VN-L5シリーズの組み立て操作マニュアルができました。キット頒布に先行して公開します。
マニュアルのpdfファイルはここに置いてありますのでダウンロード、閲覧はご自由にどうぞ。
ただし無断2次配布や他所へのアップロードは禁止です。
実際のキットの頒布はまだもうしばらくお待ちください。
2020年11月7日土曜日
2020年10月19日月曜日
キットの頒布しばらくお休みします
久しぶりの投稿で何ですが、諸般の事情によりすべてのキット（Keyer Mini-V2 Revision2, VN-xx02シリーズ, QPM-01, VN-L5）頒布を11月末までお休みさせていただきます。
この記事投稿時点まで受け付けた分は準備出来次第発送します。
頒布再開時にアナウンスします。
Due to various reasons, I will be taking a break from distribution of all kits (Keyer Mini-V2 Revision2, VN-xx02 series, QPM-01, VN-L5) until the end of November.
I will send out the kits which were received until the end of this article as soon as they are ready.
I will announce when the distribution will resume.
19 Oct. 2020
Kuniharu Ono
2020年8月5日水曜日
VN-L5シリーズ正式リリース版ほぼ完成
VN-L5シリーズ（VN-160L5, VN-80L5）は人柱版頒布から約半年かけて正式リリース版がほぼ完成しました。
サイズ的には従来のVN-xx02シリーズと比較して5mmほど厚くなる程度に抑えました。
ハードウエア的には基本構成こそVN-xx02シリーズを基にしていますが、いろいろと手を加えています。
まず送信部ですが、終段をE級プッシュプル増幅回路とし電源用の大きなMOSFETに変更するなど強化した結果、電源電圧14.5V前後で20W出力可能になりました。QRPで運用する場合は7.4V（リチウムイオン電池2セル直列）に下げるとちょうど5Wとなり余裕をもって運用できます。また高効率のおかげでヒートシンクなしでも通常CW運用に耐えられます。一方出力が20Wクラスと比較的高出力のため保安機能（フューズやSWRが著しく上昇（アンテナトラブルなど）した場合の保護機能（高SWR検出し終段への電源を遮断）を付加しました。さらにプッシュプル増幅のおかげで偶数次の高調波レベルが比較的低く、LPFは定K型2段の最低限の構成でも新スプリアス基準を十分クリアしています。
受信部はVN-xx02の構成（高1中2）を継承していますが、ミクサーにはNJM2594というバランスドモジュレータICを、検波にはショットキーダイオードを使ったオーソドックスなリング検波に変更しAFアンプとAGCアンプの定数を見直して部品点数も幾らか減らしました。
コントロール部はVN-xx02シリーズと同じPIC24FV32KA302を使っていますが（パッケージはSOICからSSOPに変更しています）、表示部を従来の8ｘ2から16ｘ2タイプに変更し表示を充実させています。また電源スイッチについては比較的大きな電流が流れることからVRのスイッチでは余裕がないため、TX部の基板に装着したPch-MOSFET（μPA2815T1S）をVRのスイッチで制御して電源をオンオフするというスタイルにしました。
というわけでハード的には思い描いていた機能などはすべて実装できました。
ソフト的にもいろいろと機能追加など行いました、LCDは16ｘ２に変更したことから表示領域が広くなったため Sメーター表示の変更、XIT機能、VFO B、電源電圧表示、送信パワー、SWR表示、高SWR（10以上の極端な高SWR）時終段への電源供給をストップしてMOSFETへの長時間のドレイン電圧上昇による焼損を回避する機能を追加しました。
３Dプリンタでサイドパネルを作成してスピーカーも内蔵できるようにしました。
また本体に装着する小型のパドルも後ほど追加できるようにしたいところです。
これでほぼ正式頒布版は完成しましたが、部品調達やマニュアル作成など作業はまだ残っています。
引き続き進めていきます。
サイズ的には従来のVN-xx02シリーズと比較して5mmほど厚くなる程度に抑えました。
ハードウエア的には基本構成こそVN-xx02シリーズを基にしていますが、いろいろと手を加えています。
まず送信部ですが、終段をE級プッシュプル増幅回路とし電源用の大きなMOSFETに変更するなど強化した結果、電源電圧14.5V前後で20W出力可能になりました。QRPで運用する場合は7.4V（リチウムイオン電池2セル直列）に下げるとちょうど5Wとなり余裕をもって運用できます。また高効率のおかげでヒートシンクなしでも通常CW運用に耐えられます。一方出力が20Wクラスと比較的高出力のため保安機能（フューズやSWRが著しく上昇（アンテナトラブルなど）した場合の保護機能（高SWR検出し終段への電源を遮断）を付加しました。さらにプッシュプル増幅のおかげで偶数次の高調波レベルが比較的低く、LPFは定K型2段の最低限の構成でも新スプリアス基準を十分クリアしています。
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| アンテナ側の送受切り替えは小型リレーを使っています |
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| 右下の端子はバッテリー電源用のT型コネクタです |
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| Si5351Aからの送信用信号の矩形波からトランスで180°位相差信号を作り、3ステートバッファロジックICの各々3つのバッファを並列接続したものに接続して、バッファ出力から終段の各NchMOSFETのゲートを駆動 |
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| 複同調回路で使用するLをトロイダルコイルからチップインダクタに変更 中間周波数への周波数変換回路にはDBMモジュールからNJM2594Vに、ショットキーダイオードなどディスクリートで構成した検波回路に変更 |
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| 送信部の基板に重ねたときに送信部のパーツと干渉してしまうため、検波回路のトランスは裏に装着 |
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| AFとAGC増幅には4回路入りの単電源オペアンプICを使い、回路も少し簡略化しました |
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| VRのスイッチはTX基板上のPchMOSFETのゲートに接続して電源オンオフの制御をしています |
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| PICはSSOPパッケージに変更 基板上の部品密集度はそれほど高くありません |
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| 送信時のAFミュート回路やSi5351AのVDDとVDDO間にデカップリングなど追加しました。 |
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| 裏側のTコネクタは同じコネクタを持つラジコンなどでよく使われているリチウムイオンやニッケル水素2次電池が接続できるように増設しました |
ソフト的にもいろいろと機能追加など行いました、LCDは16ｘ２に変更したことから表示領域が広くなったため Sメーター表示の変更、XIT機能、VFO B、電源電圧表示、送信パワー、SWR表示、高SWR（10以上の極端な高SWR）時終段への電源供給をストップしてMOSFETへの長時間のドレイン電圧上昇による焼損を回避する機能を追加しました。
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| SWR表示 |
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| 送信パワー表示 |
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| 高SWR表示（SWR>10) |
３Dプリンタでサイドパネルを作成してスピーカーも内蔵できるようにしました。
また本体に装着する小型のパドルも後ほど追加できるようにしたいところです。
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| 80ｍ版 VN-80L5（左後ろ側）160ｍ版 VN-160L5（右下の前） |
引き続き進めていきます。
2020年6月16日火曜日
USB入りのPICにブートローダを仕込む実験の備忘録
マイクロコントローラ(マイコン）にファームウエアなど実行ファイルをプログラムするのには、たいていはそれ専用のプログラマ（PICではPickitシリーズ、AVRではAVRISP、STMではST-Linkなど）が必要になります。
しかしデバイス自身にプログラムが可能なマイコンであれば、ブートローダという書き込み専用プログラムをデバイスに組み込むことで、外から転送された実行ファイルを自身のフラッシュメモリに書き込む事が出来るので、いちいち専用のプログラマを取り出して書き込みしなくても済みます。
転送方法はUARTとUSBが主のようで、PC側では転送用のソフトウエアを用意することにより基本的にPCさえあればいくらでもファームウエアの書き換えが可能になります。
Arduinoはブートローダがすでにマイコンに組み込まれた状態で販売されています。ユーザーはArduino IDEさえPCにインストールすれば、このソフトウエアだけでコードを書いて、コンパイル、そしてUSBなどを経由して簡単にプログラミングが出来てしまうという手軽さからいろんな電子工作界隈で普及しています。（もう少し高度なMbedもそうですね。Raspberry Piもありますが、近年ほとんどPC化しているのでもう別物です（笑））
もちろん無線電子工作のAKCのメンバーも自作機器の制御に好んでArduinoを使っておられます。
Arduinoが好きじゃないわけではありませんが、同じことしても面白くないしPICでも簡単にできないだろうかと思っていました。もともとUSB内蔵のPICでPIC18F14K50は以前から秋月で扱っておりマイコンボードも購入していましたが、USB対応には外付けXTAL発振が必要で2ポート取られるためいまいち乗り気にならずそのまま放置状態でした。しかしつい最近（1年ほど前から扱っているようですが）PIC16F1459というUSB対応のモデルを見つけました。EEPROMは内蔵していませんが、外付けXTALを必要とせず内部発振でUSB対応可能な点に惹かれ、早速秋月から取り寄せてブートローダ組み込みとプログラミング実験を行いました。
１．ブートローダ組み込みで必要なモノ
・USB内蔵PIC
これがないと始まりません（笑）今回はPIC16F1459を取り寄せました。DIPタイプは秋月で1個190円とPIC18F14K50より安価でピンコンパチです。
・周辺部品
実験用なのでブレッドボードで組みますが、0.1μFのパスコンと3.3Vレギュレータ用の0.33μF程度のパスコン、ブートローダ起動選択用のボタンとポート用プルアップ抵抗10kΩ、ステータス表示用のLEDと電流制限抵抗1kΩ、microUSBコネクタDIP変換ボード、配線ワイヤ、USBコード（microUSB-USBtypeA）くらいでしょうか。
・PC
言わずもがなですが、私はWindows10の自作PCを使っています。
２．ブートローダイメージファイルの準備
ブートローダのhexファイルはmicrochipでは公開されていません。MLAといういろいろなサンプルコード集の中からブートローダ用サンプルプロジェクトをMPLAB X IDEに取り込んでXC8pro版でコンパイルし、PICにプログラムしなくてはなりません。
ネット検索で内蔵発振に対応したブートローダのhexファイルを見つけることができるかもしれません。見つけたらダウンロードし実験用として利用するのも手です。
一方自前でファイルを生成する場合ですが、XC8のpro版を個人で所有するケースは稀です。Free版の場合でも少々コードを変更するとコンパイル通りますが、ファイルサイズは大きくなります。手順は検索するといくつか出てきますので参考にする事が出来ます。
それとはまた別にファイルサイズが極めて小さくなるブートローダもGitHubで公開されています。
３．PICへのブートローダのプログラミング
ブートローダの組み込みにはPickit3などのプログラマはやはり必要です。MPLAB X IDEでブートローダをコンパイルして直接プログラムするか、hexファイルをMPLAB X IPEで取り込み通常通りにPICにプログラムします。
４．ブートローダの起動とユーザ作成ファイルのプログラム
あらかじめHIDBootloaderWindowsというソフトをダウンロードし起動させ、ブートローダ起動選択ボタンを押しながらPIC側からPCのUSBコネクタに接続するとPCがPICを認識します。HIDBootloaderWindowsで接続が確認されたら、ユーザ作成のファイルを選択してプログラムボタンを押すとPICに書き込まれます。リセットボタンを押すとユーザ作成のソフトが起動します。
５．ユーザプログラムをビルドする上での注意点
PICに組み込んだブートローダが格納されているメモリ領域を避ける設定を加えます。詳細はネット上に解説がいくつかあるので検索してください。
６． ブートローダのデメリットについて
・フラッシュメモリの消費
ブートローダはPICのフラッシュメモリに格納されているので、その分ユーザアプリケーションで使える容量が減ります。PIC16F1459の場合約3分の1が消費されます。XC8Free版で生成された場合それ以上にフラッシュメモリ領域が占有されてしまいます。
・venderID, productIDについて
個人的な実験や使用についてはあまり問題はないのですが、小ロット頒布を含めて商用利用する場合は少なくともUSB-IFへの申請が必要になりますとくにMLAを利用する場合microchip社との契約も必要になるかもしれません。かかる費用もそれなりに高く個人での利用はかなり難しいです。（ただしある一定数の範囲内のものについては、サブライセンスにするなどメーカーによっては敷居が低い場合もあるようです。）
ともあれ取り寄せたPIC16F1459にブートローダを組み込み、テスト用プログラムを書いてビルドしたファイルをPickit3なしでプログラムして動作させる事が出来ました。
Arduino IDEとまではいきませんが、専用プログラマーなしでプログラムできるのは快適ですね。
しかしデバイス自身にプログラムが可能なマイコンであれば、ブートローダという書き込み専用プログラムをデバイスに組み込むことで、外から転送された実行ファイルを自身のフラッシュメモリに書き込む事が出来るので、いちいち専用のプログラマを取り出して書き込みしなくても済みます。
転送方法はUARTとUSBが主のようで、PC側では転送用のソフトウエアを用意することにより基本的にPCさえあればいくらでもファームウエアの書き換えが可能になります。
Arduinoはブートローダがすでにマイコンに組み込まれた状態で販売されています。ユーザーはArduino IDEさえPCにインストールすれば、このソフトウエアだけでコードを書いて、コンパイル、そしてUSBなどを経由して簡単にプログラミングが出来てしまうという手軽さからいろんな電子工作界隈で普及しています。（もう少し高度なMbedもそうですね。Raspberry Piもありますが、近年ほとんどPC化しているのでもう別物です（笑））
もちろん無線電子工作のAKCのメンバーも自作機器の制御に好んでArduinoを使っておられます。
Arduinoが好きじゃないわけではありませんが、同じことしても面白くないしPICでも簡単にできないだろうかと思っていました。もともとUSB内蔵のPICでPIC18F14K50は以前から秋月で扱っておりマイコンボードも購入していましたが、USB対応には外付けXTAL発振が必要で2ポート取られるためいまいち乗り気にならずそのまま放置状態でした。しかしつい最近（1年ほど前から扱っているようですが）PIC16F1459というUSB対応のモデルを見つけました。EEPROMは内蔵していませんが、外付けXTALを必要とせず内部発振でUSB対応可能な点に惹かれ、早速秋月から取り寄せてブートローダ組み込みとプログラミング実験を行いました。
１．ブートローダ組み込みで必要なモノ
・USB内蔵PIC
これがないと始まりません（笑）今回はPIC16F1459を取り寄せました。DIPタイプは秋月で1個190円とPIC18F14K50より安価でピンコンパチです。
・周辺部品
実験用なのでブレッドボードで組みますが、0.1μFのパスコンと3.3Vレギュレータ用の0.33μF程度のパスコン、ブートローダ起動選択用のボタンとポート用プルアップ抵抗10kΩ、ステータス表示用のLEDと電流制限抵抗1kΩ、microUSBコネクタDIP変換ボード、配線ワイヤ、USBコード（microUSB-USBtypeA）くらいでしょうか。
・PC
言わずもがなですが、私はWindows10の自作PCを使っています。
２．ブートローダイメージファイルの準備
ブートローダのhexファイルはmicrochipでは公開されていません。MLAといういろいろなサンプルコード集の中からブートローダ用サンプルプロジェクトをMPLAB X IDEに取り込んでXC8pro版でコンパイルし、PICにプログラムしなくてはなりません。
ネット検索で内蔵発振に対応したブートローダのhexファイルを見つけることができるかもしれません。見つけたらダウンロードし実験用として利用するのも手です。
一方自前でファイルを生成する場合ですが、XC8のpro版を個人で所有するケースは稀です。Free版の場合でも少々コードを変更するとコンパイル通りますが、ファイルサイズは大きくなります。手順は検索するといくつか出てきますので参考にする事が出来ます。
それとはまた別にファイルサイズが極めて小さくなるブートローダもGitHubで公開されています。
３．PICへのブートローダのプログラミング
ブートローダの組み込みにはPickit3などのプログラマはやはり必要です。MPLAB X IDEでブートローダをコンパイルして直接プログラムするか、hexファイルをMPLAB X IPEで取り込み通常通りにPICにプログラムします。
４．ブートローダの起動とユーザ作成ファイルのプログラム
あらかじめHIDBootloaderWindowsというソフトをダウンロードし起動させ、ブートローダ起動選択ボタンを押しながらPIC側からPCのUSBコネクタに接続するとPCがPICを認識します。HIDBootloaderWindowsで接続が確認されたら、ユーザ作成のファイルを選択してプログラムボタンを押すとPICに書き込まれます。リセットボタンを押すとユーザ作成のソフトが起動します。
５．ユーザプログラムをビルドする上での注意点
PICに組み込んだブートローダが格納されているメモリ領域を避ける設定を加えます。詳細はネット上に解説がいくつかあるので検索してください。
６． ブートローダのデメリットについて
・フラッシュメモリの消費
ブートローダはPICのフラッシュメモリに格納されているので、その分ユーザアプリケーションで使える容量が減ります。PIC16F1459の場合約3分の1が消費されます。XC8Free版で生成された場合それ以上にフラッシュメモリ領域が占有されてしまいます。
・venderID, productIDについて
個人的な実験や使用についてはあまり問題はないのですが、小ロット頒布を含めて商用利用する場合は少なくともUSB-IFへの申請が必要になりますとくにMLAを利用する場合microchip社との契約も必要になるかもしれません。かかる費用もそれなりに高く個人での利用はかなり難しいです。（ただしある一定数の範囲内のものについては、サブライセンスにするなどメーカーによっては敷居が低い場合もあるようです。）
ともあれ取り寄せたPIC16F1459にブートローダを組み込み、テスト用プログラムを書いてビルドしたファイルをPickit3なしでプログラムして動作させる事が出来ました。
Arduino IDEとまではいきませんが、専用プログラマーなしでプログラムできるのは快適ですね。
2020年6月3日水曜日
各プロダクト用ケース３Dデータ公開
今年になってから続いているCOVID-19蔓延で外出自粛が続く中、自主頒布キットの頒布依頼を多くいただきました。しかしながら頒布準備作業で手いっぱいになってしまったため今月から受付を停止させていただき、次期プロダクトの開発試作を進めることにしました。
とくにケースについては３Dプリンタ出力に頼っており、１セット分を出力するのに半日はかかるため各キットに同梱することがなかなかできていません。
そんなわけで停止期間中何もないのも申し訳ないので、今までのプロダクト用のケースの３Dデータを公開します。
STLファイルで提供しますので大抵のスライサーで読み込み可能だと思います。（ちなみに自分の環境ですが、スライサーにはUltimate Curaの最新版4.61を使いCR-10クローンのGeeetech社製A30プリンタで出力しています。）素材はPLAやABS、ほかのものでも多分問題ないでしょう。各素材の収縮率を加味して出力チャレンジしてみてください。
まずはVN-xx02シリーズ用サイドパネルです。以前のケースを一新して再設計しました。
下に小型のスピーカー（秋月電子通商のマイクロスピーカー） 内蔵可能です。
ツマミも再設計しました。チューニング用のツマミはクルクル連続して回せるように指を入れるくぼみをつけました。
取り付け用に新たにM3x15mmほどのビス8本ご用意ください。
STLファイルはこちらです。
次はKeyer Mini-V2 Revision2用のケースです。
こちらも新設計です。
旧ケースのような箱タイプではなく、４側面をカバーするタイプです。
底面は、底面のアクリル板を横からスライドさせてはめ込むタイプでビス止めは必要ありません。なお左右側面のパネルにはM3のネジ穴が出力されますが、一度M3用のタップを通してください。
STLファイルはこちらです。
表面の取り付けにM3x15mm程度のビス４本ご用意ください。
次にQRPディジタルVSWRメーターQPM-01用のサイドパネルです。
VN-xx02用と同様に４側面を覆うタイプのケースです。
FUNCボタン延長用のボタンもついています。
STLファイルはこちらです。
追加のビスは不要です。8mm高のスペーサと8本の透明なプラスチックビスをそのまま使用します。なお左右側面のパネルにはM3のネジ穴が出力されますが、一度M3用のタップを通してください。
最後にnanoVNA用のサイドバンパーです。頒布したものと同じデータです。
STLファイルはこちらです。
各々の圧縮ファイル内のexpand_rate.txtに各パーツの拡大率のサンプルを載せました。フィラメントやプリンターによって値が微妙に異なりますので、各自試行錯誤でお願いします。
【注意】
なおブログ本文へのリンクはご自由にしていただいても問題ありませんが、ファイル自体への直接リンクやファイルそのものの無断転載、第三者への無断譲渡は固くお断りいたします。
とくにケースについては３Dプリンタ出力に頼っており、１セット分を出力するのに半日はかかるため各キットに同梱することがなかなかできていません。
そんなわけで停止期間中何もないのも申し訳ないので、今までのプロダクト用のケースの３Dデータを公開します。
STLファイルで提供しますので大抵のスライサーで読み込み可能だと思います。（ちなみに自分の環境ですが、スライサーにはUltimate Curaの最新版4.61を使いCR-10クローンのGeeetech社製A30プリンタで出力しています。）素材はPLAやABS、ほかのものでも多分問題ないでしょう。各素材の収縮率を加味して出力チャレンジしてみてください。
まずはVN-xx02シリーズ用サイドパネルです。以前のケースを一新して再設計しました。
下に小型のスピーカー（秋月電子通商のマイクロスピーカー） 内蔵可能です。
ツマミも再設計しました。チューニング用のツマミはクルクル連続して回せるように指を入れるくぼみをつけました。
取り付け用に新たにM3x15mmほどのビス8本ご用意ください。
STLファイルはこちらです。
次はKeyer Mini-V2 Revision2用のケースです。
こちらも新設計です。
旧ケースのような箱タイプではなく、４側面をカバーするタイプです。
底面は、底面のアクリル板を横からスライドさせてはめ込むタイプでビス止めは必要ありません。なお左右側面のパネルにはM3のネジ穴が出力されますが、一度M3用のタップを通してください。
STLファイルはこちらです。
表面の取り付けにM3x15mm程度のビス４本ご用意ください。
次にQRPディジタルVSWRメーターQPM-01用のサイドパネルです。
VN-xx02用と同様に４側面を覆うタイプのケースです。
FUNCボタン延長用のボタンもついています。
STLファイルはこちらです。
追加のビスは不要です。8mm高のスペーサと8本の透明なプラスチックビスをそのまま使用します。なお左右側面のパネルにはM3のネジ穴が出力されますが、一度M3用のタップを通してください。
最後にnanoVNA用のサイドバンパーです。頒布したものと同じデータです。
STLファイルはこちらです。
各々の圧縮ファイル内のexpand_rate.txtに各パーツの拡大率のサンプルを載せました。フィラメントやプリンターによって値が微妙に異なりますので、各自試行錯誤でお願いします。
【注意】
なおブログ本文へのリンクはご自由にしていただいても問題ありませんが、ファイル自体への直接リンクやファイルそのものの無断転載、第三者への無断譲渡は固くお断りいたします。
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