Da qualche tempo, tra i vari progetti, stiamo conducendo alcuni esperimenti con l’apparato portatile Yaesu VX-5R; un ricetrasmettitore tri-banda (50/144/430 MHz) che stiamo restaurando e corredando di vari accessori, in vista di future prove tecniche e divertenti sperimentazioni. Tra le varie necessità emerse, la programmazione dei canali si è rivelata particolarmente importante; da qui l’idea di costruire un cavo di programmazione, e di documentarne il progetto.
Reperire oggi un cavo di programmazione adatto è diventato quasi “banale” (e poco radioamatoriale), grazie all’ampia disponibilità di prodotti on-line; in rete si trovano in vendita numerosi prodotti funzionanti. Data però la sua semplicità circuitale, abbiamo deciso di auto costruirlo, in pieno spirito radioamatoriale documentando il processo di realizzazione, inserendo alcune aggiunte personali ed infine segnalando il problema riscontrato lungo il percorso (e come risolverlo).
L’idea di scrivere questo articolo divulgativo nasce anche dalla necessità di fornire ulteriori informazioni sulla costruzione di questa interfaccia per lo Yaesu VX-5 e VX-5R; abbiamo constatato che il materiale informativo inerente alla programmazione moderna con PC è piuttosto scarso e le informazioni presenti in rete sono spesso incomplete, non risolte e discordanti.
Buona lettura!
INTRODUZIONE TECNICA E MATERIALI
Per realizzare l’interfaccia è doveroso e necessario comprendere cosa è realmente necessario per far dialogare questo apparato con un PC. La radio non dispone di una porta USB quindi la comunicazione dati per la lettura e per la scrittura dei canali avviene (come per moltissime altre radio) attraverso lo stesso jack che è adibito al microfono e all’altoparlante esterno. Nel caso del VX-5 il primo anello del jack (dopo la punta) è proprio adibito alla clonazione e allo scambio di dati radio-radio, oppure radio-computer.
Connessioni dati, altoparlante, microfono e PTT sul jack da 3,5mm dell’apparato Yaesu VX-5
Da qui nascono i primi due requisiti tecnici del progetto:
1° Serve un convertitore USB-TTL, per portare i dati con il protocollo del PC al livello logico di tensione atteso dalla radio;
2° Occorre realizzare un piccolo circuito di disaccoppiamento (composto da un diodo e da un resistore), per permettere all’interfaccia USB-TTL (con due linee logiche separate – TX e RX), di dialogare correttamente su un unico filo condiviso, senza che le due linee dati entrino in conflitto tra di loro.
Definiti questi due requisiti, la scelta dei componenti è quasi terminata. Per il dialogo con il PC, servirà un modulo convertitore FTDI “FT232RL“ (economico, affidabile e con driver stabili su qualunque sistema operativo), mentre per il lato radio in protocollo TTL, saranno invece necessari un diodo al silicio, un resistore e un jack maschio a 4 contatti.
Con questi elementi si può passare dalla teoria, alla vera e propria “lista della spesa”:
| COMPONENTE | SPECIFICHE TECNICHE | NOTE TECNICHE |
|---|---|---|
| Modulo convertitore USB-TTL |
FTDI FT232RL | Scheda con Chip FTDI originale (raccomandiamo di evitare i cloni). La scheda può avere una porta USB-A standard o il formato di USB che più preferite. |
| Diodo al silicio | Sigla “1N4148” | Diodo al silicio per uso generico |
| Resistore | 10 kΩ (potenza 0,25 W) | Pull-up sulla linea dati |
| Resistore (LED alimentazione) |
330-470 Ω (potenza 0,25 W) | Scelta opzionale |
| 2 Resistori (LED TX/RX) | 1 kΩ (potenza 0,25 W) | Scelta opzionale |
| 3 Diodi LED (3.3V, RXD e TXD) |
Dimensioni e colorazioni a scelta | Scelta opzionale, per indicare alimentazione e passaggio dati TX/RX |
| Connettore Jack audio maschio |
Diametro 3,5mm di tipo TRRS saldabile | Il jack adottato deve essere compatibile con l’apparato e dovrà subire alcune modifiche. |
| Contenitore | Scatolino in plastica per prototipi o un contenitore simile | Per alloggiare il circuito una volta terminato. Alcuni FTDI ne sono già provvisti. |
| Cavo di collegamento | Cavo audio schermato a due conduttori con guaina in PVC. Conduttori in rame multi filare. | Scegliere un cavo con due conduttori di sezione sottile. Molto meglio se il cavo è dotato anche di una calza schermante. Si può anche recuperare da vecchi auricolari o da cavi dati. |
I componenti utilizzati per la realizzazione sono di facile reperibilità ed hanno un costo molto contenuto (anche rispetto alle opzioni commerciali già pronte e disponibili in vendita). Per realizzare l’interfaccia di programmazione sarà necessaria una minima dose di manualità, della pazienza ed alcuni strumenti e utensili di elettronica come un multimetro, un saldatore, delle forbici, ecc…
LO SCHEMA ELETTRICO
Come precedentemente accennato, il pin dati (saldato sull’anello “R1” del jack) condivide le funzioni “RX DATA” e “TX DATA“, dando luogo ad una comunicazione “half-duplex“, mentre il modulo FTDI espone due linee dati fisicamente separate (RXD e TXD). Bisogna quindi unirle correttamente, affinché non entrino in conflitto nel pilotare la stessa linea del jack. La soluzione è inserire il diodo 1N4148 tra il pin TXD e il nodo dati, con il catodo (polo negativo – fascetta nera del diodo) orientato verso TXD.
Funzionamento della linea di ricezione e trasmissione:
Il diodo lascia scorrere la corrente in un solo senso, dal nodo verso TXD; quando TXD è a livello logico basso la corrente fluisce e trascina con sé la linea dati; quando TXD torna invece a livello logico alto, il diodo smette di condurre e il pin resta di fatto “scollegato”, senza alcuna influenza sulla linea dati. È così che TXD diventa una via di sola andata verso il livello logico basso. Tale concetto in elettronica digitale viene denominato uscita in configurazione “open collector“.
A mantenere la linea dati a livello logico alto in ogni altro momento, provvede invece il resistore di pull-up, collegato tra il nodo RX-TX e il pin 3,3V del modulo: è lui a stabilire lo stato di riposo, non TXD. Questo lascia la radio libera di intervenire sulla stessa linea quando è il suo turno di trasmettere dati, semplicemente portandola a livello logico basso, senza che il diodo generi alcun conflitto. Il pin RXD, dal canto suo, legge in ogni istante lo stato reale della linea, chiunque la stia pilotando (PC o radio); quando è la radio a farlo, RXD ne riceve i dati; quando è lo stesso TXD a farlo, RXD ne legge anche una copia (un’eco normale, che il software di programmazione filtra automaticamente).
Una particolare attenzione va rivolta all’orientamento del diodo: se invertito, TXD non riesce più a portare la linea a livello basso, e la radio smette di ricevere dati. Per questo vale la pena verificarne il verso con un multimetro in modalità “test diodo o continuità” prima di saldare il tutto in modo definitivo.
Per approfondire i livelli logici TTL del modulo FTDI FT232R ed avere un’idea più chiara, vi consigliamo di consultare questo documento: FT232R USB UART IC Datasheet – FTDI
Funzionamento dei LED di stato:
Per arricchire la dotazione dell’interfaccia, sono stati aggiunti inoltre tre LED di stato: uno di alimentazione, uno per il monitor dati TXD e uno per visualizzare il flusso di RXD. Va però segnalato che i LED di RXD e TXD non lampeggiano in maniera percepibile durante la programmazione; alla velocità di 9600 baud, ogni bit dura meno di un millisecondo, un arco di tempo troppo breve perché l’occhio riesca a distinguere la luce come un’accensione separata a lampeggio. Durante il trasferimento dati, i LED appariranno semplicemente sempre accesi. È un comportamento inatteso ma normale per un collegamento LED diretto come questo. Ciò non indica alcun malfunzionamento sui LED, questi ultimi restano comunque un’indicazione visiva utile per capire che il circuito è alimentato e collegato correttamente. Qualora non desideraste aggiungere i LED, il circuito sarà ugualmente funzionante.
Lo schema elettrico:
Al fine di condividere la nostra sperimentazione, con la speranza inoltre di aiutare altri radioamatori con necessità simili alle nostre, abbiamo deciso di rendere pubblico lo schema elettrico con le connessioni esatte e tutti i dettagli realizzativi.
PREMI SULLA SEGUENTE IMMAGINE PER SCARICARE LO SCHEMA IN PDF.
AVVERTENZE OPERATIVE
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LA REALIZZAZIONE
Costruire questo cavo è molto semplice e richiede di effettuare alcune saldature, connettendo sui pin laterali del convertitore i vari componenti passivi. Sarà inoltre necessario ed importantissimo effettuare una modifica “meccanica” al jack da 3,5mm.
La realizzazione dell’interfaccia si riassume quindi nelle quattro seguenti fasi:
FASE 1: Saldare i componenti passivi al convertitore FT232RL (come da precedente schema);
FASE 2: Saldare il cavetto ai componenti passivi precedentemente saldati alla scheda (come da precedente schema);
FASE 3: Modificare la struttura metallica del jack da 3,5mm come indicato nelle prossime immagini;
FASE 4: Saldare l’altra estremità del cavo al connettore jack (come da precedente schema).
Le prime prove con il modulo USB e il collegamento dei componenti passivi.
I primi test di collegamento con dei cavetti provvisori. Alla ricerca del guasto.
La ricerca del malfunzionamento:
Durante i primi test, nonostante lo schema elettrico fosse corretto e i collegamenti fossero stati verificati più volte, la radio restituiva sempre il messaggio “CLONE ERROR“, senza mostrare le normali fasi “CLONE TX“, “CLONE WAIT“ e “CLONE RX“. Il problema sembrava riguardare il circuito di interfaccia, perciò sono stati controllati il modulo FTDI, i componenti passivi, la continuità dei collegamenti e persino provati software diversi (tra cui CHIRP e VX-5 Commander), ma senza ottenere alcun esito positivo.
IL VERO ERRORE:
La causa è stata individuata dopo uno scambio di opinioni con l’amico radioamatore e sperimentatore Marco IU3HVW, analizzando una seconda interfaccia da lui realizzata in precedenza. Il jack da 3,5 mm da noi utilizzato aveva la connessione sleeve (GND) circa 2 mm più corta del necessario e non riusciva a raggiungere il contatto di massa interno della presa MIC/SP. Una volta allungato l’anello Sleeve attraverso una delicata operazione, la radio ha iniziato a mostrare (sia sul suo display che sul PC), le fasi di clonazione correttamente, permettendo la lettura e la scrittura delle memorie senza errori.
Il cuore del problema risiede quindi nella lunghezza standard della sleeve nei jack commerciali, che per questo modello risulta inadeguata e necessita di una modifica.
Smerigliatura del jack con l’ausilio di una fresa tipo Dremel, asportando circa 2mm di materiale metallico tra la sleeve del jack e la filettatura per il contenitore plastico.
Risultato prima e dopo: a sinistra il jack da 3,5mm senza alcuna modifica, a destra lo stesso connettore dopo la smerigliatura.
Si può notare l’allungamento dell’area metallica inseribile corrispondente alla massa.
NOTA BENE: durante la fase di smerigliatura (e anche di saldatura dei fili al terminale del jack), è importante operare velocemente, effettuando alcune pause (facendo raffreddare il connettore). Qualora le operazioni di saldatura o di smerigliatura fossero troppo prolungate, le plastiche nere isolanti interne rischierebbero di surriscaldarsi e quindi sciogliersi, compromettendo il funzionamento e le connessioni del jack. Controllate più volte nel mentre la continuità elettrica del jack tra gli anelli e i contatti di saldatura.
Qualora alcune componenti del jack dovessero muoversi o risultare dondolanti dopo la smerigliatura, un opzione può essere quella di incollare con precisione una piccola zona di jack, facendo attenzione a non isolare con la colla le parti conduttive di tutta la lunghezza della sleeve. Operate con delicatezza, in quanto risulta molto semplice danneggiare questi connettori!
Inserimento del modulo e del cavo intestato all’interno di un piccolo contenitore per piccoli prototipi elettronici.
La tipologia di cavo utilizzata tra il jack e il modulo FTDI. Maggiori informazioni sul cavo nel paragrafo sui materiali.
I primi test di dialogo tra radio, interfaccia e PC. Il cavo bianco corrisponde a una linea di alimentazione esterna. Per la programmazione la radio va alimentata esternamente o tramite la sua batteria.
Le connessioni dell’interfaccia all’interno del contenitore.
IL RISULTATO FINALE
PROGRAMMAZIONE LATO PC
Una volta completata la realizzazione dell’interfaccia, il collegamento al PC è pronto, grazie al chip FTDI, riconosciuto nativamente dai driver di sistema più recenti sia su Windows che su Linux. Resta però da individuare correttamente la porta seriale virtuale assegnata al dispositivo, passaggio necessario prima di aprire i software di programmazione.
– Su Windows, è sufficiente aprire il pannello “Gestione dispositivi“ (tasto Windows + X) e cercare la voce “Porte (COM e LPT)“: il modulo comparirà in lista come USB Serial Port (COM*), dove “*” è il numero progressivo assegnato dal sistema. È proprio quel numero (es. COM4) a dover essere selezionato successivamente nel software di programmazione.
– Sulle distribuzioni Linux, il modulo viene esposto come dispositivo a blocchi nella cartella /dev, tipicamente con il nome /dev/ttyUSB0 (o un numero progressivo superiore se sono già presenti altre periferiche seriali USB). È possibile verificarlo rapidamente da terminale con il comando ls /dev/ttyUSB*.
Per la programmazione dell’apparato possono essere utilizzati vari software. I più famosi per questa serie di Yaesu sono VX-5 Commander e Chirp. Per la prova effettuata nell’articolo abbiamo utilizzato Chirp, il quale (oltre a essere un software gratuito e multipiattaforma), ha una vasta community di supporto e un sito ricco di dettagli.
In ogni modo, la procedura di Chirp rimane molto simile a quella di VX-5 Commander.
LEGGERE IL CONTENUTO DELLA RADIO CON CHIRP
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SCRIVERE IL CONTENUTO SULLA RADIO CON CHIRP
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CASISTICHE FREQUENTI: qualora la radio non dovesse dialogare con il PC o si dovesse comportare in modo anomalo, una procedura utile è quella di eseguire un reset generale spegnendo la radio e riaccendendola, mantenendo premuti contemporaneamente i tasti indicati per la procedura di FULL RESET (che azzera anche le memorie già programmate – quindi da usare con cautela e solo in caso di reale necessità). Un altro consiglio per le interfacce auto costruite è quello di ruotare o inserire alcune volte delicatamente il jack, nella speranza di avere un contatto solido. Nel nostro caso, dopo la modifica hardware del jack, la radio viene letta e si fa scrivere dal PC nell’immediatezza.
PROCEDURA DI FULL RESET DA TASTIERINO
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POTENZIALI COMPATIBILITÀ
Il circuito costruito per questo apparato dovrebbe potenzialmente funzionare anche su altri ricetrasmettitori Yaesu che condividono lo stesso connettore jack TRRS da 3,5mm e un simile pin-out: dovrebbero rientrare in questa famiglia i modelli VX-1R, VX-2R, VX-3R, VX-5R (e la variante VX-5 non-R), oltre a FT-50, FT-60 e VX-110/150/170. Si tratta di apparati che, pur differendo per bande operative e funzioni, condividono in linea di massima la stessa tipologia di interfaccia di clonazione lato hardware. L’anello del jack adibito ai dati, talvolta potrebbe cambiare di posizione.
NOTA BENE: Nonostante la potenziale compatibilità di questa interfaccia con i modelli precedentemente elencati, vi consigliamo sempre di analizzare e studiare più fonti on-line e consultare i manuali utente. Anche in questo caso, per la realizzazione del cavetto su modelli compatibili; vi ricordiamo di operare sull’apparato solo qualora foste sicuri e a conoscenza del potenziale rischio e dei danni a cui potreste andare incontro!
FONTI CONSULTATE
– Yaesu Corporation – VX-5R Operating Manual — yaesu.com;
– Argent Data Systems – Radio Wiring — wiki.argentdata.com;
– PinoutGuide.com – Yaesu/Vertex VX and FT series Handheld Microphone/Speaker Mic pinout — pinoutguide.com;
– K0KN – Schema per Yaesu VX-5R con interfaccia MAX232 — qsl.net/k0kn;
– KC1SLE – Yaesu FT-90 Programming Cable DIY Instructions — kc1sle.com;
– Brian Dorey – Yaesu VX-6 New Data Cable Fix — briandorey.com;
– CHIRP – Programma per memorizzare i canali radio chirpmyradio.com;
– FTDI – FT232R USB UART IC Datasheet – Riferimento per i livelli logici TTL del modulo utilizzato — ftdichip.com.
CONCLUSIONI
Siamo giunti al termine di questo articolo. Ci auguriamo che i contenuti da noi pubblicati, possano essere utili ad arricchire la documentazione radioamatoriale presente in rete, aiutando inoltre tutti i radioamatori che desiderano auto costruire divertendosi. Un doveroso grazie va rivolto inoltre all’amico radioamatore e sperimentatore Marco IU3HVW, che ha fornito un preziosissimo aiuto e scambio di informazioni durante la fase di ricerca delle problematiche che impedivano all’interfaccia di funzionare correttamente e di dialogare con il PC.
Vi auguriamo buone sperimentazioni!
Un saluto da Mattia IV3JTH e il Team di IV3 RadioLab
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