Die wahrscheinlich simpelste ICW-Sinus-Sensortaste der Welt

Schaltplan und Layout der Version mit Tx-Tastausgang

Der Schaltung läuft ab etwa 2,5V und verbraucht (je nach Betriebsspannung) in Ruhe zwischen 2 und 4 mA. Im Powerdown sind es ca. 25µA.


Weitere Erläuterungen zur Software

Die Ansprechschwelle der Sensoren wird bei Programmstart festgelegt. Der ADC-Wert am Punktsensor wird ein Mal gemessen und der Messwert um 96 erhöht. Der Punktsensor darf in dieser Zeit nicht berührt werden! Falls das doch mal versehentlich passiert sein sollte, muss man einen Reset auslösen, indem man das Geschwindigkeitspoti kurz auf Minimum dreht.


So arbeitet die Sensor-Routine:

Der ATtiny hat nur einen ADC, aber vier ADC-Pins. Sie werden per Registerbefehl ("AdMux") mittels interner FET-Schalter einzeln auf den ADC durchgeschaltet. Am eigentlichen ADC-Eingang hängt ein kleiner interner "Sample&Hold"-Kondensator (da eine Messung in mehreren Teilschritten erfolgt, soll er die Messspannung jeweils kurz zwischenspeichern).

Der Sample&Hold-Kondensator wird zunächst entladen, indem der ADC mit dem Befehl "AdMux" auf PB2 durchgeschaltet wird. PB2 wurde am Anfang des Programms als Ausgang mit Pegel "low" konfiguriert.

Dann wird einer der beiden Sensorpins als Ausgang umgeschaltet und auf "high" gelegt. Der Pin und die externe Sensorfläche bilden einen Kondensator, der so auf Betriebsspannung geladen wird. Der Pin wird nach kurzer Wartezeit als hochohmiger Eingang umkonfiguriert und "floatet" dann. Die Parasitärkapazität ist aber noch auf Betriebsspannung geladen.

Nun wird der floatende Pin per "GetADC"-Befehl an den ADC-Eingang durchgeschaltet und lädt den Sample&Hold-Kondensator des ADC auf, bis sich die Spannungen angeglichen haben. Da sich die Ladung nun auf zwei Kondensatoren verteilt, sinkt die Spannung. Sie wird dann gemessen.

Je nach Parasitärkapazität des Sensorkontaktes fliesst eine unterschiedliche Ladungsmenge auf den Sample&Hold-Kondensator ab, die Spannungen und damit die gemessenen ADC-Werte unterscheiden sich.

Im Leerlauf liegen sie z.B. um 600. Bei Berührung des Sensorkontaktes steigt die resultierende Kapazität aus Sensorpin, Sensorfläche und menschlichem Finger an. Es wird mehr Ladung gespeichert und an den Sample&Hold-Kondensator abgegeben, sie hebt die ADC-Werte gegenüber dem Leerlauf um z.B. 150 Schritte an.


Abfrage des Geschwindigkeitspotis

Der ADC-Wert wird von einer Konstanten abgezogen, um die Drehrichtung des Potis umzukehren; höhere ADC-Werte führen so zu einer Verkürzung der Punktdauer. Anschliessend wird der Wert durch 16 geteilt. Die Division erfolgt ressourcensparend per Schiebe-Befehl. Mit den beiden Operationen ergibt sich ein Einstellbereich von ca. 17 - 50 WpM bzw. 85 -250 ZpM.


Sinuserzeugung

Um Programmspeicher zu sparen, wird der Sinus aus nur 64 PWM-Schritten gebildet. Mit "Waitus 16" ergibt sich eine Frequenz von ca. 600 Hz. Nach jedem Durchlauf wird die Variable "Sndlen" dekrementiert (also etwa alle 1,7 ms) bis sie Null ist; dann wird in die Keyer-Routine zurückgesprungen. Der Wert für "Sndlen" hängt von der eingestellten Punktlänge "Dit" bzw. dem daraus abgeleiteten Wert "Dah" ab.

Auch die Pausen zwischen den Zeichenelementen werden über das Sinus-Unterprogramm erzeugt. Damit die Zeiten für Punkte und (punktlange) Pausen etwa gleich sind, durchläuft das Unterprogramm die gleiche For-Next-Schleife, schreibt aber jeweils den Wert Null ins PWM-Register.


Watchdog

Normalerweise soll ein Watchdog einen Reset auslösen, wenn er nicht schnell genug periodisch durch ein Programm zurückgesetzt wird. Dadurch soll gewährleistet werden, dass sich ein Programm nicht unbemerkt für längere Zeit "aufhängen" kann.

Man kann den Watchdog aber auch über Registerbefehle zu einem Timer umkonfigurieren (und nebenbei auf die maximale Ansprechzeit von 8 sec setzen).

Durch Ausprobieren stellte sich heraus, dass Bascom den (undokumentierten?) Befehl "On Watchdog" versteht, mit dem man sehr einfach die Interrupt-Routine anspringen kann (wie bei einem normalen Timer-Interrupt). In der Bascom-Duku hatte ich ihn nicht gefunden.

Die Variable "offtimer" wird in der Interrupt-Routine ca. alle 8 Sekunden inkrementiert. Nach 251 Durchläufen wird der ADC abgeschaltet (sonst verbleibt ein Ruhestrom), alle Ausgänge auf Eingang geschaltet und der Controller in Powerdown geschickt.

Damit die Taste sich nicht ungewollt während der Benutzung abschaltet, wird "offtimer" in der Keyer-Punkt-Routine nach jedem gesendeten Punkt auf Null zurückgesetzt.


Quelltext mit Kommentaren:

' T13A-Sensorkeyer mit Sinusausgang
'
' Pinbelegung ATtiny13A:
' PB0 PWM-Ausgang,  PB1 optionaler Schaltausgang fuer TRX-Tastung,  PB2 frei (Sensor-ADC-Referenz),
' PB3 Punktsensor, PB4 Strichsensor
'
' Speed-Poti liegt an Adc0 / Reset. Werte unter halber Betriebsspannung loesen also Reset aus. Ist kein Bug,
' sondern Feature; dient zum Neukalibrieren bzw. zum Einschalten des Keyers.

' Ausgeschaltet wird ueber zweckentfremdeten Watchdog nach etwa 30 min Untaetigkeit

' Stromverbrauch mit 5V: 4mA / 6mA
' Stromverbrauch mit 2,5V: 1,7mA / 2,5 mA  
'
' Lizenz: WTFPL - http://www.wtfpl.net/about/
' verwendete Programmierumgebung: BASCOM 2.0.7.9 Freeware-Version


$Regfile = "ATtiny13.dat"
$Crystal = 9600000                                          ' Taktfrequenz: 9,6 MHz
$Hwstack = 8                                                ' Platz fuer nur 4 Unterprogramme reserviert, spart SRAM
$Swstack = 0                                                ' wird nicht gebraucht
$Framesize = 0                                              ' dito

Clkpr = 128                                                 ' Taktumschaltung auf 9,6 MHz
Clkpr = 0
Clkpr = 0

Dim Dit As Word                                             ' Laenge Punkt
Dim Dah As Word                                             ' Laenge Strich
Dim Sndlen As Word                                          ' Zaehlvariable fuer Zeichen-/Pausendauer
Dim P As Byte                                               ' "Punktspeicher"
Dim N As Byte                                               ' Schleifenvariable fuer Sinus-Erzeugung
Dim Anadah As Word                                          ' ADC-Wert fuer Erkennung Dah-Sensor
Dim Anadit As Word                                          ' ADC-Wert fuer Erkennung Dit-Sensor
Dim Sa As Byte                                              ' Amplitudenwert fuer PWM
Dim Refana As Word                                          ' speichert nach Reset den Sensor-Leerlauf-Kalibrierwert 
Dim Pause As Byte                                           ' wenn 1, wird in Sinus-Unterprogramm PWM = 0 gesetzt
Dim Offtimer As Byte                                        ' Zaehler fuer Abschaltautomatik

Config Timer0 = Pwm , Prescale = 1 , Compare A Pwm = Clear_up
'                                                           ' "Fast PWM" (37,5 kHz) per Registerbits konfigurieren:
Tccr0a.0 = 1                                                ' wgm00
Tccr0a.1 = 1                                                ' wgm01
Tccr0b.3 = 0                                                ' wgm02
Start Timer0

Acsr.acd = 1                                                ' Analog-Komparator ausschalten, spart etwas Strom

Config Adc = Single , Prescaler = Auto                      ' AD-Converter konfigurieren und starten
Start Adc

Ddrb = &B0000_0111                                          ' DDRB.0 ist Tonausgang; DDRB.2 ist der Pin der Sensor-ADC-Referenz
Portb = &B1110_0000                                         ' koennte man weglassen; ist eh Auslieferungszustand
Didr0 = &B00111111                                          ' Digitaleingaenge abschalten; spart Strom


On Watchdog Onwdt                                           ' Interrupt-Routine fuer Watchdog-interrupt 

' Watchdog als Interrupt-Quelle konfigurieren -      WDCR:  7=WDTIF  6=WDIE  5=WDP3  4=WDCE  3=WDE  2=WDP2  1=WDP1  0=WDP0
Wdtcr = &B0001_1111                                         ' Schreiben auf WDTCR Vorbereiten
Wdtcr = &B0110_0001                                         ' Interrupt statt Reset, Watchdog- Timer auf 8 sec setzen
Sreg.7 = 1                                                  ' Interrupts global freigeben


Waitms 200                                                  ' Vorlaufzeit fuer den ADC
Gosub Ditsensor                                             ' einmal ADC-Leerlaufwert am Punktsensor messen (Anpassung an Sensor)
Refana = Anadit + 96                                        ' Referenz 96 hoeher setzen


Do
    Gosub Adclesen
    Gosub Ditsensor
    If Anadit > Refana Or P = 1 Then                        ' Punktsensor gedrueckt (PB3) oder Punkt gespeichert
        P = 0                                               ' Punktspeicher loeschen
        Pause = 0
        Sndlen = Dit                                        ' Zeichenelement mit Laenge "Dit" senden
        Portb.1 = 1                                         ' Schaltausgang ein
        Gosub Sinus
        Portb.1 = 0                                         ' Schaltausgang aus 
        Pause = 1
        Sndlen = Dit                                        ' Pause nach dem Punkt
        Gosub Sinus
        Offtimer = 0                                        ' Watchdog-Zaehler bei Aktivitaet zuruecksetzen
    End If

    Gosub Dahsensor
    If Anadah > Refana Then                                 ' Strichsensor gedrueckt (PB4)
        Pause = 0
        Sndlen = Dah
        PortB.1 = 1
        Gosub Sinus
        PortB.1 = 0
        Gosub Ditsensor
        If Anadit > Refana Then                             ' registrieren, wenn am Strichende bereits Punkt gedrueckt ist
            P = 1                                           ' Punkt speichern
        End If
        Pause = 1
        Sndlen = Dit                                        ' Pause nach Strich
        Gosub Sinus
    End If
Loop


Sinus:
    Do
        Restore Sinusdata                                   ' Zeiger auf Anfang der Data-Tabelle setzen
        For N = 1 To 64
            If Pause = 0 Then
                Read Sa                                     ' Tabellenwert lesen
                Pwm0a = Sa                                  ' der Wert in PWM0A bestimmt das Puls- / Pausenverhältnis
            Else
                Pwm0a = 0                                   ' statt Nachschlagen in Tabelle konstant 0
                Waitus 3                                    ' Ausgleich dafuer, dass Nachschlagen etwas laenger dauert
            End If
            Waitus 16                                       ' Frequenz des Tones senken;  16µs -> 600 Hz
        Next N
        Decr Sndlen                                         ' Software-Timer fuer Punkt- / Strichlaenge
    Loop Until Sndlen = 0                                   ' Zeichenelement fertig
Return


Ditsensor:
    Admux = 1                                               ' ADC1 (Referenz) an ADC-Eingang legen ; der muss auf Low liegen (bereits zu Anfang fest konfiguriert)
    Portb.3 = 1                                             ' Pullup an Punktsensor ein
    Ddrb.3 = 1                                              ' Punktsensor nun Ausgang  -->  Sensorpin laden
    Waitus 32
    Ddrb.3 = 0                                              ' Punktsensor wieder Eingang
    Portb.3 = 0                                             ' Pullup an Punktsensor aus --> Sensorpin floatet
    Anadit = Getadc(3)                                      ' Punktsensor auslesen
Return

Dahsensor:
    Admux = 1                                               ' ADC1 (Referenz) an ADC-Eingang legen
    Portb.4 = 1                                             ' Pullup an Strichsensor ein
    Ddrb.4 = 1                                              ' Strichsensor ist nun Ausgang
    Waitus 32
    Ddrb.4 = 0                                              ' Strichsensor wieder Eingang
    Portb.4 = 0                                             ' Pullup an Strichsensor aus
    Anadah = Getadc(2)                                      ' Strichsensor auslesen
Return


Adclesen:
' Dit = 20: ~40 WpM   Dit = 24: 25 WpM   Dit = 64  11 WpM
' Mit 1280 und Rechts-Shift um 4: 17 WPM bis 50 WpM
    Dit = Getadc(0)
    Dit = 1280 - Dit                                        ' 1280 = 1024 + 256 
    Shift Dit , Right , 4                                   ' entspricht Teilung durch 16, spart Flash-Speicher
    Dah = Dit + Dit                                         ' statt Multiplikation; spart Flash (78 bytes!)
    Dah = Dah + Dit
Return


Onwdt:
    Incr Offtimer                                           ' alle 8 sec wird Offtimer incrementiert
    If Offtimer > 250 Then                                  ' nach 251 * 8 sec. erfolgt Powerdown
        Stop Adc
        DDRB = 0
'        Powerdown
        Mcucr = &B0011_0000                                  ' 4=1, 3=0: Powerdown   5=1 :Sleep enable
        !Sleep
    End If
Return

End

Sinusdata:

Data 0 , 0 , 2 , 5 , 9 , 14 , 21 , 28 , 36 , 46 , 56 , 66 , 78 , 89 , 101 , 114,
Data 127 , 139 , 151 , 163 , 175 , 186 , 197 , 207 , 216 , 225 , 232 , 238 , 244 , 248 , 251 , 253,
Data 253 , 253 , 251 , 248 , 244 , 239 , 232 , 225 , 216 , 207 , 197 , 187 , 175 , 164 , 151 , 139,
Data 127 , 114 , 102 , 90 , 78 , 67 , 56 , 46 , 37 , 28 , 21 , 15 , 9 , 5 , 2 , 0,

Da das Programm sehr gross ist, sollte beim Kompilieren des Codes die Codeoptimierung von BASCOM eingeschaltet sein. Notfalls kann man das beigefügte Hex-File verwenden, statt den Quelltext selber zu kompilieren.


Betriebserfahrungen

Die Schaltung wurde etwa ein halbes Dutzend mal nachgebaut und getestet. Die HF-Eigenschaften der "KW-Test-Version" scheinen überraschend gut zu sein. Ein Tester verwendet eine endgespeiste Antenne, deren "heisses" Ende direkt ins Shack geführt ist. Er konnte bei 100W Sendeleistung keine Beeinflussung durch HF feststellen.

Das Geben mit Sensorpaddles ist zunächst etwas ungewohnt, weil schon eine kleine drucklose Berührung reicht, um einen Sensor auszulösen. Es gibt unterschiedliche Gebestile: bei manchen "fliegen die Finger" beim Geben (die haben kaum Probleme), andere halten beim Geben dichten Abstand zu den Paddles und lösen hier und da unbeabsichtigte Zeichen aus (ich gehöre zu den letzeren). Das Überkleben mit einer dünnen selbstklebenden Kunststoff-Folie kann die Empfindlichkeit etwas reduzieren.

Bestechend finde ich jedoch, dass Sensorpaddles so robust und einfach aufgebaut sind (und so gut wie nichts kosten). Ich hatte mir zuvor einen Nachbau des Bencher BY2 Paddles von MFJ beim DARC-Verlag gekauft. Den MFJ-Nachbau fand ich ziemlich "wacklig" und schwer einzustellen (allein schon die Inbus-Schrauben empfand ich als Zumutung), aber ich habe keine Erfahrung mit Squeeze-Paddles anderer Hersteller. Möglicherweise ist auch die Qualität des Bencher-Originals besser, denn viele Nutzer "schwören drauf".

Einigen Testern war das Sensorpaddle zu dünn, sie haben das Paddle mit allerlei kreativen Ideen "aufgepolstert", von Sessel-Teppichgleitern bis zu alten Armbanduhrendeckeln ;)