Voile et Electronique : Christian Couderc

Après consultation des participants au réseau grand Sud ATV, et le retour d’expérience de Frédéric F4BXL à Toulouse, le projet de node 32*16

a été jugé trop ambitieux pour répondre aux besoins d’un petit node régional et inadapté pour une station d’amateur.
L’obstacle en est le coût élevé de l’outillage pour réaliser les deux cartes en 4 couches, celle de la matrice 4358 et celle des incrustateurs 4455, le tirage des premiers prototypes étant jugé trop cher pour une application amateur.
J’ai donc décide de mettre en sommeil ce lourd projet 32*16 et relancer un projet plus modeste et plus réaliste.
J’avais lancé il y a quelques années ce projet de routeur 8*8, pour lequel j’ai développé un logiciel graphique sous Windows pour tester le chip avec un simple port parallèle.
Je m’en suis totalement désintéressé, devant le manque d’ambition de cette réalisation et je n’ai pas poursuivi.
Je reprends donc cela maintenant sur de nouvelles bases.
Projet modeste orienté vers les besoins d’une station d’amateur
Circuit de le matrice très simple en gros composants au pas de 2.54 pour permettre un tirage de cuivre avec de petits moyens.
Carte microcontrôleur faible coût et très facilement disponible en kit complet (Elektor 50 €)
Cette carte est la même que celle prévue pour le projet 32*16 et servira aussi pour le node minimaliste, basé sur le hardware du petit routeur 8*8

Le développement du logiciel est commun à tous les projets ATV :
Petit switch 8*8 station amateur
Petit node ATV 8*8
Gros node ATV 32*16

Cette page décrit le partie switch 8*8 voies pour une station amateur ATV.
La page du routeur 32*16 montre les développements futurs pour l’adaptation à un node ATV 8*8 ou 32*16.
Une autre page va décrire la partie microcontrôleur qui pilote les routeurs.

Ceci est un brouillon en cours de développement.
Donnez votre avis en indiquant les erreurs et modifications à apporter.

À l’opposé du routeur très ambitieux avec matrice de 32*16 aux possibilités multiples déjà évoqué, nous parlons ici d’une réalisation modeste et accessible à très petit budget de matrice très simple 8*8 au pas de 2.54 (circuit à l’ancienne, réalisable par un amateur), sur base MAX4456.
Le MAX456, strictement compatible, est la version industrielle du MAX4456.

La première est la partie strictement vidéo, comme décrite dans la note d’application Maxim, mais avec quelques commutations supplémentaires pour accepter le pilotage série et parallèle. C’est la partie qui sera décrite dans cette page.
Cette petite carte est implantée dans une petite boite indépendante ainsi conçue simplement.
Face avant : les 8 BNC des sorties vidéo et une simple led indiquant la bonne liaison à la carte de pilotage.
Face arrière : les 8 BNC des entrées vidéo et une embase DB25 véhiculant les commandes et alimentations.

Un premier petit circuit permet d’évaluer le seule partie matrice et de débugger le logiciel. En version production, avec circuit imprimé professionnel, la prise DB25, la mire et les incrustations seront rajoutées. Ce schéma de principe ne montre pas les découplages.

Il est prévu dans ce projet de ne router que les signaux vidéo en bande de base, c’est à dira la vidéo pure mélangée aux porteuses son 6.5 MHz et éventuellement 6 MHz.
Dans le cas d’un node, on n’aiguille que des signaux de ce type, il n’y a pas de manipulations sur les voies son.
Pour la station amateur, tous les sons arrivent sur un pupitre de mixage et la sortie est commune à tous les départs.
Les niveaux audio sont ajustés avec les potentiomètres du pupitre.
Pour des besoins spécifiques il serait évidement possible de doubler la matrice vidéo par une carte identique (ou simplifiée) pour l’audio, mais cela semble inutile.

Dans l’application minimaliste, n’importe quel très petit microcontrôleur, PIC par exemple, peut piloter la carte.
Un contrôleur plus gros a été choisi car il gère beaucoup d’autres choses, comme les incrustations et les mires et en version node des dizaines d’autres fonctions.
Beaucoup d’amateurs ont découvert le PIC en version 16F84 avec quelques lignes de basic pour programmer le synthétiseur d’un Comtech et gérer un afficheur.
Par paresse, il leur est difficile de faire le pas vers des composants actuels et de tester d’autres langages.
Dans un souci pédagogique, une première version sera développée avec un noyau assembleur et une surcouche en C en famille 8051 comme décrit ici, puis une autre sur une base très moderne avec un puissant ARM 7.

La carte vidéo est évidement complètement indépendante de la carte de pilotage.

Le rôle d'une matrice vidéo est de relier une série d'entrées sur une série de sorties, à charge constante, avec toutes les combinaisons possibles (y compris une entrée vers les 8 sorties). Le logiciel contrôle toutes les combinaisons possibles.
Avec 8 entrées, 8 sorties, il y a 8*(8+1) = 72 possibilités (le +1 représente une mise à la masse d'une sortie).
La programmation est très simple, mais il est délicat de trouver une bonne ergonomie, de l'affichage et du clavier, afin que les changements soient faciles et intuitifs.
L'afficheur utilisé est un 2 lignes 24 caractères, mais pour le cas le plus simple, une ligne 8 caractères suffit.

La carte microcontrôleur gère aussi une entrée clavier pour un simple PC.
Ce clavier optionnel permet de rentrer très facilement le textes des incrustateurs (station amateur ou node ATV pendant la maintenance).
En exploitation normale, ce clavier n’est pas indispensable.

Si la matrice vidéo est éloignée de l’opérateur, une télécommande infrarouge universelle peut être utilisée en rajoutant un module de décodage I2C récupéré sur un vieux téléviseur.

Clavier dédié à 8 touches numérotées et lcd (très peu pratique à l'usage)

Un appui court sélectionne la sortie à changer, un deuxième appui sélectionne l'entrée à relier.
Les fonctions de mémorisation et de rappel mémoire sont moins pratiques, il faut jouer sur les appuis longs et les doubles touches.

Clavier rustique à 2 touches seulement (simple curiosité amusante et farfelue)

En attente, l’affichage est fixe. Les touches sont marquées « flèche à gauche », « flèche à droite. Un appui court sur l’une fait clignoter la colonne, les flèches permettent de sélectionner l’entrée à modifier. Au bout de quelques secondes sans action, le système repasse en attente.
Si pendant le clignotement, les deux touches sont appuyées simultanément, passage sur la sortie sélectionnée en mode « choix d’entrée ». Déplacement par les flèches. Idem, au bout de quelques secondes sans action, le système repasse en attente, les deux touches appuyées simultanément valident le choix.

J’ai aussi testé avec une seule touche, en jouant seulement sur appuis longs et courts, mais c’est plus délicat à manipuler par les non initiés (souvenir du Morse...).

Clavier dédié à N touches numérotées et leds, sans lcd (simple curiosité amusante et farfelue)

Il existe une autre solution astucieuse pour commander la matrice. C'est aussi un dispositif de commande universel adaptable à toute sorte de besoins.
Une simple rangée de boutons poussoirs, numérotés de 1 à N, avec une led associée à chaque poussoir, suffit. Le défaut est de ne pas indiquer facilement l'état actuel en permanence

Le principe est le suivant :
En fonctionnement, toutes les leds sont éteintes.
Un appui rapide sur une souche sélectionne la sortie à modifier. La led associée à la sortie clignote rapidement, la led associée à l'entrée en cours clignote lentement (les timings permettent d'identifier facilement les deux, y compris si entrées et sorties sont sur le même numéro de voie).
S'il n'y a pas d'autre appui, au bout se quelques secondes, tout s'éteint.
En cas d'erreur un autre appui rapide change la sortie.
Un appui long sélectionne l'entrée à associer.
Les doubles ou triples appuis donnent accès à d'autres fonctions.

Une autre page décrira cette interface à 4 fils, basée sur des registres à décalage et supportant quelques mètres de fils vers le boîtier du microcontrôleur. Cette interface gère des dizaines de poussoirs et les leds.
Voici un exemple de récupération d'une face avant de carte directement adaptable pour la réalisation.

Le circuit imprimé comporte simplement le circuit Maxim et les deux drivers.
Les 8 prises d'entrées et les 8 prises de sorties sont reliées par coaxiaux ou câble plat à la carte.
Il serait possible de monter les prises sur la carte mais la solution est moins souple pour s’adapter aux divers coffrets. Il est très facile de modifier le circuit proposé.
De cette boîte, partent et arrivent les 16 câbles coaxiaux, l'alimentation et un petit fil de quelques mètres vers le terminal de commande qui sera placé à portée de main.
Pour permettre à chacun d’adapter un boîtier à son goût, en minimisant la surface de la carte, les 16 sorties vers les coaxiaux allant aux BNC, seront au format embase sub click, il sera aussi possible de souder les coaxiaux directement sur la cartes sans prise.

Le circuit imprimé suit strictement la note d'application Maxim, avec les deux amplificateurs de gain deux, MAX497. Dans un premier temps, seul le MAX 4456 peut être monté en remplaçant les amplis par des straps.

Intégration d’une mire et d’un incrustateur sur une seule petite carte piggy bag pour génération de panneaux d’information

Le projet nécessite des mires pour régler les récepteurs est un OSD pour les identifications légales et plus. Le choix final a été de tout regrouper dans un seul composant.

La réglementation nous impose d’identifier nos stations pendant les émissions ATV. La méthode utilisée à ce jour, qui consiste à faire défiler un bandeau en bas de l’image est mauvaise et ne sera pas utilisée ici. Cela dénature les images, et dans le cas d’une émission passant par trois relais, il y a trois bandeaux qui se chevauchent, c’est illisible.
Mon idée est de ne pas toucher les vidéos mais d’alterner périodiquement sur chaque voie déclarée en émission, un écran OSD avec tous les identifiants utiles.
Par défaut, deux secondes chaque minute. Cela sera paramétrable au clavier pour chaque voie.

Ceci représente le minimum de commutations à réaliser pour une station amateur basique, c'est un début mais cela s'avère vite insuffisant. Pour une station plus complète, il y a beaucoup plus de sources et entrées !

Autres entrées :
RX 10 GHz, RX 5.6 GHz, incrustateurs, autres démodulateurs sat et récepteurs par bandes, caméscope, lecteur DVD, etc.

Sortie 0
La carte microcontrôleur pilote aussi un incrustateur texte STV5730 qui affiche en clair les aiguillages sur le moniteur principal, les entrées étant nommées en clair, dans le but d'une implantation sur un relais TV amateur.
On considère que le moniteur principal de la station est sur la sortie 1.
À chaque commande, le moniteur principal montre brièvement un panneau de texte indiquant l’opération exécutée et les états résultants.

Autres sorties :
TX 10 GHz, TX 5.6 GHz, autres émetteurs, incrustateurs, caméscope, etc.

Le chaînage d'une deuxième matrice permettant de passer 2 fois 7*7 sera plus confortable par la suite.

Utilisation avec deux matrices en cascade, permettant (presque) 14 entrées et 14 sorties

Le logiciel sait gérer les configurations simples ou doubles. Il est évidemment possible de chaîner plusieurs autres matrices, mais il faut alors adapter l'affichage et l'ergonomie du clavier pour contrôler un grand nombre de voies.

Dans le cas de la double matrice, la ligne du bas n'est plus fixe et inutile, mais sert alors à afficher les entrées de la deuxième matrice.
Les positions 7 pour la première et 0 pour la seconde disparaissent (la commutation est permanente) et les voies sont numérotées alors 0 à 6 pour la première et 7 à D pour la seconde.
Il est à remarquer que l'on ne peut évidemment pas parler réellement de 14 par 14 car une sortie peut bien recevoir une des quelconques entrées de sa matrice, mais avec un seul bouclage, un seul croisement est possible dans chaque sens entre les matrices. C'est donc une 2 fois 7 par 7, avec un pont.
Ce système s'avère un peu bâtard, dans beaucoup de cas il sera préférable de mettre 2 paires de straps et passer à une double matrice de 6*6 mais avec plus de possibilités d'interconnexions.
Vraies matrices de grande taille : le projet de node 32*16 décrit ici

Liaison des deux matrices

Il est à remarquer que pour cette petite application, avec une seule matrice, un afficheur une ligne dix caractères suffirait, mais les 2*24 étant très courants, autant les utiliser.

L'écran représente les commutations de la matrice
Ligne du haut, les 8 entrées, ligne du bas, les 8 sorties
Lors de la première mise sous tension, la matrice est commutée entrée 0 sur sortie 0,… , entrée 7 sur sortie 7.
Le dernier état reste mémorisé à l'extinction et apparaît au prochain allumage

Dans cette configuration,
l'entrée 7 est envoyée simultanément sur les sorties 0,1,4.
l'entrée 5 est envoyée seulement sur la sortie 2.
l'entrée 1 est envoyée seulement sur la sortie 6.
Les sorties 3 et 5 sont à la masse (pas de signal)
Les entrées 0, 2, 4, 6 ne sont pas reliées.

L'entrée "7 " correspondant à la sortie "4 " clignote, cela repère la position du curseur.

Les flèches E et W déplacent le curseur, balayant circulairement les 8 entrées et la mémoire.
Quand le curseur est positionné sur une sortie, les flèches N et S changent la voie d'entrée correspondante, de 0 à 7 puis "x " indiquant que la sortie est coupée.
Quand le curseur est sur la case mémoire les flèches N et S choisissent une des mémoires.
Un appui court rappelle la mémoire sélectionnée, un appui long mémorise la configuration en cours.

Dans le cas des deux matrices, l'affichage alternera pour rappeler un bref instant la position des 2*7 sorties, mais des étiquettes placées au dessus et au dessous feraient aussi bien.

Pour tester la carte comme décrite dans la note d'application Maxim, j’ai développé un petit programme graphique qui permet de piloter la matrice à la souris.
Les étiquettes des entrées sorties et le câblage sont modifiables à l’écran.
Avec la carte finale, la matrice est pilotée par une carte microcontrôleur indépendante comme décrit dans la page et en option, en plus par une interface USB depuis le PC.
Ce fichier zip se déplie en créant une directorie qui contient l’exécutable, un texte d’aide et un rar avec les sources en VB6.

Charger le fichier d’évaluation du routeur :

Version du 21 août 2004, 15 koctets.

Cette version d’un intérêt très réduit, ne sert que d’exercice pour tester l'ergonomie des commandes, la version finale sera publiée lors de la mise en ligne des schémas et circuits imprimés.

Je développerai ultérieurement une alternative à ARM 7 destiné à des applications plus lourdes.
Les nostalgiques des petits PIC peuvent utiliser une carte basique pour l’application simple d’un routeur minimal pour la station.

Le circuit imprimé suit strictement la note d'application Maxim, avec les deux amplificateurs de gain deux, les MAX497. Dans un premier temps, pour développer le logiciel, seul le MAX 4456 peut être monté en remplaçant les amplis par des straps.
Il n’y a pas la moindre créativité dans cette partie, il suffit de respecter les spécifications du constructeur. Voir les documents Maxim

Il a été décidé de ne pas implanter les 16 fiches BNC sur la platine, ce qui imposerait un coffret très spécifique.
Les sorties se font au plus court au milieu de la carte et la liaison vers les BNC implantées sur la face arrière du coffret au choix de chacun, ne se font pas par coaxial 75 ohms classique mais par une simple paire torsadée, solution plus moderne et adoptée maintenant sur les matériels professionnels pour des bandes passantes très élevées, supérieures au GHz. Nous travaillons ici seulement en dessous de 7 MHz.
Il est facile de réaliser du câble torsadé à la perceuse. Il faut prendre deux fils de couleurs différentes pour bien repérer la masse.
Le nombre de tours au mètre dépend de l’isolant (du fil téléphonique convient, mais il est cassant à la soudure).
J’ai publié ici la méthode facile de mesure de l’impédance

Un peu de mathématiques : (8*8) x 2 = presque 14*14
Si l’on a besoin de plus d'entrées de sorties, il faut deux platines matrices vidéos. Le logiciel a une option double platine (voir au dessus).
Il n’y a toujours qu’une seule liaison entre la matrice principale et la matrice secondaire. Un câble plat relie la carte maître et la carte esclave. Sur l’esclave, la DB25 n’est pas câblée. Des straps croisées relient une entrée et une sortie vidéo sur chaque carte.

20 Octobre 2007 : Lancement le projet d’un node ATV à la réunion ATV de Marseille la Couronne du 20 Octobre 2007.
29 Octobre 2007 : Début du cahier des charges node 32*16. Réception des trois premiers MAX4358.
Contact avec F4BXL qui a développé le relais de Toulouse sur des bases voisines.
23 décembre 2007 : Début de la reprise de ce nouveau cahier des charges 8*8, le node 32*16 est pour le moment suspendu.
Commande de deux cartes Elektor
Apprivisionnement des circuits Maxim

Novembre 2008 : Lors de la réunion ATV grand Sud :
1) Présentation du routeur 8*8 en version station amateur
2) Bilan des premières voies ATV installées sur la matrice vidéo en place avec ses DTMF en phase prototype.

Novembre 2009 : Lors de la réunion ATV, bilan des nodes avec matrice vidéo finalisée.

Le développement des tous les logiciels / Matrice station ham 8*8 / Node ATV 8*8 / Node ATV 32*16 / qui partagent le même hardware se fait en paralllèle.

Le projet de la matrice 8*8 est modeste et n'a rien d'original, mais il constitue un petit gadget agréable pour limiter les mauvais contacts et les commutations hasardeuses dans une station de télévision amateur.
Il existe beaucoup de projets de matrices vidéos, ce n'est qu'un de plus mais cette démarche a été de faire un hardware minimum pour la meilleure ergonomie possible.

La solution 32*16 serait bien plus sophistiquée mais probablement trop complexe et onéreuse pour une petite station d'amateur.

L’intérêt de cette approche est que la plateforme à microcontrôleur est très ouverte et débouche sur un node ATV qui utilise le même hardware, en rajoutant simplement quelques interfaces, comme la gestion des DTMF.
Les détails de cette évolution seront publiés ici : projet de node 32*16

Maxim est maintenant moins généreux avec les échantillons gratuits. Vente en ligne ou a meilleurs prix négociés chez les distributeurs. Attention aux boîtiers, il y en a beaucoup !

Buffers vidéo Le choix n'est pas encore défini, il en existe chez beaucoup d'autres constructeurs

Il en existe beaucoup en TSOP et plus petit, mais les gros boîtiers DIL faciles à souder avec de gros doigts sur un circuit médiocre disparaissent des catalogues.
Le quadruple buffer vidéo (il en faut deux) MAX497 ($9 à 6), mais le produit devient obsolète : maxim-ic.com...

Merci aux journalistes qui pillent sans vergogne mon site,
d’avoir au moins la courtoisie de citer leurs sources…

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Dernière retouche le 16 Juin 2009 à 21 h

Entrée	0	1	2	3	4	5	6	7
/////////////////	Mire et OSD	Caméra 1 principale	Caméra 2	Caméra 3	Convertisseur VGA --- > Pal	RX 13 cm	RX 23 cm	RX UHF

Sortie	0	1	2	3	4	5	6	7
/////////////////	Moniteur principal	Moniteur 2	Moniteur 3	Acquisition vidéo sur PC	Charge 75 ohms oscilloscope	TX 13 cm	TX 23 cm	TX UHF