Un système de transmission évolutif vidéo et audio stéréo sur 2,4 GHz " Une extension à 256 canaux - 2 à 2,7 GHz "



Le mois dernier, nous vous proposions un système vidéo et audio-stéréo évolutif à 4 canaux sur 2,400, 427, 454 et 481 GHz. Cet article se propose de vous faire savoir comment modifier l’émetteur et le récepteur pour augmenter le nombre des canaux disponibles à 256 et pour étendre les limites de bande de 2 à 2,7GHz.

Le système de base (ELM 23 page 8 et suivantes) est composé d’un transmetteur et d’un récepteur à 4 canaux, dont la fréquence de travail est commandée par un microcontrôleur, précisément, un circuit intégré Microchip.
Dans cette version de base, un circuit intégré OTP (non reprogrammable) est utilisé. Ce circuit, permet à notre système d’opérer sur les 4 fréquences classiques : 2 400, 2 427, 2 454, 2 481 MHz.
Dans ce qui va suivre, nous expliquons comment agir soit sur le TX, soit sur le RX, pour modifier la fréquence de travail, en se déplaçant entre des limites beaucoup plus amples.

Plus de canaux, plus de fréquences
Durant les essais, nous n’avons pas eu de difficultés à nous déplacer entre 2 et 2,7 GHz, sans réduction de puissance appréciable de la part du TX, ni baisse de sensibilité de la part du RX.
Pour pouvoir modifier la fréquence de travail, nous avons éliminé, sur les deux platines, le microcontrôleur original et, à sa place, avec une légère modification du programme, nous avons utilisé des PIC16F84.
Le tout est rendu possible car le fabricant des modules HF fournit des informations claires pour leur utilisation, en particulier, en ce qui concerne la programmation du PLL interne (figure 1).
Ces deux modules HF sont contrôlés par un bus I2C donc, à l’aide de deux lignes seulement (SCL, clock et SDA, donnée).
En utilisant ce protocole, il est possible de modifier presque tous les paramètres du diviseur, afin d’obtenir la fréquence qui nous intéresse.
Nous verrons les modifications à apporter au programme mais, avant tout, nous nous arrêterons sur les routines de façon à permettre à tout un chacun, de reprogrammer son système comme il le souhaite.
Le programme implémenté permet, à l’aide d’un dip-switch à 8 micro-interrupteurs, de sélectionner 256 fréquences différentes, espacées entreelles de 1 MHz et par tant de la fréquence de base de 2 400 MHz.
Nous savons, bien évidemment, que pour éviter des interférences entre un canal de télévision et un autre, il est nécessaire d’avoir un espacement d’au moins 10 à 20 MHz entre eux.
Le but de cet article n’est toutefois pas celui de proposer une solution bien définie, quant à ce qu’il faut faire pour programmer la fréquence (ou les fréquences) en modifiant simplement quelques paramètres du programme.

Les modules de transmission et de réception audio/vidéo


Figure 1a

Figure 1b

Figure 1 : Les modules de transmission et de réception audio/vidéo.

Disposition des broches des deux modules radiofréquence à 2,4 GHz, employés dans le projet du système de transmission audio/vidéo à 256 canaux (réf. : FM2400TSIM pour le transmetteur et FM2400RTIM8 pour le récepteur). La fréquence de travail nominale (2 400 à 2 483 MHz) peut être largement dépassée, aussi bien vers le bas que vers le haut.
Durant les essais, nous sommes parvenus à opérer entre 2,0 et 2,7 GHz, sans baisse de puissance notable pour le transmetteur et sans réduction de sensibilité pour le récepteur.

Modification du TX
Commençons donc par nous occuper du TX, dont nous reproduisons le schéma d’implantation des composants en figure 2.
Comme nous l’avons expliqué dans le précédent article, le TX dispose, pour le contrôle de la fréquence, d’un dipswitch à 8 micro-interrupteurs, qui pilote le microcontrôleur original.
Sur ce dip-switch, seules les deux premières voies sont actives, les autres 6 doivent être positionnées sur ON.
Dans notre cas, nous avons éliminé le microcontrôleur d’origine et nous l’avons remplacé par un PIC16F84, programmé avec le logiciel reporté en figure 3.
Pour rendre plus facile cette opération, nous avons utilisé un petit circuit imprimé sur lequel nous avons monté un support à longues pattes, type à "wrapper" (voir figures 4, 5, 6 et 7).
En plus du microcontrôleur, sur le circuit imprimé, nous trouvons une résistance de 10 kilohms, qui maintient au niveau haut, la ligne de contrôle SDA qui se trouve sur la patte 1 du microcontrôleur.
Dans ce cas, les entrées du microcontrôleur sont disposées pour lire les 8 micro-interrupteurs présents sur la platine.
Le microcontrôleur lit, en permanence, l’état des micro-interrupteurs et génère une séquence d’octets correspondants qui vont, par l’intermédiaire d’un bus I2C, programmer le PLL du module de transmission.
En pratique, le microcontrôleur doit envoyer une séquence de 4 octets dont le premier et le dernier sont toujours identiques entre eux.
Le premier octet identifie le dispositif à contrôler (le module HF), le quatrième octet active les nouveaux paramètres contenus dans le second et le troisième octet.
Se sont ces dernières données, les plus significatives, qui contiennent les valeurs à assigner au diviseur programmable et qui permettent au VCO de générer la fréquence porteuse.
La fréquence de travail du TX, se positionne en agissant sur le dip-switch à 8 voies présent sur la platine. En partant de la fréquence de base de 2,400 GHz, il est possible de l’augmenter jusqu’à 2,655 GHz par pas de 1 MHz.
La valeur à additionner à la fréquence de base dépend des micro-interrupteurs qui sont positionnés sur ON.
Chacun des micro-interrupteurs a un “poids” qui va en augmentant de gauche à droite. Par exemple, le premier micro-interrupteur (s’il est placé sur ON) vaut 1, le troisième vaut 4, le sixième vaut 32 et ainsi de suite.
En additionnant le “poids” des différents micro-interrupteurs actifs, on obtient le nombre à ajouter à la valeur de base de 2 400 MHz, pour obtenir la fréquence générée.
Les exemples donnés dans la figure 16 permettent de lever les derniers doutes.
La même procédure est utilisée pour le récepteur.
Si nous obser vons le listing du programme implémenté dans le microcontrôleur du transmetteur (figure 3) et plus précisément la partie MAIN, nous observons que la valeur du PORT B (en pratique la position des micro-interrupteurs) est utilisée pour incrémenter les valeurs du PLL de base.
Le pas minimum du diviseur programmable est de 125 kHz, donc, pour obtenir des pas de 1 MHz, nous devons multiplier par 8 la donnée obtenue (PLL = PLL base + TMP*8).
Si nous avions voulu obtenir des pas de 500 kHz, nous aurions dû multiplier par 4 la variable TMP.
De la même manière, si nous avions voulu obtenir des valeurs de fréquence inférieure à 2 400 MHz ou même supérieure, nous aurions dû modifier la ligne du programme de la manière suivante :

PLL = PLL base - TMP*8

Vraiment simple !
La ligne suivante du programme effectue l’écriture proprement dite dans le module HF, par l’intermédiaire du bus I2C, en envoyant les quatre octets de commande parmi ceux dénommés HI et LO, qui contiennent la valeur à assigner au PLL et qui, en pratique, déterminent la fréquence générée.

Figure 2 : Schéma d’implantation de la platine émission avant modification (voir ELM 23 page 8 et suivantes).

Le programme pour le transmetteur
Le programme implémenté dans le microcontrôleur qui pilote le module HF du transmetteur est très simple.
Il est donc facilement modifiable en fonction de vos exigences. Dans notre cas, nous avons choisi de générer 256 fréquences différentes à partir de la fréquence de base de 2 400 MHz, avec des pas de 1 MHz exactement. Le but de ce programme, est de lire l’état d’un dip-switch à 8 voies et d’envoyer, à l’aide d’un protocole I2C, les commandes nécessaires au PLL du module HF.
En pratique, à chacune des combinaisons possibles du dip-switch, doit correspondre une fréquence dif férente.
Pour obtenir tout cela, le microcontrôleur doit envoyer une séquence de 4 octets, dans laquelle le premier et le dernier sont toujours identiques entre eux. Le premier octet correspond à l’adresse du dispositif (ADDR1=$C2), le quatrième ($8E) active les paramètres envoyés à l’aide du second et du troisième octet. Ces deux derniers (LO et HI) contiennent donc les informations pour le PLL. En fait, de combien le PLL doit se déplacer en fréquence, par rapport à une valeur de référence (PLLBASE= &4B00) équivalent à la fréquence de 2 400 MHz exactement. En tenant compte de cette donnée et du fait que le PLL se déplace par pas de 125 kHz, interpréter le programme est vraiment très simple. Dans le corps du programme, la valeur des micro-interrupteurs est assignée par la variable TMP. Par la suite, la valeur obtenue est multipliée par 8 de manière à obtenir 1 MHz puis est additionnée à la valeur du PLLBASE (PLL=PLLBASE + TMP * 8). Nous obtenons ainsi les valeurs des deux octets correspondants (LO et HI) et nous pouvons envoyer au module HF, la trame de programmation complète : I2C write DT, CK, ASSR1, (HI, LO, $8E).


DEFINE OSC 4
DEFINE I2C_SCLOUT 1

@ DEVICE RC_OSC

SYMBOL DT=PORTA.2
SYMBOL CK=PORTA.3
SYMBOL DIP1=PORTB.0
SYMBOL DIP2=PORTB.1
SYMBOL DIP3=PORTB.2
SYMBOL DIP4=PORTB.3
SYMBOL DIP5=PORTB.4
SYMBOL DIP6=PORTB.5
SYMBOL DIP7=PORTB.6
SYMBOL DIP8=PORTB.7

ADDR1 VAR BYTE
TMP VAR BYTE
PLLBASE VAR WORD
PLL VAR WORD
LO VAR PLL.LOWBYTE
HI VAR PLL.HIGHBYTE

Input DIP1
Input DIP2
Input DIP3
Input DIP4
Input DIP5
Input DIP6
Input DIP7
Input DIP8

Output CK
Output DT

ADDR1=$C2
PLLBASE=$4B00

MAIN:
TMP=255-PORTB
PLL=PLLBASE+TMP*8
I2CWrite DT,CK,ADDR1,[HI,LO,$8E]
Pause 500
GoTo MAIN

Figure 3 : Le programme pour le transmetteur.

Figure 4 : Schéma électrique de la modification du transmetteur.

Pour modifier le nombre de canaux, il suffit de substituer le microcontrôleur qui commande le PLL, avec un PIC16F84 convenablement programmé (voir listing en figure 3).


Figure 5 : Schéma d’implantation des composants de la carte de remplacement du microcontrôleur TX.

Figure 6 : Photo d’un des prototypes de la carte de remplacement du microcontrôleur TX.

Figure 7 : Dessin, à l’échelle 1 de la carte fille pour le transmetteur.


Liste des composants TX
R1 = 10 kΩ
U1 = PIC16F84-MF371T

Divers :
1 Support 2 x 9 broches à wrapper
1 Circuit intégré réf. S371T

Modification du TX
Passons à présent à l’examen des modifications apportées au récepteur, dont nous reportons également schéma d’implantation des composants en figure 9.
Comme on peut le voir sur les figures 11, 12, 13 et 14, dans ce cas, il ne suffit pas de substituer simplement un nouveau microcontrôleur au circuit intégré d’origine car la platine récepteur n’est pas équipée d’un dip-switch.
La platine avec le nouveau circuit intégré doit, de ce fait, également prévoir un dip-switch à 8 voies, en plus de la résistance de 10 kilohms sur la ligne SDA qui, dans ce cas, coïncide avec la patte 18 du microcontrôleur (voir figure 11).
Sur l’ancien microcontrôleur, certaines pattes sont munies d’une résistance pull-up, d’autres non, d’autres encore sont reliées aux quatre LED.
Pour éviter des problèmes, nous avons assigné un niveau haut, via programme, à toutes les pattes intéressées du microcontrôleur de remplacement.
L’unique patte qui n’est pas reliée au support de la carte mère est la patte 7 car la résistance qui se trouve sur cette carte a une valeur trop basse, ce qui, à la fermeture du micro-interrupteur de la car te fille correspondant, pourrait provoquer une consommation prohibitive de courant.
Cette modification étant faite (suppression de la broche 7 du support à wrapper), et après avoir éliminé l’ancien microcontrôleur et inséré le circuit imprimé de remplacement, la commande du récepteur est effectuée par le programme implémenté dans le nouveau microcontrôleur PIC16F84.
En figure 10, en plus de quelques lignes d’explications, nous reproduisons le listing de manière à permettre la compréhension du fonctionnement de notre système et ainsi pouvoir apporter des modifications personnelles.
Dans ce cas aussi, le programme va lire l’état des micro-interrupteurs, de façon à obtenir du PLL une variation de fréquence au pas de 1 MHz. Ici aussi, cette fréquence sera additionnée à celle du PLL de base, de manière à obtenir une valeur comprise entre 2 400 et 2 655 MHz.
Si nous observons la partie "MAIN" du programme, nous notons qu’ici également, la variable TMP est multipliée par 8, le PLL interne du récepteur étant toujours au pas 125 kHz.
Comme dans le cas du TX, si nous multipliions par 4, nous obtiendrions un pas de 500 kHz et ainsi de suite (figure 16).
A noter, encore, que les valeurs des PLL de base du TX et du RX sont différentes: dans le premier cas, la valeur est $4B00, dans le second $3C00. Evidemment, ces valeurs déterminent toujours une fréquence de base de 2 400 MHz.
A ce point, vous aurez certainement compris comment adapter le programme à vos propres exigences et, par-là même, comment faire fonctionner le module HF à la fréquence désirée, simplement en programmant le microcontrôleur avec les valeurs adaptées. Ceci dit, il ne reste plus qu’à mettre en pratique ce que nous venons d’apprendre, en réalisant les deux circuits imprimés et en programmant les deux microcontrôleurs à l’aide des listings fournis en figure 3 pour le TX et 10 pour le RX.

Figure 8 : Gros plan sur le couple carte mère/carte fille du transmetteur.

La modification à apporter au TX est très simple, car il suffit de remplacer le microcontrôleur d’origine par une petite platine sur laquelle est monté un PIC16F84 programmé suivant le listing présenté en figure 3.
Le dip-switch, par l’intermédiaire duquel il est possible de sélectionner les 256 nouveaux canaux, est celui déjà installé sur la platine du transmetteur.
L’emploi d’un dispositif équipé d’une mémoire FLASH permet de modifier rapidement le programme.

Figure 9 : Schéma d’implantation de la platine réception avant modification (voir ELM 23 page 8 et suivantes).



Le programme du récepteur
Le programme implémenté dans le microcontrôleur qui pilote le module de réception ressemble beaucoup à celui du transmetteur. Dans ce cas aussi, le but du programme est d’obtenir 256 fréquences différentes à partir de la fréquence de base de 2 400 MHz, avec des pas de 1 MHz exactement.
En pratique, à chacune des combinaisons possibles du dip-switch doit correspondre une fréquence dif férente.
Comme dans le cas du TX, le microcontrôleur doit envoyer une séquence de 4 octets, dans laquelle le premier (ADDR1=$C2) et le dernier ($8E) sont toujours identiques entre eux.
Les deuxième et troisième octets (LO et HI) contiennent donc les informations pour le PLL. En fait, de combien le PLL doit se déplacer en fréquence, par rapport à une valeur de référence (PLLBASE=&4B00) équivalente à la fréquence de 2 400 MHz exactement. Tenant compte de cette donnée et du fait que le PLL se déplace par pas de 125 kHz, interpréter le programme est vraiment très simple.
Dans le corps du programme, la valeur des micro-interrupteurs est assignée par la variable TMP. Par la suite, la valeur obtenue est multipliée par 8 (de manière à obtenir 1 MHz) et additionnée à la valeur du PLLBASE (PLL=PLLBASE + TMP * 8). Nous obtenons ainsi les valeurs des deux octets correspondants (LO et HI) et nous pouvons envoyer au module HF de réception, la trame de programmation complète : I2C write DT, CK, ASSR1, (HI, LO, $8E).
Il est évident que si nous voulons augmenter ou diminuer la distance entre les canaux, nous devons simplement multiplier par une valeur différente de 8, la variable TMP ou bien, si nous voulons obtenir des fréquences plus basses, nous devons soustraire de la valeur du PLLBASE, celle du TMP.


DEFINE OSC 4
DEFINE I2C_SCLOUT 1

@ DEVICE RC_OSC

SYMBOL DT=PORTA.1
SYMBOL CK=PORTA.0

SYMBOL DIP1=PORTB.0
SYMBOL DIP2=PORTB.1
SYMBOL DIP3=PORTB.2
SYMBOL DIP4=PORTB.3
SYMBOL DIP5=PORTB.4
SYMBOL DIP6=PORTB.5
SYMBOL DIP7=PORTB.6
SYMBOL DIP8=PORTB.7

ADDR1 VAR BYTE
TMP VAR BYTE
PLLBASE VAR WORD
PLL VAR WORD
LO VAR PLL.LOWBYTE
HI VAR PLL.HIGHBYTE

Input DIP1
Input DIP2
Input DIP3
Input DIP4
Input DIP5
Input DIP6
Input DIP7
Input DIP8

Output CK
Output DT

Poke $81,$7F ‘ABILITO I PULL-UP PER
IL PORTB (DIP SWITCH)

Pause 500

ADDR1=$C2
PLLBASE=$3C00

MAIN:
TMP=255-PORTB
PLL=PLLBASE+TMP*8
I2CWrite DT,CK,ADDR1,[HI,LO,$8E]
Pause 500

Figure 10 : listing du programme du récepteur.

Liste des composants RX
R1 = 10 kΩ
U1 = PIC16F84-MF371R

Divers :
1 Support 2 x 9 broches à wrapper
1 Circuit intégré réf. S371R

Figure 11 : Schéma électrique de la modification du récepteur.

Dans le récepteur, en plus du nouveau microcontrôleur, il faut prévoir un dip-switch à 8 voies, à l’aide duquel nous pourrons, par la suite, sélectionner les 256 canaux.




Figure 12 : Schéma d’implantation des composants de la carte de remplacement du microcontrôleur RX.

Figure 13 : Photo d’un des prototypes de la carte de remplacement du microcontrôleur RX.

Figure 14 : Dessin, à l’échelle 1 de la carte fille pour le récepteur.

Figure 15 : Gros plan sur le couple carte mère/carte fille du récepteur.

La modification à apporter au RX est à peine plus compliquée que celle du TX.
En effet, le récepteur ne disposant pas de dip-switch pour fixer la fréquence, il faut donc en intégrer un sur la platine de remplacement du microcontrôleur et le tour est joué.
Pour s’éviter des problèmes, certaines pattes sont portées au niveau haut. Néanmoins, la patte 7 doit être exclue de ce système. Veillez donc à la couper sur le support à wrapper, après l’avoir soudée à la carte fille, bien entendu !

Comment programmer la fréquence ?
La fréquence de travail du TX et du RX se paramètre en agissant sur le dip-switch à 8 voies présent directement sur le circuit du transmetteur et sur la carte fille du récepteur.
Partant de la fréquence de base de 2,400 GHz, il est possible d’augmenter la valeur jusqu’à 2,655 GHz, par pas de 1 MHz. La valeur à additionner à la fréquence de base, dépend des micro-interrupteurs qui se trouvent en position ON (figure 16a).
Chacun d’eux a un “poids” qui va en augmentant de la gauche vers la droite.
Par exemple, le premier micro-interrupteur (s’il est placé en position ON) vaut 1, le cinquième vaut 16 et ainsi de suite. En additionnant le "poids" des dif férents micro-interrupteurs actifs, on obtient la valeur (à ajouter à 2 400 MHz) de la fréquence générée ou reçue. Par exemple, si nous positionnons le dip-switch comme cela est indiqué sur la figure 16b, nous obtenons une fréquence de travail de 2 541 MHz (2 400 + 41), par contre, si nous positionnons le dipswitch comme cela est représenté sur la figure 16c, nous obtenons 2 427 MHz (2 400 + 27).


Figure 16a

Figure 16b

Figure 16c

Figure 16 : Comment programmer la fréquence ?

Les données à envoyer aux modules TX et RX
Nous reportons, dans ce tableau, la partie la plus significative du protocole I2C, nécessaire à la programmation de la fréquence de travail des modules HF. En pratique, le microcontrôleur doit envoyer une séquence de 4 octets, dont le premier et le dernier sont toujours identiques entre eux. Le premier octet identifie le dispositif à contrôler (le module HF), le quatrième octet, active les nouveaux paramètres contenus dans le second et dans le troisième octet. Se sont ces dernières données, les plus significatives qui contiennent les valeurs à assigner au diviseur programmable et qui permettent au PLL de générer la fréquence désirée (dans le cas du transmetteur) ou la fréquence de syntonisation (dans le cas du récepteur).

Figure 17a.

Figure 17a.

Figure 17 : Les données à envoyer aux modules TX et RX.

Figure 18 : Avec un fré-quencemètre "montant" à près de 3 GHz, il vous sera facile de mesurer la fréquence de votre sys-tème de transmission vidéo.

En pratique
Pour faire la modification proposée dans cet article, il vous faut réaliser ou vous procurer les circuits imprimés des figures 7 et 14 et y monter les quelques composants visibles sur les figures 5 et 12.
Si vous ne disposez pas d’un programmateur et si vous n’êtes pas particulièrement férus dans cette discipline, les microcontrôleurs sont évidemment disponibles déjà programmés.
La substitution des anciens microcontrôleurs par les nouveaux, doit être effectuée avec les modules éteints, alimentation débranchée (c’est évident !) et en faisant attention à la bonne insertion des supports à wrapper dans les supports existants.
Rappelez-vous que la broche 7 du circuit imprimé de remplacement du microcontrôleur n’est pas connectée au support de la carte mère (coupez-la, comme cela, vous n’y penserez plus).
Maintenant, reliez les entrées vidéo et audio au transmetteur et le moniteur au récepteur puis alimentez le tout.
Pour le TX, il est nécessaire d’utiliser une tension comprise entre 13 et 15 volts, pour le RX, 12 volts conviendront, pourvu, qu’ils soient parfaitement stabilisés (dans ce cas, supprimez le 7812 sur la platine).
Positionnez tous les micro-interrupteurs sur OFF et vérifiez que le signal est reçu parfaitement par le récepteur. Dans ce cas, les deux appareils fonctionnent sur 2 400 MHz exactement.
Essayez maintenant plusieurs combinaisons, en suivant l’exemple du tableau donné en figure 16.
Vous constaterez que notre système fonctionne parfaitement, quelle que soit la fréquence choisie. Si vous disposez d’un fréquencemètre adapté, vous pouvez aussi vérifier la fréquence exacte d’émission.
Dans un prochain numéro, nous présenterons d’autres projets réalisés avec ces modules, en particulier, un scanner audio/vidéo opérant entre 2 et 2,7 GHz.

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