y
tiene un corte más exacto.
4.2.3. Comparador de fase
El comparador de fase es un circuito multiplicador análogo o modulador
balanceado que proporciona en su salida una señal de dos componentes: una de
frecuencia Fc – Fr y otra de Fc + Fr, siendo Fc y Fr las frecuencias de las
señales aplicadas: Posteriormente se encuentra un filtro pasabajos que solo deja
pasar la componente diferencial, que es proporcional a la diferencia de fase. La
señal que se obtiene se llama voltaje de error y sirve para controlar el VCO.
Cuando la frecuencia Fc tiende a estar por debajo de la frecuencia de referencia
Fr =25 Khz, situación que equivale a estar disminuida la frecuencia del transmisor,
se genera en la salida un voltaje de error positivo, haciendo que la frecuencia de
trabajo o del transmisor aumente y caso contrario sucede cuando la frecuencia del
transmisor tiende a subir, Fc tiende a ser mayor que Fr = 25 Khz, generándose en
la salida del modulador un voltaje de error negativo que obliga al VCO disminuir su
frecuencia. Toda esta acción se repite hasta que el sistema entra en ENGANCHE,
Emisora portátil de FM estéreo – Universidad del Valle
64
es decir, el VCO se queda en una frecuencia estable, mas comúnmente conocida
como frecuencia de operación o frecuencia de transmisión. Por esta razón,
cualquier leve cambio en la frecuencia del VCO, es detectado por la bucla de
control y corregida de inmediato.
4.3.
ETAPAS AMPLIFICADORAS DE RF
La señal que se genera en el circuito VCO es de muy bajo nivel, por el orden de
los 50 mW, por lo cual es necesario elevar esta señal a un valor adecuado para
ser entregado a la antena. Por otra parte, debe existir un aislamiento con las
demás etapas, a fin de prevenir que estas afecten su frecuencia. Para este último
objetivo se utilizan circuitos buffer o separadores. En la Figura 34a, el transistor
TR5, forma un circuito aislador que entrega la señal de muestreo al preescalador.
4.3.1. Amplificadores clase A
La primera etapa amplificadora que sigue al VCO corresponde a una configuración
clase A [4], arreglo que es muy adecuado para las funciones que este circuito
debe realizar, las cuales son; aislar el oscilador de las demás etapas y levantar el
nivel de potencia al orden de 200 mW, presentando una ganancia aproximada de
6 dB. Esta configuración ofrece un rendimiento moderado pero un nivel de
distorsión mínimo. Su característica más importante es su alta impedancia de
entrada que permite un buen nivel de aislamiento entre el VCO y las etapas de
salida. La Figura 34b, muestra el amplificador clase A usado en este proyecto. El
elemento activo lo conforma el transistor 2N4427 que es un semiconductor
Emisora portátil de FM estéreo – Universidad del Valle
65
especializado para el manejo de señales de radiofrecuencia, apto para trabajar en
altas frecuencias, fácil de acoplar a redes match de 50 ohmios.
Los amplificadores clase A maneja el rango completo de señal permitiendo una
máxima excursión en ambos semiciclos, debido a que su punto de trabajo esta
ubicado en el centro, para ello es necesario que la base este polarizada con un
voltaje positivo en DC. La señal en su salida es una réplica muy exacta de la
señal en la entrada, por eso se consideran muy lineales.
Figura 34: a) Buffer
b) Amplificador clase A
4.3.2. Amplificadores clase C
La siguiente etapa de amplificación debe entregar una potencia por el orden de 1
W., equivalente a una ganancia de 7 dB. Para lograr este objetivo, se requiere
una configuración de alto rendimiento y que soporte la potencia a la salida.
Emisora portátil de FM estéreo – Universidad del Valle
66
Los amplificadores clase C se caracterizan por tener un rendimiento superior a los
amplificadores clase A, manejar señales de potencias mayores, con el
inconveniente de que generan muchos armónicos, ya que la señal sale
distorsionada a raíz de la operación misma de este tipo de amplificador [10] La
Figura 35 ilustra el arreglo del amplificador clase C utilizado en este proyecto, en
este caso, también se utilizó el transistor 2N4427. El transistor en este caso, es el
elemento más critico, cualquier transistor no funciona bien. No se recomienda
intentar con replazos, ya que la red podría no quedar bien acoplada y sintonizada.
.
Figura 35: Amplificador clase C
Un amplificador clase C se caracteriza por la ubicación en el origen del punto de
trabajo, condición esta que obliga a que la señal sólo pueda excursionar en el
rango del semiciclo positivo, recortando los semiciclos negativos. Esto sucede por
la falta de polarización positiva
en la base. La carga inductiva conectada al
colector del transistor, crea el efecto de volante mediante la carga y descarga de
la bobina y completando el semiciclo faltante. Para que esto se dé, la carga debe
Emisora portátil de FM estéreo – Universidad del Valle
67
estar muy bien sintonizada dentro de la banda de frecuencia en que opera el
amplificador. Por todo lo anterior, se explica la pérdida de linealidad de señal de
salida, hecho que no afecta en nada la señal de información pues esta va impresa
en la frecuencia y no en la amplitud.
4.4.
RED MATCH Y FILTRO DE SALIDA
Esta es la última etapa que antecede a la antena; como ya se mencionó, la señal
sale con un contenido alto de armónicos, debido a efectos de amplificación.
Dichos armónicos deben ser llevados a un nivel mínimo, para impedir que el
transmisor interfiera en otras bandas.
La red match de salida constituye un filtro pasabajos de tercer orden tipo π, con
una frecuencia de corte calculada para 150 MHz, de tal manera que a partir del
segundo armónico la señal sufra una atenuación considerable.
Figura 36: a) Red match. Etapa de monitoreo
Emisora portátil de FM estéreo – Universidad del Valle
68
La configuración para estos circuitos es un filtro tipo π de tercer orden, que ofrece
una atenuación de 60 dB/década, después de la frecuencia de corte. [10]. La
figura 36 ilustra la red match de 50 Ω, que conforma el filtro pasabajos de salida y
una etapa de monitoreo que indica la presencia de señal.
4.5.
LA ANTENA Y LINEA DE TRANSMISIÓN
En el capítulo 2 se mencionaron dos tipos muy importantes de antenas y su uso.
Para éste proyecto, se utilizó una antena omnidireccional tipo planotierra, la cual
ofrece una muy buena ganancia del orden de cuatro dB y un patrón de radiación
aproximadamente circular, lo que la hace muy útil para aplicaciones en
radiodifusoras de FM de baja potencia. Esta antena presenta un nivel de ondas
estacionarias muy bajo, alcanzando 1.3 unidades cuando se encuentra bien
ajustada. Su construcción es muy sencilla y económica. La Figura 37 muestra las
dimensiones y la disposición de los elementos.
Par su construcción se utilizó un tubo de aluminio con un diámetro 1/3 de pulgada,
el elemento radiador o elemento central tiene una longitud de 70 centímetros y
termina en la parte superior en forma telescópica, permitiendo una leve variación
de su longitud, para poder realizar ajustes y calibración de ondas estacionarias.
Los demás elementos se construyeron en tubo de aluminio con un diámetro de ¼
de pulgada, cada elemento está cortado a 75 centímetros de longitud, con un
doblez de 45 o a los 12 centímetros de la base. Todos los elementos se
Emisora portátil de FM estéreo – Universidad del Valle
69
aseguraron sobre una base de PVC que sirve de soporte y aislante entre el
elemento radiador y los demás elementos incluido el mástil que sostiene la antena
Figura 37: Antena planotierra de ¼
En cuanto a la línea de transmisión [11], se ha utilizado un cable coaxial RG58,
con una impedancia característica de 50 ohmios, la parte interna del cable se
conectó directamente al elemento radiador y la malla o blindaje se conecto a los
demás elementos que conforman el plano de tierra. Este tipo de cable utilizado es
muy económico y funciona bien para equipos de muy baja potencia. Cuando se
requiere aplicaciones con equipos de potencias mayores, se recomienda utilizar
en su lugar otros cables de diámetro superior con características de pérdidas muy
bajas, dieléctrico de muy buena calidad, un alto nivel de blindaje y que soporte la
intemperie, como por ejemplo el cable RG8.
Emisora portátil de FM estéreo – Universidad del Valle
4.6.
70
FUENTE DE ALIMENTACIÓN
Todo el sistema esta alimentado con una fuente de 13.8 V y su consume no
sobrepasa de medio amperio, sin embargo para garantizar una muy buena
regulación y bajo nivel de rizado se ha diseñado una fuente para un amperio. La
Figura 38 muestra el diagrama esquemático del circuito de regulación de 5V usado
en la etapa de PLL y tarjeta de control
Figura 38: Circuito de regulación
Esta fuente está construida con un transformador Magom de 1 amperio y 15
Voltios (T1), usa un regulador de voltaje de 12 voltios (IC1) y para obtener los 13.8
V, se ha colocado tres diodos (D1, D2, D3) en serie en el pin de referencia del
regulador como muestra la Figura 39;
la resistencia Rs sirve para censar la
corriente que consume el transmisor y su señal se entrega al microcontrolador a
través del punto de prueba Is.
Figura 39: Fuente de alimentación
Emisora portátil de FM estéreo – Universidad del Valle
71
El sistema completo incluido el transmisor y el generador de estéreo permiten ser
alimentados externamente con una fuente de 12 a 16 voltios, como por ejemplo
una batería de automóvil, dándole al equipo portabilidad, flexibilidad y respaldo.
4.7.
PRUEBAS Y PUESTA EN FUNCIONAMIENTO
Se ensamblaron todos los circuitos electrónicos sobre tarjetas diseñadas en fibra
de vidrio; a su vez, todas estas tarjetas fueron instaladas en una caja metálica,
provista de blindajes adecuados, con el fin de eliminar al máximo la interferencia.
En la caja se albergaron tres tarjetas a saber: tarjeta transmisora o excitador,
tarjeta de control y fuente de alimentación.
En el panel frontal se instaló un VU que muestra el porcentaje de modulación, un
display que muestra la frecuencia, tres leds que indican el enganche del PLL y la
existencia de potencia en la salida; cuenta también con dos pulsadores miniatura
para programar la frecuencia, y por último, el interruptor de encendido.
Figura 40: Modulo transmisor de FM
Emisora portátil de FM estéreo – Universidad del Valle
72
En la parte posterior del módulo, se encuentran instalados, un conector tipo RCA
hembra para la entrada de la señal de audio compuesta; un conector hembra tipo
SO239, para la conexión de la antena; un conector DB-9, que se usa para la
conexión con la computadora, a través del puerto RS-232; un conector para la
batería y, finalmente dos fusibles de alimentación general.
Figura 41: Panel posterior del transmisor de FM
4.7.1. Pruebas de sintonización
Luego de ensamblado el módulo y de haber rectificado cuidadosamente todas las
conexiones, se pasó a la parte de pruebas y calibración del mismo. Para iniciar
estas pruebas, se instaló una antena fantasma, la cual consiste en una resistencia
de 50 ohmios, que simula el comportamiento de una antena real, pero que no
irradia, previniendo así ocasionar interferencias y molestias a los vecinos.
Figura 42: Carga Fantasma
Emisora portátil de FM estéreo – Universidad del Valle
73
La primera prueba consiste en comprobar el funcionamiento del sintetizador de
frecuencia, para lo cual se utilizan inicialmente los dip switch para cambiar
manualmente la frecuencia de la portadora, haciendo uso de la tabla de
frecuencias que aparece en el anexo A. Por medio de un sintonizador digital, se
escogen varios puntos libres en la banda de FM y se programan los dip switch de
tal manera que la estación se sintonice en cada caso respectivamente. Para esto,
es necesario ajustar la frecuencia de reposo a un valor medio de la escala, de tal
manera que la portadora pueda excursionar hacia ambos lados. Una forma de
hacer esto, es moviendo con un destornillador de plástico el capacitor variable TX,
hasta que el led rojo comienza a parpadear por unos segundos, luego se apague y
prende el led verde, indicando que ha ocurrido un enganche; una vez realizado
este procedimiento, no es necesario volver a hacer este ajuste.
Por último, se retiran los dip swicths y se instalan las correas conectores de la
tarjeta de control y por medio de micro switchs o el computador se repite el
proceso, con la ventaja de que en este caso ya no se requiere usar tablas. En
todos los casos la frecuencia mostrada en el display, debe coincidir con la
sintonizada en el receptor.
4.7.2. Pruebas de desviación de frecuencia
El objetivo de este ajuste es obtener en el transmisor una desviación máxima de
±75 Khz, tal como lo exigen los estándares de comunicación. Para iniciar, se
lleva a la posición media el potenciómetro VR1 ubicado en la tarjeta del
Emisora portátil de FM estéreo – Universidad del Valle
74
modulador, que sirve para controlar el nivel de desviación de frecuencia, luego se
aplica la señal del generador estéreo con su respectiva fuente de audio, se
energiza el sistema y, se observa en el analizador de espectro la señal
transmitida, ajustando el potenciómetro en cuestión, hasta que en el analizador se
observe una gráfica similar a la mostrada en la Figura 43
.
Figura 43: Figuras: Espectro de FM
Si se sintoniza en un receptor, en él se debe escuchar una señal de alta calidad y
en estéreo, por consiguiente, se debe activar el piloto indicador de FM estéreo.
[12].
4.7.3. Pruebas de armónicos
El estado ideal de un equipo de transmisión es que solamente transmita en su
frecuencia de operación; pero en la práctica se presentan alinealidades que
introducen armónicos que causan interferencias en otras bandas. Para minimizar
este efecto, se debe realizar un cuidadoso ajuste de los filtros pasabajos (las
redes match) que acoplan las etapas amplificadoras.
En este caso se hace
Emisora portátil de FM estéreo – Universidad del Valle
75
mediante el uso del analizador de espectro, el cual se ajusta con un SPAN amplio
(del orden de 1 GHz.); en el espectrograma solamente debe apreciarse una línea
con suficiente amplitud que corresponda a la frecuencia fundamental y unas líneas
muy pequeñas, casi puntos, para las bandas múltiples; en caso de que estas
líneas no sean lo suficientemente pequeñas, se deben variar ligeramente las
longitudes de las bobinas (L4, L5 y L6), que están a la salida del transmisor y
sirven para ajustar la respuesta del filtro pasabajos. Este ajuste debe hacerse
reiterativamente, hasta lograrse una amplitud mínima en los armónicos y una
amplitud máxima en la fundamental. Hay que tener mucho cuidado de no tocar
estas bobinas directamente con la mano, ya que podría deteriorar el transistor de
salida y correr el riesgo de sufrir una fuerte descarga eléctrica.
Todos estos ajustes se deben realizar con una carga fantasma y en ningún
momento con la antena.
Es recomendable que al momento de manipular
cualquier elemento interno, se apague el transmisor. La Figura 44 muestra dos
señales: la Figura a muestra un espectro con un contenido alto de armónicos; la
Figura b presenta una señal que ha sido filtrada.
Figura 44:
a) Señal con armónicos
b) Señal filtrada
Emisora portátil de FM estéreo – Universidad del Valle
76
4.7.4. Pruebas de ancho de banda
Para esta prueba se hizo uso de un generador de audio, calibrado para generar
una señal de 15 Khz, la cual se aplica a ambos canales, con una amplitud de 0
dBu (775 mv rms).
Mediante el analizador de espectro se observan todos los componentes de las
bandas laterales, los cuales en ningún momento pueden exceder un ancho de
banda superior a 200 Khz, tal como muestran las Figuras 43 y 44.
4.7.5. Medición de potencia
Existen varios métodos para medir la potencia de salida del transmisor; dos de los
más conocidos son: por medición directa de voltaje y, por medición con vatímetro.
El primer método consiste en medir el voltaje en terminales de la antena fantasma
(resistencia de 50 ohmios), con un osciloscopio de alta frecuencia. Conociendo el
voltaje pico a pico, es posible establecer la potencia transmitida, mediante la
siguiente expresión.
2
⎛V ⎞
⎟
⎜
2
2
V
2 ⎠ Vp
⎝
P=
=
=
R
R
100
(3.3)
El segundo método consiste en utilizar un vatímetro de radio frecuencia, que se
conecta en serie con la carga fantasma, el cual muestra directamente la potencia
que está entregando el transmisor.
Emisora portátil de FM estéreo – Universidad del Valle
77
Nunca se debe conectar el transmisor sin carga, ya que la energía no se irradia
al medio, pero si se refleja hacia circuitos de salida deteriorando los transistores
de potencia. Se debe tener extremo cuidado en mantener bien apretado los
conectores, una conexión defectuosa puede ser muy perjudicial para el equipo y
conlleva a desacople de la impedancia y por ende afecta la transmisión.
4.7.6. Medición de potencia reflejada
No toda la potencia que genera el transmisor es irradiada por la antena; parte de
ésta es reflejada nuevamente al transmisor como consecuencia de que el acople
de impedancias entre el transmisor y la antena no es perfecto.
Para medir la energía reflejada se utiliza un medidor de ondas estacionarias ROE.
Una buena lectura debe estar por debajo de 1.5, el valor ideal es 1. Lecturas
mayores a 4 unidades, indican una situación anormal de acoplamiento [13]. Para
realizar esta medición, se debe instalar la antena real en serie con el medidor
ROE; luego se energiza el circuito, se ajusta el control de referencia del medidor y
se toma la lectura.
Para disminuir el nivel de estacionarias, se debe ajustar el elemento radiador de
la antena, variando ligeramente su longitud, como se puede ver en la Figura 37.
Se recomienda utilizar un cable alimentador de buena calidad; que no tenga
deformaciones o deterioros. Es necesario que este tenga la misma impedancia del
transmisor y la antena, por lo general es de 50 ohmios (impedancia característica).
Emisora portátil de FM estéreo – Universidad del Valle
78
Por otra parte la antena debe tener buena una altura, mínimo cinco veces la
longitud de onda. Su ubicación es muy importante, no debe quedar muy cerca de
otras antenas y debe estar totalmente libre de obstáculos.
Figura 45: Medidor de estacionarias
Por ultimo, terminados todos los ajustes, se hace una revisión final, se retocan
conexiones, se aprietan bien todos los tornillos y elementos sueltos, se amarran
con correitas plásticas los cables y se ordena todo. Nada debe quedar provisional.
Antes de tapar el equipo, cerciorase de que no quede en su interior herramientas
como destornilladores o algún elemento ajeno a los circuitos.
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
79
5. INTERFASE GRAFICA CON PC
Uno de los objetivos planteados para el proyecto consistió en la posibilidad de
monitorear y controlar algunas actividades de la emisora a través de un PC. De
esta manera se desarrolló un software que puede interactuar con el hardware del
sistema.
El software desarrollado, está compuesto por dos programas principales, los
cuales han sido llamados programa cliente y programa servidor, cada uno de los
cuales interactúa en un medio diferente; el primero en el PC y el segundo en el
equipo, estando ambos interconectados por medio de una interfaz de
comunicaciones, a través del puerto serial de la computadora.
Entre las tareas más importantes a realizar por el software, se destacan: el control
del sintetizador de frecuencia del equipo; encendido y apagado; monitoreo de
variables como la potencia de salida del transmisor, la corriente, el voltaje y la
modulación, así como un despliegue digital y análogo que muestra el valor de la
frecuencia programada.
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
80
5.1 HARDWARE DE LA INTERFAZ
Para hacer posible estas facilidades, se construyó una tarjeta de control, la cual
está basada en el microcontrolador PIC16F877; y consta un circuito manejador de
la interfaz RS232 que permite las comunicaciones con el PC, un sistema de
censado de las variables del transmisor como voltaje, corriente, potencia y
modulación, y un pequeño panel frontal que contiene un display luminoso de tres
dígitos y medio, un par de pulsadores, que permiten incrementar o decrementar la
frecuencia de la portadora, y un interruptor para encender y apagar la emisora. La
Figura 46, muestra el diagrama en bloques de la tarjeta de control, la cual esta
instalada en el gabinete que contiene el transmisor
Figura 46: Diagrama de bloques de la tarjeta de control
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81
5.1.1 El microcontrolador PIC16F877
La razón por la cual se escogió este microcontrolador fue, su facilidad de manejo,
disponibilidad de herramientas de desarrollo y, su arquitectura interna, que
satisfacía los requerimientos del diseño.
Entre sus características más importantes se encuentran:
•
Posee un conversor análogo digital de 10 bits y 8 canales multiplexados.
•
USART integrada para manejo de comunicación serial síncrona y
asíncrona.
Figura 47: Diagrama de pines PIC 16F877
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
•
82
Puertos que pueden ser programados independientemente como entradas
o salidas, distribuidos en 33 pines. El puerto A y el puerto e se puede
programar como entradas análogas.
•
Conjunto de 35 instrucciones fáciles de usar.
•
Memoria flash borrable eléctricamente.
•
Memoria EEPROM para el almacenamiento temporal de datos.
•
Amplio manejo de interrupciones.
•
Circuito de vigilancia (Watch Dog).
•
Velocidad de operación desde DC hasta 20 Mhz.
•
Cuatro timers internos.
De las anteriores características hay que resaltar dos muy importantes, la primera
es el hecho de poseer un conversor análogo a digital de 10 bits multiplexado en
ocho canales que le permite un fácil y rápido censado de variables análogas con
un mínimo de circuitería adicional y la segunda es la facilidad del manejo de la
comunicación serial a través de una USAR interna haciendo muy simple y eficaz la
interconexión con el PC.
Por otra parte hay que destacar su bajo costo, su
facilidad de manejo y su cómodo y asequible entorno de desarrollo.
5.1.2 El entorno de desarrollo
Para la edición y el ensamble de los programas del microcontrolador se usaron las
herramientas de edición, simulación y ensamble que ofrece Microchip a través de
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un paquete aplicativo llamado MPLAB y que se obtiene en forma gratuita en
internet [14].
Para la grabación del fitware se utilizó el programa EPICWIN y un quemador de
PIC de construcción artesanal, tanto el programa como el circuito fueron obtenidos
a través de Internet [15].
5.1.3 El integrado MAX232
La comunicación con el PC está soportada a través de la interfase serial RS232,
para ello se utilizó el circuito integrado MAX232, este dispositivo es el encargado
de convertir los niveles de voltaje propios de la interfase, a niveles lógicos TTL,
que son los requeridos por el PIC para su funcionamiento.[16],
5.2 PROGRAMA SERVIDOR
El programa servidor es el que gestiona todas las funciones dentro del
microcontrolador, permitiendo el funcionamiento de la tarjeta de control y la
interconexión con el PC.
El programa del microcontrolador está implementado así: un programa principal
que consistente en una gran bucla que realiza los llamados a las rutinas, y varias
rutinas de servicio que se encargan de explorar,
refrescar los puertos y de
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
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atender las solicitudes del programa principal. El siguiente algoritmo, ilustra la
estructura del programa principal.
Figura 48. Programa principal del PIC.
A continuación se explicará la función de cada una de las rutinas mencionadas.
•
Rutina iniciar: Se encarga de inicializar todos los datos de los registros del
PIC. Programa los puertos y define sus entradas o salidas, establece el
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modo de transmisión asíncrono, rata de baudios (9600 bps), configuración
del conversor análogo digital, definición de punteros.
•
Rutina encender: Consiste en una bucla que chequea permanentemente el
estado del interruptor de encendido; cuando éste está cerrado, sale de la
bucla, hace una lectura de la memoria EEPROM y, envía el código al
sintetizador de frecuencia con el dato que encuentre almacenado en la
memoria. Por otra parte, activa el relé de encendido, después de un
pequeño retardo y finalmente retorna.
•
Rutina recibir: Es una bucla que chequea el dato enviado por el PC. Si al
cabo de un tiempo no hubo transmisión, retorna. Almacena en un registro
de recepción el dato enviado desde el PC.
•
Rutina análogo: Chequea el código enviado por el PC y elige el canal
análogo a censar; hace un llamado a la subrutina de conversión y transmite
al PC el dato del canal censado.
•
Rutina enviar: chequea el dato enviado por el PC y envía a éste, el dato de
la frecuencia que está almacenado en el registro PLL, para su respectiva
visualización.
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
•
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Rutina actpll: Verifica los pulsadores de incremento y decremento, al igual
que las órdenes incrementar y decrementar que vienen del PC; según sea
el caso, incrementa o decrementa el registro PLL. Hace un llamado a una
rutina generadora de códigos para el sintetizador de frecuencia de la
emisora y, envía el código al puerto respectivo. Genera el código para la
visualización en el display, por medio de una rutina conversora de binario a
decimal.
•
Rutina display: Se encarga de refrescar los dígitos del display con los datos
generados en la rutina anterior. En cada llamado refresca un digito
diferente, generándose un barrido o multiplexado, que ocurre a alta
velocidad creando la sensación de que todos los dígitos están encendidos.
•
Rutina apagar: Chequea el estado del interruptor de encendido; si éste está
abierto, realiza las siguientes funciones: Salvar en la memoria EEPROM el
contenido del registro PLL, es decir, el dato de la frecuencia actual.
Desenergiza el relé de encendido y envía a la posición de reset el
microcontrolador. En caso de no haber orden de apagado, el programa
retorna y continúa su ejecución normal.
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
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5.3 PROGRAMA CLIENTE
El programa cliente es el encargado de interactuar directamente con el usuario,
constituyéndose en la interfaz gráfica que permite visualizar los datos en el PC, de
una forma amigable para el operador y sobre todo, muy fácil de usar.
Este programa está implementado en un paquete de instrumentación virtual de
National Instruments, llamado LABVIEW.
5.3.1 LABVIEW
Todo programa en LABVIEW está conformado por dos partes principales; el panel
frontal y, el diagrama de bloques.
El primero, constituye el tablero de control y visualización; es allí desde donde el
usuario puede operar cambios en el circuito, así como observar los instrumentos
virtuales que se han instalado. Ver la primera figura del anexo N
El diagrama de bloques, constituye los códigos de programación en forma gráfica,
o dicho de otra manera, “la circuitería virtual”. Este solamente debe estar
disponible para el programador, ya que el cambio en una conexión altera el
funcionamiento del instrumento virtual, alterando el programa. La segunda figura
de el anexo N, muestra una parte del código de programación gráfica.
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88
5.3.2 Estructura del programa
El siguiente algoritmo ilustra la estrategia que se siguió en la elaboración del
programa cliente. Cabe aclarar que cada instrucción en LABVIEW está
representada en forma gráfica, pudiéndose realizar asignaciones de valor,
iteraciones, toma de decisiones, etc, al igual que en un lenguaje de programación
basado en texto. [17].
Figura 49. Programa LabView.
89
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
6
•
CONCLUSIONES
En el producto de esta investigación aplicada se hizo acopio de nuevas
tecnologías y componentes, que adaptándose a las ya existentes
permitieron el desarrollo
y la construcción de un prototipo portátil de
emisora de FM estéreo de 1 Vatio, que se interconecta a través de una
interfaz gráfica de control
desde el PC y cumple con los estándares
técnicos de radiodifusión.
•
Se obtuvo un modelo práctico mediante la experimentación e investigación
en el manejo y adaptación de muchos circuitos propios y ya existentes,
tales como osciladores, moduladores, filtros, amplificadores, sintetizadores
y otros que son esenciales para todo sistema de comunicación.
•
Deja un precedente en la Universidad del Valle sobre el uso y manejo de
equipos
de
laboratorio
especializados
en
el
campo
de
las
telecomunicaciones, como el analizador de espectro, sintetizador de
señales y osciloscopios de alta frecuencia, que han sido subutilizados pero
que facilitan el desarrollo de futuros proyectos de este tipo.
90
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
•
Se hizo uso práctico del microcontrolador
PIC 16F877, y de las
herramientas de programación, que posibilitan
las labores de control e
interconexión con el PC; con la ventaja que éste es un dispositivo
asequible y de bajo costo,
fácil de manejar y con un entorno de
programación muy rico.
•
Con el diseño de la interfaz gráfica, se abren las posibilidades para que en
futuros proyectos, se trabaje en mejoras como: Implementación de una red
de emisoras controladas y monitoreadas desde una terminal (PC). Acceder
al control del sistema por medio de Internet. Ejercer diagnóstico y control de
la emisora desde la terminal PC. Utilizar el canal SCA para el envío de
datos de información y de control, que se generan en los equipos y en los
estudios de producción.
•
Con este proyecto se ofrece una solución eficaz y económica a un vació
tecnológico que se daba en las comunidades organizadas, carentes de
recursos para tener un medio de comunicación social propio, que abordara
sus particularidades culturales en perímetros reducidos, sin asumir riesgos
de calidad y de largos y costosos trámites de importación, además de
garantía en soporte técnico local. Con este aporte se permite la
accesibilidad de estas comunidades a una tecnología actualizada
ajustable a sus propias necesidades.
y
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Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
•
La portabilidad convierte al equipo en una excelente herramienta como
recurso técnico para cadenas radiales comerciales, para casos de
emergencias ante fallas del transmisor principal o temporadas de
mantenimiento, acoplándose con facilidad a las necesidades de frecuencia
de cada una de las emisoras que componen el sistema.
•
Con el diseño del producto final se obtuvo un sistema modular, tipo rack,
expandible de acuerdo a las necesidades de operación, que permiten la
adición de nuevos módulos como amplificadores de potencia, filtros
pasabajos, unidades de enlace, sistemas de respaldo, etc. que optimizan el
uso del espacio y la eficiencia del sistema.
•
Al desarrollar esta investigación aplicada se logró el enriquecimiento de
ideas para diseñar propuestas que cubrirían
otras necesidades ya
existentes y futuras en el mercado, como la utilización del canal SCA para
la transmisión de señales de control aplicables en otros sistemas,
transmisión digital y telemetría,
sistemas de sonorización, ayudas
didácticas, sistemas de enlace, sistemas de comunicación para atención y
prevención de desastres y muchos más.
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
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7. RECOMENDACIONES
•
En el diseño de los circuitos impresos se debe disponer de superficies
amplias para las masas y blindajes, hacer lo más corta posible la conexión
entre los puntos, evitar ángulos bruscos entre las pistas, Para altas
frecuencias se recomienda trabajar con componentes de montaje
superficial. Así se minimizan las inductancias y capacitancias parásitas
•
En frecuencias bajas, las inductancias y las capacitancias parásitas no
tienen mayor implicación, pero al trabajar con frecuencias altas, hace crítico
el manejo de los circuitos, los componentes son más difíciles de conseguir y
se requiere una mayor exactitud, por lo tanto, se deben evitar conexiones
demasiado largas que pueden ser vistas como un circuito abierto, debido al
efecto inductivo y pistas muy juntas o dieléctricos malos pueden ser vistos
como un corto debido al efecto capacitivo. Un aislante puede convertirse
en un conductor por efectos de capacitancia y un conductor puede
convertirse en un aislante por efecto de inductancia.
•
Los dispositivos que generen calor, como resistencias y transistores de
potencia, deben quedar debidamente alejados de los condensadores, para
evitar que su calentamiento sequen sus dieléctricos.
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
•
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Las bobinas deben quedar lo suficientemente separadas o enfrentadas en
ángulos de 90 grados, para contrarrestar los efectos de inductancia mutua.
Al enrollar las bobinas, debe hacerse como se muestra en la figura 50, de
otra manera las pistas de circuito impreso que queden debajo, son cortadas
por el campo magnético induciendo corrientes parásitas.
Figura 50: Construcción de las bobinas
•
Ser muy cuidadosos en la manipulación de semiconductores tipo CMOS;
evitando tocar sus terminales, utilizando un cautín aterrizado y no trabajar
con ropa de lana, exponer por poco tiempo el dispositivo al calor del cautín,
utilizar una manilla antiestática, mantener el circuito guardado en la cubierta
especial antiestática. Existen en el mercado herramientas especializadas
para la manipulación de estos elementos, como la que se muestra en la
figura 51.
Figura 51. Manipulación de componentes
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
•
94
Sobre la manipulación de los componentes de RF, se debe tener mucho
cuidado cuando se manejan niveles de potencia apreciables, ya que la
radio frecuencia puede ocasionar quemaduras y descargas eléctricas,
poniendo en peligro la integridad física del operario. En ningún momento, se
debe tocar directamente las salidas de señales como antenas, o manipular
las bobinas y elementos con la mano.
•
Para realizar ajustes se debe utilizar destornilladores de plástico
adecuados, porque los metálicos alteran las condiciones de funcionamiento
del sistema, haciendo que el ajuste sea impreciso y ponen en peligro los
componentes. Cuando se hagan ajustes en el transmisor se debe utilizar
una antena fantasma, a fin de evitar interferencias y, en ningún momento se
debe aplicar potencia al equipo sin antena.
•
Muchos de los circuitos que aparecen en el diseño se pueden simplificar
más, mediante el uso de circuitos integrados especiales. Esto no se realizó
debido a que en el mercado local es muy difícil su adquisición, pero es
recomendable que para futuros proyectos se agoten los esfuerzos para
trabajar con estos circuitos.
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
95
8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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1996.
[2]. STREMLER, F.G. Introducción a los sistemas de comunicación. AddisonWesley Iberoamericana. 1993.
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[4]. MALVINO, Albert paul. Principios de electrónica. Mc Graw Hill. 1989.
[5]. http://www.epanorama.net/
[6]. Saber Electrónica. Editorial América S.A. No. 19. Pág. 64.
[7]. Saber Electrónica. Editorial América S.A. No. 28. Pág. 76.
[8]. Electrónica práctica Resistor. Editorial América S.A. 1994. Nos. 3 y 7.
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[9]. Saber Electrónica. Editorial América S.A. No. 27. Pág. 48.
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1995.
[11].
MANDL,
Matthew.
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Marcombo. 1982.
[12]. TEKTRONIX, Spectrum Analyser, user Manual.
[13]. Manual de manejo del analizador de espectro,
[14]. www.microchip.com
[15]. www.melabs.com
[16]. www.maxim.com
[17]. Manuales del curso de LabView. Universidad del Valle.
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
97
9 BIBLIOGRAFÍA
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1997.
LIMANN, Otto. Fundamentos de radio. Editorial Marcombo. 1989.
ZBAR, Paul. Prácticas de electrónica. Editorial Marcombo. 1985.
Microchip. Embedded Control Handbook, vol. 1. 1993.
CAMPELL, Joe. Comunicaciones Serie. Amaya multimedia S.A. 1987.
LATHI, B. P. Ingeniería Electrónica vol. 4. Editorial Interamericana. 1986.
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•
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•
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•
http://www.mouser.com/
99
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
ANEXO A.
TABLA DE FRECUENCIAS DIP SWICH
DIP SWITCH (SW1 y SW2)
MHz
87.5
87.6
87.7
87.8
87.9
88.0
88.1
88.2
88.3
88.4
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92.1
92.2
92.3
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92.6
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Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
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98.7
98.8
98.9
99.0
99.1
99.2
99.3
99.4
99.5
99.6
99.7
99.8
99.9
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100.1
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100.4
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101.0
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101.6
101.7
101.8
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102.0
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103.0
103.1
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103.4
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103.8
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104.0
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102
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
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107.0
107.1
107.2
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107.6
107.7
107.8
107.9
108.0
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Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
103
ANEXO B: ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
Las especificaciones técnicas fueron tomadas en laboratorio mediante el uso del generador de señales, osciloscopio,
analizador de espectro y datashet de los circuitos integrados.
Procesador de audio
Nivel mínimo de entrada:
Entrada máxima:
Preénfasis:
Nivel de salida:
Respuesta en frecuencia:
Relación señal a ruido:
Distorsión:
Tiempo de respuesta:
Indicadores:
Alimentación:
Plugs de audio:
170 mVrms, -12 dB
12 Vrms, +24 dB
50 µs, 75 µs o ninguno
775 mVrms, 0 dB
30 Hz – 15 Khz. relativo al preénfasis
-80 dB
Menor que 0.2%
Menor a 1 ms
3 leds y un metro
11 – 16 V de DC regulado
Todos de tipo RCA
Procesador de estéreo
Alimentación:
Nivel de entrada de audio:
Razón señal a ruido de audio:
Respuesta de audio:
Distorsión de audio:
Sobremodulación cruzada:
Señal piloto de sintonía:
12 Voltios Dc
775 mVrms ajustables
mayor de 70 dB
30 Hz a 15 Khz. +/- 0.5 dB
mejor de 0.5% en 0 dBu
35 dB
19 Khz.
Transmisor excitador:
Suministro de potencia
Consumo de corriente
Potencia de salida
Nivel de entrada - línea de audio
Relación señal a ruido
Respuesta de audio
Señal piloto
Banda de transmisión
Desviación de frecuencia
Control de frecuencia
13.8 voltios DC
350 mA
1 W a 100Mhz.
775 mV ajustable
Mayor de 45 dB
+/- 0.5 dB (30 Hz. A 15 Khz.)
19 Khz.
FM: 88.0 Mhz a 108.0 Mhz
+- 75 Khz
Con microcontrolador y PLL
Interfase de usuario
Microcontrolador
Velocidad
Protocolo de comunicación
Resolución de conversión
Canales análogos
Tiempo de conversión
Velocidad De transmisión y recepción
Software
Compatibilidad
Sistema operativo
PIC16F877
10 Mhz
RS232
10 bits
8
20 µseg.
9600 baudios
Lab View ( National Instruments)
PC 486 o superior
Windows 95 o superior
Alimentación
5 V DC
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
ANEXO C: LISTADO DE PARTES
Transmisor FM 1W
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
R9
R10
R11
R12
R13
R14
R15
R16
R18
R19
R20
R21
R22
R23
R24
R25
R26
R27
R28
R29
R30
R31
R32
R33
R34
R35
R36
R37
R38
R39
R40
R41
R42
R43
R44
R45
R46
R47
R48
R49
R50
R51
R52
R53
R54
R55
R56
R57
47
27K
8.2K
10K
3.3K
100K
6.8K
3.3K
3.3K
120
120
68K
68K
22K
15K
330
22K
15K
150
330
150
22
6.8K
10
4.7K
33
150
1.5K
270
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1.5K
1.5K
1.5K
1.5K
1.5K
470
100K
1.5K
4.7K
1.5K
10K
22K
1.5K
5.6K
104
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
R58
R59
R60
R61
R62
R63
R64
R65
R66
R67
VR1
C1
C2
C3
C4
C5
C6
C7
C8
C9
C10
C11
C12
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C15
C16
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C55
C56
C57
C58
C59
12K
12K
47K
5.6K
2.2K
270
560
33
56
15
10K variable
100 pf
1800 pf
100 pf
10 electrolítico 16v
47 electrolítico 16v
68 pf
68 pf
22 pf
15 pf
1000 pf
1000 pf
15 pf
15 pf
22 pf
1000 pf
22 pf
1000 pf
1000 pf
0.01 uf
1000 pf
0.01 uf
1000 pf
220 electrolítico 16v
1000 pf
47 pf
47 electrolitico 16v
47 pf
100 pf
1000 pf
0.01 uf
1000 pf
0 pf
47 pf
22 pf
1.8 pf
.8 pf
1000 pf
0.1 uf
220 electrolitico 16v
0.01 uf
0.01 uf
0.01 uf
1000 pf
0.1 uf
0.1 uf
0.1 uf
0.1 uf
0.1 uf
0.1 uf
0.1 uf
1000 pf
100 pf
33 pf
0.22 uf
0.1 uf
0.01 uf
0.22 uf
0.0047 uf
0.01 uf
105
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
C60
C61
VC1
VC2
VC3
TR1
TR2
TR3
TR4
TR5
TR6
TR7
TR8
TR9
TR10
TR11
IC1
IC2
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D1
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ZD1
ZD2
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LED1
LED2
LED3
L1
L2
L3
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L5
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FB5
SKT1
SKT2
10
2
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220 uf
220 uf
40 pf
65 pf
65 pf
BC558
BF494
BF494
BF494
BF494
2N4427
2N4427
BC548
BC558
BC548
BC548
74ALS74
74LS193
74LS193
74LS193
74LS76
74LS86
4060B
7805
1N4001
1N4148
1N4148
1N4148
1N4148
1N4148
1N4148
7V5 ZENER
7V5 ZENER
KV1310 VARICAP
5mm LED AMARILLO
5mm LED VERDE
5mm LED ROJO
6 x 2 vueltas 6mm d. BOBINA
4 vueltas 6mm d. BOBINA
4 vueltas 5mm d. BOBINA
4 vueltas 5mm d. BOBINA
6 vueltas 6mm d. BOBINA
6 vueltas 6mm d. BOBINA
6.4 MHz
6 DIP switch
6 DIP switch
5 vueltas FERRITA
5 vueltas FERRITA
1 vueltas FERRITA
5 vueltas FERRITA
5 vueltas FERRITA
PCB phono socket
SO-239 Con tornillos, tuercas, y arandelas CONECTOR ANTENA
Terminales tipo espadin
Disipador tubular
PLL PCB Tarjeta impresa.
Procesador de estéreo
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
R9
R10
47R
47R
100K
47K
4.7K
4.7K
47K
100K
1.2M
1.2M
106
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
R11
R12
R13
R14
R15
R16
R17
R18
R19
R20
R21
R22
R23
R24
R25
R26
R27
C1
C2
C3
C4
C5
C6
C7
C8
C9
C10
C11
C12
C13
C14
C15
C16
C17
C18
C19
C20
C21
C22
C23
C24
C25
VR1
VR2
XTAL
IC1
IC2
IC3
IC4
3
2
100K
4.7k
1K
27K
27K
4.7K
4.7K
4.7K
47K
27K
100R
100R
100K
4.7K
4.7K
4.7K
4.7K
100pF
100pF
10uF
10uF
1nF
1nF
100nF
100pF
220uF
100pF
68pF
1nF
1nF
100nF
1.8nF
100pF
33pF
1.8nF
1nF
10uF
220pF
1.8nF
220pF
1.8nF
1.8nF
10 K
10 K
4.864 MHZ
4060
4013
4016
TLO74
RCA
Terminal espadin
Procesador de audio
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
R9
R10
R11
R12
R13
R14
R15
47R
270K
33K
10K
1K8
1K
1K
3K9
100K
68K
47R
47R
4K7
39K
47K
101
101
10 UF 16V
10 UF 16V
102
102
101
101
220 UF 16V
101
68
102
102
100K 100
182
101
33
182
102
10UF 16V
221
182
221
182
182
VARIABLE
VARIABLE
4060B
4013B
4016B
TL074
16 PIN
14 PIN
14 PIN
14 PIN
107
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
R16
R17
R18
R19
R20
R21
R22
R23
R24
R25
R26
R27
R28
R29
R30
R31
R32
R33
R34
R35
R36
R37
R38
R39
R40
R41
R42
R43
R44
R45
R46
R47
R48
R49
R50
R51
R52
DI
D2
D3
D4
D5
IC1
IC2
VR1
FB1
FB2
FB3
FB4
TR1
TR2
TR3
IC3
LED1
LED2
LED3
J1
C1
C2
C3
C4
C5
C6
C7
C8
C9
C10
C11
C12
C13
4K7
4K7
27K
33K
33K
10K
47K
1K
680R
680R
680R
680R
680R
680R
27K
1K
4K7
1K
2M
270R
270R
680K
4K7
4K7
4K7
22K
1K
39K
33K
1K5
2K2
680R
1K5
680R
100K
47R
100K
1N4148
1N4148
1N4148
1N4148
1N4148
TL074
TL074
2K2
1T
1T
1T
1T
BC548
BC548
2N3819
78L82
5mm
5mm
5mm
3 Vias
100P
1n5
2n2
1U
1N
1N
220U
1N
1N
220U
1N
1N
1000U
1 Vuelta ferrita
1 Vuelta ferrita
1 Vuelta ferrita
1 Vuelta ferrita
Amarillo
Amarillo
Rojo
101
152
222
1 UF 63V
102
102
220UF 16V
102
102
220UF 16V
102
102
1000UF 10V
108
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
C14
C15
C16
C17
C18
C19
C20
C21
C22
C23
C24
C25
C26
C27
C28
C29
C30
C31
C32
C33
C34
C35
C36
C37
C38
2
1
1
2
1
0.5m
220U
220UF 16V
220U
220UF 16V
100P
101
1N
102
220P
221
220P
221
10U
10UF 16V
220P
221
220P
221
100P
101
100N
100K 100
1N
102
1N
102
1N
102
1N
102
1N
102
1N
102
1N
102
680N
680NK 100
10U
10UF 16V
1U
1UF63V
100P
101
100P
101
1N
102
10U
10UF 16V
Conectores RCA hembra
Portafusibles tipo clip
Fusible 100 mA
Terminales pin
Tarjeta impresa
No 20. Cable rojo y negro potencia
Tarjeta de control de la interfase gráfica
R1x5
R2
R3
R4x8
P1
C1x2
C2x5
Q1x5
IC1
IC2
IC3
XTAL
Dx4
RELE
Db9
CON1 CON2
S1
SS2 S3
1
1
1
2
1m
1
5
1
2.2 O
100Ω
10KΩ
120Ω
100KΩ Resistencia variable trimer
22pf
10µf
50V electrolítico
2N2222
PIC16F877
74LS47
MAX232
10 Mhz
Display de ánodo común
12 V tipo miniatura sencillo
Conector interfase RS232
Conector hembra y macho 6 pines
Interruptor de encendido tipo neón
Pulsador miniatura NA
Plaqueta circuito impreso
Terminales espadín
Conector hembra y macho 3 pines
Conector hembra macho 2 pines
Cable vehículo No. 22
Base Dip 40
Bases Dip 14
Base Dip 16
109
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
ANEXO D: PRESUPUESTO
Generador de estéreo:
20
Condensadores electrolíticos
90
Condensadores cerámicos
130
Resistencias
4
Potenciómetros
12
Circuitos integrados
6
Transistores
16
Otros semiconductores (Diodos, leds, etc)
1
Cristal
3
Plaqueta impresa
1
Fuente de conmutada
2
Indicadores VU
3
Conectores RCA
4
Juego de fusibles
1
Caja metálica
Misceláneos (cable, tornillos, terminales, etc)
Total
$ 16.000
$ 18.000
$ 13.000
$
4.000
$ 60.000
$
6.000
$
4,900
$
5.000
$ 150.000
$ 30.000
$ 10.000
$
3.000
$
6.000
$ 15.000
$ 20.000
--------------$ 360.000
Transmisor
60
10
70
1
1
8
4
5
1
15
1
1
2
3
15
2
1
2
1
1
1
Total
Condensadores electrolíticos
Condensadores cerámicos
Resistencias
Potenciómetros
Trimer
Circuitos integrados
Transistores
Transistores especiales
Diodo varactor
Otros semiconductores (Diodos, leds, etc)
Transformador
Cristal
Plaqueta impresa
Pulsadore y suyches
Inductancias
Conectores (antena, RCA)
Indicadores VU
Juego de fusibles
Caja metálica
Misceláneos (cable, tornillos, terminales, etc)
Antena (Aluminio, conectores, base, etc)
$ 12.000
$
8.000
$
7.000
$
1000
$
3000
$ 64.000
$
5.000
$ 120.000
$ 15.000
$ 15.000
$ 10.000
$
5.000
$ 120.000
$
6.000
$ 30.000
$
4 000
$ 10.000
$
3.000
$ 15.000
$ 20.000
$ 50.000
---------------$ 523.000
110
111
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
Interfase
15
Resistencias
4
Potenciómetros de precisión
4
Condensadores
8
Condensadores electrolíticos
1
Microcontrolador
2
Circuitos integrados
5
Transistores
2
Otros semiconductores
1
Cristal
1
Relé
2
Plaqueta impresa
3
Conectores DB9
Misceláneos (bases, terminales, cables, etc)
Total
$
1.500
$ 12.000
$
1.000
$
8.000
$ 53.500
$
7.000
$
4.000
$
1.000
$
5.000
$
3.000
$ 80.000
$
6.000
$ 20.000
--------------$ 202.000
Gran total
30 % Envío e imprevistos
Total sin mano de obra
$1.085.000
$ 325.000
---------------$1.410.500
=========
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
ANEXO E: PROGRAMA DEL MICROCONTROLADOR
;INTERFASE EMISORA DE FM ESTEREO
;TESIS DE GRADO INGENIERIA ELECTRONICA
;ESCRITO Y DISENADO POR:JOSE ELISEO GIRALDO
;Septiembre 30 del 2001
;Genera los codigos DIP SWICH
;muestra en display la frecuencia, incrementa, decrementa, prende y apaga
;transmite y recibe datos del PC
;Escribe y lee en la EEPROM
;FM6.ASM VERSION 3.0 *GRAN BUCLA FINAL DE PRUEBA*
;INTERACTUA CON LAB VIEW fm5.vi
;===================================
;*******PROGRAMA PRINCIPAL**********
;===================================
LIST
P=16F877
RESET ORG
0
;Vector de reset
GOTO INICIO
ORG
4
INTER RETFIE
;Vector de interrupciones
ORG
10
;Posicion de inicio del programa
;---------------------------------------------------------------------------------INICIO CALL
INICIAR
;Valores iniciales DEFAULT
CALL
ENCEND
;Espera orden de encendido
BUCLA CALL
RECIBIR
;Recibe un dato del PC (RCREG)
CALL
ANALOGO
;Averigua si hay solicitud de canal, digitaliza y lo transmite
CALL
ACTPLL
;Averigua si hay solicitud de cambio.INCREMENTA o DECREMENTA
CALL
ENVIAR
;Envia al PC la frecuencia PLL
CALL
ACTPLL
;Verifica y nejecuta solicitud de pulsadores y PC
CALL
DISPLEY
;Refresca el display, muestra frecuencia
CALL
APAGAR
;Apaga cuando se pulsa ON de nuevo
GOTO BUCLA
;Termina la bucla principal
;********** FIN PROGRAMA PRINCIPAL*****************************************************
;------------SIGUEN LAS RUTINAS---------;****** ACTPLL ***************************
;Actualiza la frecuencia, incrementa y decrementa PLL, BCD, DIP SWIC
;****** ACTPLL ***************************
;Actualiza la frecuencia, incrementa y decrementa PLL, BCD, DIP SWIC
ACTPLL BTFSS PORTC,INC
GOTO INCREM
BTFSS PORTC,DEC
GOTO DECREM
BTfSC RCREG,INC
GOTO INCREM
BTFSC RCREG,DEC
GOTO DECREM
RETURN
DECREM DECF
PLL,1
GOTO SALIR
INCREM INCF
PLL,1
SALIR
CALL
PLLOUT
CALL
PLLDISP
CALL
BCD
CLRF
PORTB
;Tecla INC oprimida?
;SI: esta oprimida incrementar PLL
;Tecla DEC oprimida?
;SI: esta oprimida decrementar PLL
;Hay solicitud del PC para incrementar
;SI, incrementar PLL
;Hay solicitud del PC para decrementar
;SI: decrementar PLL
;NO: No hay ninguna solicitud retorna
;Genera los codigos de los DIP SWICH
;Genera los codigos para el DISPLAY
;Rutina que convierte a BCD
;Apaga display
112
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
CALL
DELAY
RETURN
;REBOTE ELIMINAR REBOTE
;=================PLLOUT===================================
;Genera las frecuencias (numero N de los divisores) DIP SWUCH
;Saca los datos por PORTD y PORTE
PLLOUT BCF
STATUS,RPO
MOVLW 03
MOVWF PLLH
MOVLW OFSET
MOVWF PLLL
MOVF
PLL,0
ADDWF PLLL,1
BTFSC STATUS,C
INCF
PLLH,1
MOVF
PLLL,W
MOVWF PORTD
MOVF
PLLH,W
MOVWF PORTE
RETURN
;Valor inicio tabla
;=====================PLLDISP===========================
;Genera los codigos BINARIOS para mostrar frecuencia
;Simplemente incrementa en uno el codigo generado por PLLOUT
PLLDISP MOVF
PLLH,W
MOVWF PLLHI
MOVF
PLLL,W
MOVWF PLLLO
MOVLW 01
ADDWF PLLLO,1
BTFSC STATUS,C
INCF
PLLHI,1
RETURN
;Carga PLLHI con PLLH
;
;Carga PLLLO con PLLL
;Suama 1 a PLLLO
;Hay carry?
;SI: incremente PLLHI
;NO: Dejelo como estava y salga
;============= RUTINA DE CONVERSION BCD=================
;Recibe dato en hexadecimal de dos bytes
;lo regresa en formato decimal para desplegar
;------------MILES-----------BCD
BCF
STATUS,RPO
CLRF
MILES
CLRF
CENTE
CLRF
DECE
CLRF
UNIDAD
INI1
CALL
RESTA1
BTFSS STATUS,C
GOTO CIEN
INCF
MILES,1
GOTO INI1
;------------CENTENAS--------CIEN
MOVLW 0E8
ADDWF PLLLO,1
BTFSC STATUS,C
INCF
PLLHI,1
MOVLW 03
ADDWF PLLHI,1
;---------------------INI2
CALL
RESTA2
BTFSS STATUS,C
GOTO DIES
INCF
CENTE,1
GOTO INI2
;-------------DECENAS--------DIES
MOVLW 64
ADDWF PLLLO,1
;---------------------INI3
MOVLW 0A
SUBWF PLLLO,1
;Resta 10 decimal
113
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
BTFSS STATUS,C
GOTO UNI
INCF
DECE,1
GOTO INI3
;-------------UNIDADES-------UNI
MOVLW 0A
ADDWF PLLLO,W
MOVWF UNIDAD
RETURN
;-----RUTINA DE RESTA1----RESTA1 MOVLW 0E8
SUBWF PLLLO,1
BTFSS STATUS,C
GOTO RESUL1
MOVLW 03
SUBWF PLLHI,1
RETURN
RESUL1 MOVLW 04
SUBWF
PLLHI,1
RETURN
;Dio positiva la resta
;Negativa salga
;Positiva Cuente
;-----RUTINA DE RESTA2-----RESTA2 MOVLW 64
SUBWF
PLLLO,1
BTFSS STATUS,C
GOTO RESUL2
RETURN
RESUL2 MOVLW 01
SUBWF
PLLHI,1
RETURN
;==============DISPLEY===============
;Enciende los cuatro digitos del displey para mostrar la
;frecuencia.Encada llamado refresca un digito diferente
DISPLEY BCF
STATUS,RPO
DECF
CONTA,1
;Decrementa el contador
BTFSS STATUS,Z
;Mostrar digito de MILES?
GOTO CE
;NO. Resultado no es cero
MOVLW 04
;SI: CONTA=04
MOVWF CONTA
;Regresa el contador a su valor inicial
MOVF
MILES,W
BTFSC STATUS,Z
;Salta si MILES no es cero
COMF
MILES,W
;Si MILES es cero no se muestra en display MILES=FF
ANDLW 0F
IORLW 80
MOVWF PORTB
;Muestra el digito de MILES
RETURN
CE
MOVLW 01
SUBWF CONTA,W
BTFSS STATUS,Z
;Mostrar digitos de CENTENAS?
GOTO DI
;NO
MOVF
CENTE,W
ANDLW 0F
IORLW 40
MOVWF PORTB
;Muestra el digito de CENTENAS
RETURN
DI
MOVLW 02
SUBWf CONTA,W
BTFSS STATUS,Z
;Mostrar digito de DECENAS?
GOTO UN
MOVF
DECE,W
;NO. Resultado no es cero
ANDLW 0F
IORLW 20
;SI: Habilita el tercer digito
MOVWF PORTB
;Muestra el digito de DECENAS
RETURN
UN
MOVF
UNIDAD,W
ANDLW 0F
IORLW 10
;Habilta el cuarto digito
MOVWF PORTB
;Muestra el digito de UNIDADES
RETURN
;Y termina
114
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
;-------RUTINA DE ENCENDIDO-------ENCEND BCF
STATUS,RPO
BTFSC PORTC,ON
GOTO ENCEND
CALL
DISP_ON
CALL
REEPROM
CALL
PLLOUT
CALL
PLLDISP
CALL
BCD
CALL
DELAY
CALL
DELAY
CALL
DELAY
BCF
STATUS,RPO
BSF
PORTC,RELE
RETURN
;Tecla ON orpimida?
;NO; espere hasta que se oprima la tecla ON
;SI: Inicia secuencia de encendido
;Lee configuracion de la EEPROM
PLL = EEPROM
;Genera los codigos de los DIP SWICH
;Genera los codigos para el display
;Convierte a formato decimal el codigo del displaly
;RETARDO PARA ELIMINAR REBOTE
;Enciende el rele.........
;-------RUTINA DE APAGAR.........
APAGAR BTFSS PORTC,ON
RETURN
BCF
STATUS,RPO
CLRF
PORTB
BCF
PORTC,RELE
CALL
DISP_OF
CALL
WEEPROM
GOTO RESET
;CONSULTA EL PULSADOR
;Apaga........
;Guardar dato en la EEPROM PLL = EEPROM
;Reset
;****** RUTINA DE RETARDO *****************
DELAY
TRES
DOS
UNO
MOVLW
MOVWF
MOVLW
MOVWF
MOVLW
MOVWF
DECFSZ
GOTO
DECFSZ
GOTO
DECFSZ
GOTO
RETURN
VALOR1
REG1
VALOR2
REG2
VALOR3
REG3
REG3
UNO
REG2
DOS
REG1
TRES
;------ DELAY ----------------DELAY1 MOVLW 160
MOVWF RETARDO
BIT
NOP
NOP
DECFSZ RETARDO
GOTO BIT
RETURN
;Genera un retardo de 320 uS
;Guarda en retardo el valor 160
;No hace nada, quema un ciclo
;No hace nada, quema un ciclo
;Salta si termina la cuenta
;en caso contrario regresa
;----------REEPROM----------;Lee en la memoria EEPROM
REEPROM
BSF
STATUS,RP1
BCF
STATUS,RPO
MOVLW 00
MOVWF EEADR
BSF
STATUS,RPO
BCF
EECON1,EEPGD
BSF
EECON1,RD
BCF
STATUS,RPO
MOVF
EEDATA,W
BCF
STATUS,RP1
MOVWF PLL
RETURN
;banco 2
;Direccion de la EEPROM
;banco 3
;Establece modo memoria de datos
;inicia la lectura de la EEPROM
;banco 2
;Guarda en W el dato
;Banco 0
;Guarda el dato en PLL
115
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
;---------WEEPROM-----------WEEPROM
BSF
STATUS,RP1
BCF
STATUS,RPO
MOVLW 00
MOVWF EEADR
BCF
STATUS,RP1
BCF
STATUS,RPO
MOVF
PLL,W
BSF
STATUS,RP1
BCF
STATUS,RPO
MOVWF EEDATA
BSF
STATUS,RPO
BCF
EECON1,EEPGD
BSF
EECON1,WREN
BCF
INTCON,GIE
MOVLW 055H
MOVWF EECON2
MOVLW 0AAH
MOVWF EECON2
BSF
EECON1,WR
BSF
INTCON,GIE
CALL
DELAY
BCF
EECON1,WREN
BCF
STATUS,RPO
BCF
STATUS,RP1
RETURN
;--------DISP_ON------------;Muestra mensaje cuando enciende
DISP_ON RETURN
;--------DISP_OFF-----------;Muestra mensaje cuado apaga
DISP_OF RETURN
;banco 2
;Direccion de la EEPROM
;banco 0
;banco 2
;banco 3
;Establece modo memoria de datos
;inicia la escritura de la EEPROM
;Desabilita interrupciones
;xxxxx
;xxxxx
;xxxxx
;xxxxx
;xxxxx
;Habilita interrupciones
;Deshabilita la escritura
;banco 0
;Pendiente
;Pendiente
;******* CONVER *************************************
;Averigua el canal a sensar y lo transmite
ANALOGO
BCF
STATUS,RPO
;Banco 1
BTFSS RCREG,CANAL
;Hay solicitud canal ADC?
RETURN
;No hay solicitud de canal y retorna
MOVLW 0E7H
; 1 1 1 0 0 1 1 1 Mascara para abrir espacio para dos bits
ANDWF ADCON0,1
;Libera slot para meter dato de canal
MOVLW 18H
; 0 0 0 1 1 0 0 0 Mascara para insertar dos bits
ANDWF RCREG,W
;Separa el data util y lo carga en W
IORWF ADCON0,1
;Incrusta el dato del canal a sensar
CALL
CONVER
;Llama al convertidor A/D
MOVF
ADRESH,W
;REVISAR....................
MOVWF TXREG
;Prepara dato a transmitir
CALL
TRANSMI
;REVISAR....................
RETURN
;Digitaliza los canales sensados
CONVER BCF
STATUS,RPO
;Banco 0
BSF
ADCON0,ADON
;Se activa el ciclo de muestreo
CALL
DELAY1
;Retardo de 320 uS
BSF
ADCON0,GO
;Se pone en marcha la conversion
VERIF CALL
DISPLEY
BTFSS PIR1,ADIF
;Salta cuando termine la conversion
GOTO VERIF
;en caso contrario regresa a VERIF
BCF
PIR1,ADIF
;Limpia la bandera de fin de conversion
RETURN
;****** RECIBIR **********************************
;Recibe datos del PC RS232
RECIBIR MOVLW
MOVWF
TRES_ MOVLW
MOVWF
DOS_
MOVLW
MOVWF
VALOR4
REG1
VALOR5
REG2
VALOR6
REG3
116
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
UNO_
BCF
STATUS,RPO
BSF
RCSTA,CREN
CALL
DISPLEY
BTFSC PIR1,RCIF
RETURN
DECFSZ REG3
GOTO
UNO_
DECFSZ REG2
GOTO
DOS_
DECFSZ REG1
GOTO
TRES_
RETURN
;Banco 0
;Inicia la recepcion
;Preguntar si ya termino la recepción
;****** TRANSMI ***********************************
;Transmite datos al PC RS232
TRANSMI BSF
STATUS,RPO
BSF
TXSTA,TXEN
VERITX CALL
DISPLEY
BSF
STATUS,RPO
BTFSS TXSTA,TRMT
GOTO VERITX
BCF
STATUS,RPO
RETURN
;Banco 1 (TXSTA)
;Iniciar transmision
;Salta cuando termine la transmision
;En caso contrario espera (regresa a VERITX)
;Banco 0
ENVIAR BTFSC RCREG,CANAL
;Hubo solicitud de canal.......
RETURN
;SI, No enviar frecuencia
MOVF
PLL,W
;No, Si enviar frecuencia
MOVWF TXREG
;Coloca la frecuencia en TXREG
CALL
TRANSMI
;REVISAR ......Envia la frecuencia al PC
RETURN
;******* RUTINA INICIO ******************************
;Reiniciliza registros, puertos, y modos
INICIAR BSF
MOVLW
MOVWF
CLRF
MOVLW
MOVWF
CLRF
CLRF
BCF
MOVLW
MOVWF
CLRF
CLRF
CLRF
CLRF
CLRF
STATUS,RPO
3f
TRISA
TRISB
87
TRISC
TRISD
TRISE
STATUS,RPO
04
CONTA
PORTA
PORTB
PORTC
PORTE
RCREG
;Puerto A como entradas
;para conversores A/D
;Puerto B como salidas (DISPLEYS)
;1 0 0 0 0 1 1 1 87 Displays
;RX, TX, -, -, RELE, DEC, INC, ON REVISAR........
;Puerto D como salidas (DIP SWICH): 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,
;Puerto E como salidas (DIP SWICH): 9, 10, 11
;Inicializa el contador de displey en 4
;-------CONFIGURACION COMUNICACION SERIAL ASINCRONICA
BSF
BCF
BCF
BCF
BCF
BCF
STATUS,RPO
TXSTA,SYNC
TXSTA,BRGH
TXSTA,TX89
STATUS,RPO
RCSTA,RC89
;Banco 1
;Modo asincrono
;Modo asincrono, velocidad baja
;Se transmiten solo 8 bits
;Banco 0
;No se tiene en cuenta la paridad para la recepcion
;Tener en cuenta esta última instrucción. No hay seguridad
;-------CONFIGURACION DE VELOCIDAD A 9600 BAUDIOS---BSF
STATUS,RPO
MOVLW 0FH
MOVWF SPBRG
;Banco 1
;10 Mhz, 9600 baudios
;Rata de baudios
;-------SELECCION PINES Tx y Rx---------------------BCF
STATUS,RPO
;Banco 0
117
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
BSF
RCSTA,SPEN
;Pines: RC6=Tx, RC7=Rx
;-------ACTIVACION DE INTERRUPCIONES----------------BCF
STATUS,RPO
BSF
INTCON,GIE
;Habilitacion general de las interrupciones
BCF
PIR1,TXIF
;Limpiar bandera de transmision
BSF
STATUS,RPO
;Banco 1
BSF
PIE1,TXIE
;Habilitar bandera de transmision
BSF
PIE1,RCIE
;Habilitar bandera de recepcion
BCF
PIE1,RCIF
;Limpiar bandera de recepcion
;------ CONFIGURACION DEL CONVERSOR A/D --------------BSF
STATUS,RPO
;Banco 1
MOVLW 02H
MOVWF ADCON1
;Puerto A analogo, puerto E digital
BSF
PIE1,ADIE
;Habilitar bandera del conversor ADC
BCF
STATUS,RPO
;Banco 0
BCF
PIR1,ADIF
;ojo, revisar Limpiar bandera conversion
BSF
ADCON0,ADCS1
;Estos dos bits configuran el tiempo de conversión
BCF
ADCON0,ADCS0
;a fosc/32
BCF
ADCON0,5
RETURN
;============================ EQUIVALENCIAS =======================
;--------------------BITS-------------------------------------C
EQU
0
;Bit indicador de acareo (STATUS)
Z
EQU
2
;Bit indicador de cero
(STATUS)
W
EQU
0
RPO
EQU
5
;Bit selector de banco (STATUS)
RP1
EQU
6
;Bit selector de banco
ON
EQU
0
;RC0 TECLA DE OFF-ON
INC
EQU
2
;RC1 TECLA PARA INCREMENTAR LA FRECUENCIA
DEC
EQU
1
;RC2 TECLA PARA DECREMENTAR LA FRECUENCIA
RELE
EQU
3
;RC3 RELE DE ENCENDIDO
OFF
EQU
0
;1=OFF Bit para encender y apagar desde el PC
CANAL EQU
5
;1=SOLICITUD DE CANAL A/C (RCREG)
SYNC
EQU
04H
;Bit modo de transmision (TXSTA) <0:asincr 1:sincr>
BRGH
EQU
02H
;Bit modo y velocidad de transmision (TXSTA)
TX89
EQU
06H
;Bit 6 que selecciona transmision de 8 o 9 bits
TXD8
EQU
00H
RC89
EQU
06H
RCD8
EQU
00H
PCFG0 EQU
00H
PCFG1 EQU
01H
;bit configuracion canales analogos (ADCON1)
PCFG2 EQU
02H
;Bit configuracion canales Analogos (ADCON1)
SPEN
EQU
07H
;Bit para escoger los pines TX y Rx del registro (RCSTA)
GIE
EQU
07H
;Bit de habilitacion general de las interupciones (INTCON)
GO
EQU
02H
;Bit inicio conversion
TXIF
EQU
04H
TXEN
EQU
05H
TXIE
EQU
04H
TRMT
EQU
01H
;.......
ADIF
EQU
06H
ADIE
EQU
06H
ADON
EQU
00H
RCIE
EQU
05H
RCIF
EQU
05H
SREN
EQU
05H
CREN
EQU
04H
ADCS1 EQU
7H
;....
ADCS0 EQU
6H
;....
EEPGD EQU
7
;Bit modo memoria EEPROM
WREN EQU
2
;Bit habilitador de escritura EEPROM
WR
EQU
1
;Bit de inicio de escritura EEPROM
RD
EQU
0
;Bit de inicio de lectura EEPROM
;---------------------REGISTROS-----------------PORTA EQU
5
TRISA EQU
85
PORTB EQU
6
TRISB EQU
86
118
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
PORTC EQU
7
TRISC EQU
87
PORTD EQU
8
TRISD EQU
88
PORTE EQU
9
ADRESH EQU
1EH
INTCON EQU
0BH
PIR1
EQU
0CH
PIE1
EQU
8CH
SPBRG EQU
99H
TRISE EQU
89
RCREG EQU
1AH
RCSTA EQU
18H
TXREG EQU
19H
TXSTA EQU
98H
ADCON0 EQU
1F
ADCON1 EQU
9F
EEDATA EQU
10CH
EEADR EQU
10DH
EECON1 EQU
18CH
EECON2 EQU
18DH
STATUS EQU
3
REG1
equ
30
REG2
equ
31
REG3
equ
32
VALOR1 equ
30
VALOR2 equ 40
VALOR3 equ
40
VALOR4 EQU
15
VALOR5 EQU
15
VALOR6 EQU
15
RETARDO
EQU
MILES EQU
35
CENTE EQU
36
DECE
EQU
37
UNIDAD EQU
38
PLL
EQU
39
PLLH
EQU
3A
PLLL
EQU
3B
PLLLO EQU
3C
PLLHI
EQU
3D
OFSET EQU
3E
CONTA EQU
3F
RETARDO
EQU
END
;Registro control de interrupciones
;Registro define rata de baudios
;Registro configura el modo de recepcion
;Registro configura modo de transmision
;Almacena el dato pra la EEPROM
;Direccion del dato de la EEPROM
;Registro de control de la EEPROM
;Registro de control
;.........
;.........
;.........
;........Tiempo 1
;........Tiempo 2
;........Tiempo 3
;........Tiempo 4
;........Tiempo 5
;........Tiempo 6
20
;MILLARES
;CENTENAS
;DECENAS
;UNIDADE
;..............35C: PLL=0 fREC=86.0 MHZ
;ORGANIZAR.........
;ORGANIZAR........
20
;Valor a sumar.........
;...............DISPLEY
;..............
119
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
ANEXO F: Diagrama del circuito PLL
120
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
ANEXO G: Diagrama electrónico del transmisor
121
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
ANEXO H: Arte del circuito impreso del transmisor
122
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
ANEXO J: Lado de componentes del circuito impreso
123
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
ANEXO K: Diagrama tarjeta procesadora de estéreo
124
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
ANEXO L: Diagrama tarjeta procesadora de audio
125
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
ANEXO M: Diagrama tarjeta de control
126
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
ANEXO N: Panel frontal y diagrama de bloques de la interfaz
127
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
ANEXO P: DATA SHEET TRANSISTOR 2N4427
128
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
129
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
ANEXO Q: DATA SHEET 74ALS74
130
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
131
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
ANEXO R: DATA SHEET CD4916
132
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
133
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
ANEXO S: DATA SHEET CD4060
134
Emisora portátil FM estéreo – Universidad del Valle
135

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