Raspberry Pi Pico MicroPython OZ1JHM type CW decoder

　昨年末から取り組んでいたArduinoで動作するOZ1JHM CW decoderのプログラムをRaspberry Pi Picoに移植する作業が一応完了しました。

　このCW解読器の心臓部であるGeortzel アルゴリズムによるCWトーン検出部は、前の記事のテストでうまく動作させることができましたが、Raspberry Pi PicoのADCの分解能は16bitですので、ArduinoのADCの分解能10bitに合わせてADC0の読み取り値を右に6bitシフトしています。CW信号の短点と長点を判定するプログラムはOZ1JHMのまま使いましたが、モールス符号のデコードは、以前micro:bitで試作したモールス符号解読器と同じアルゴリズムを使いました。

　モールス信号は、スタートビットを１、短点を0、長点を1としてコード化しています。

　例えば、Aは、・ーですから、スタートビットを先頭にして101となります。Bは、ー・・・ですから11000、Cはー・ー・ですから11010となります。各文字、記号をコード化し、小さい順にならべて、Oubunというリストを作り、受信したモールス符号をコード化しリストから対応した文字を取り出します。今回は、欧文のみのデコードとしました。

　解読した文字は、I2Cインターフェース付きのLCD2004に表示します。最初ライブラリを利用してみたのですが、表示速度が遅いので、以前にテストしたI2C LCD1602用のスクリプトをLCD2004に対応させて使いました。

　回路図です。CW信号は、GPIO26に加え、ADC0を使います。LCD2004は今回はレベル変換しないで、直接PicoにI2C接続しています。

　スクリプトです。ちょっと長いのですが、掲載します。

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from machine import Pin,I2C,ADC

import utime

import math

i2c=I2C(1,sda=Pin(14),scl=Pin(15),freq=400000)

led=Pin(25,Pin.OUT)

a=ADC(0)

#character list

Oubun = ['*','*','E','T','I','A','N','M','S','U','R','W','D',

          'K','G','O','H','V','F','*','L','*','P','J','B','X',

          'C','Y','Z','Q','*','*','5','4','*','3','*','*','*',

          '2','*','*','*','*','*','*','*','1','6','*','/','*',

          '*','*','(','*','7','*','*','*','8','*','9','0']

Mcode=1

#LCD2004関係定義

LCD_addr=0x27

LCD_EN=0x04   #LCD Enable

LCD_BL=0x08   #Back Light

CMD=0x00 #command mode

CHR=0x01 #character mode

LINE1=0x80 #Line1 top address

LINE2=0xC0 #Line2 top address

LINE3=0x94 #Line3 top address

LINE4=0xD4 #Line4 top address

buf=bytearray(2)

colums=20

rows=4

lcdindex=0

line1=['','','','','','','','','','','','','','','','','','','','']

line2=['','','','','','','','','','','','','','','','','','','','']

#LCD2004表示関係関数

def LCD_write(bits,mode):

     #High 4bits

     data=(bits & 0xF0)|mode

     buf[0]=data|LCD_EN|LCD_BL

     buf[1]=data|LCD_BL

     i2c.writeto(LCD_addr,buf)

     utime.sleep_us(100)#wait 100us

     #Low 4bits

     data=((bits<<4)&0xF0)|mode

     buf[0]=data|LCD_EN|LCD_BL

     buf[1]=data|LCD_BL

     i2c.writeto(LCD_addr,buf)

     utime.sleep_us(100)#wait 100us

def LCD_init():

     LCD_write(0x33,CMD)#8bit mode 0x03を2回送る

     LCD_write(0x32,CMD)#8bit mode,4bit mode 0x02を送る

     LCD_write(0x06,CMD)#Entry modeセット

     LCD_write(0x0C,CMD)#表示ON,カーソルOFF,カーソル点滅OFF

     LCD_write(0x28,CMD)#2桁表示,7ドットモード

     LCD_write(0x01,CMD)#Display clear

     utime.sleep_ms(2)#waite 2ms

def LCD_cursor(x,y):

     if y==0:

         LCD_write(LINE1+x,CMD)

     if y==1:

         LCD_write(LINE2+x,CMD)

     if y==2:

         LCD_write(LINE3+x,CMD)

     if y==3:

         LCD_write(LINE4+x,CMD)

def LCD_print(str):

     for c in str:

         LCD_write(ord(c),CHR)

def printchar(c):

     global lcdindex

     if lcdindex > colums-1:

         lcdindex=0

         if rows==4:

             for i in range(colums):

                LCD_cursor(i,rows-3)

                LCD_print(line2[i])

                line2[i]=line1[i]

         for i in range(colums):

             LCD_cursor(i,rows-2)

             LCD_print(line1[i])

             LCD_cursor(i,rows-1)

             LCD_print(" ")

     line1[lcdindex]=c

     LCD_cursor(lcdindex,rows-1)

     LCD_print(c)

     lcdindex = lcdindex+1

#CW速度表示更新関数

def updateinfolinelcd():

     global wpm

     wpmtxt=str(wpm)

     if wpm<10:

         LCD_cursor(8,0)

         LCD_print("0")

         LCD_cursor(9,0)

         LCD_print(wpmtxt)

         LCD_cursor(10,0)

         LCD_print(" WPM ")

     else:

         LCD_cursor(8,0)

         LCD_print(wpmtxt)

         LCD_cursor(10,0)

         LCD_print(" WPM ")

#モールス符号解読と表示関数

def decode():

     global Mcode,Oubun

     if Mcode >1 and Mcode < 64:

         c=Oubun[Mcode]

         printchar(c)

     elif Mcode==76:

         printchar("?")

     elif Mcode==85:

         printchar(".")

     elif Mcode==90:

         printchar("@")

     elif Mcode==97:

         printchar("-")

     elif Mcode==109:

         printchar(")")

     elif Mcode==115:

         printchar(",")

     elif Mcode==120:

         printchar(":")

     Mcode=1            

#setup

LCD_init()

#Goertzel algprithm関係定義 

Q1=0.0

Q2=0.0

sampling_freq=8928.0

target_freq=558.0

n=48.0

testData=[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,

           0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,

           0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0]

Pi=3.14159265

magnitude=100.0

magnitudelimit=100

magnitudelimit_low=100

realstate=0#LOW

realstatebefore=0#LOW

#Basic goertzel Calcuration

k=int(0.5+(n*target_freq)/sampling_freq)

omega=(2.0*Pi*k)/n

sine=math.sin(omega)

cosine=math.cos(omega)

coeff=2.0*cosine

#noise blanker関係定義

nbtime=6 #ms

starttimehigh=0

highduration=0

lasthighduration=0

hightimesavg=0

lowtimesavg=0

starttimelow=0

lowduration=0

laststarttime=0

stop=0

wpm=0

filteredstate=0#LOW

filteredstatebefore=0#LOW

#main loop

while True:

     for i in range(n):

         testData[i]=a.read_u16()>>6

         utime.sleep_us(60)

     for i in range(n):

         Q0=coeff*Q1-Q2+testData[i]

         Q2=Q1

         Q1=Q0

     magnitudeSquared=(Q1*Q1)+(Q2*Q2)-Q1*Q2*coeff

     magnitude=math.sqrt(magnitudeSquared)

     Q1=0.0

     Q2=0.0

#set the magnitudelimit automatic

     if magnitude > magnitudelimit_low:

         magnitudelimit = magnitudelimit + ((magnitude - magnitudelimit)/6)

     if magnitudelimit < magnitudelimit_low:

         magnitudelimit = magnitudelimit_low

#check for the magnitude

     if magnitude > magnitudelimit*0.6:

         realstate=1#HIGH

     else:

         realstate=0#LOW

#noise blanker

     if realstate != realstatebefore:

         laststarttime = utime.ticks_ms()

     if (utime.ticks_ms()-laststarttime) > nbtime:

         if realstate != filteredstate:

             filteredstate = realstate

#duration high and low

     if filteredstate != filteredstatebefore:

         if filteredstate == 1:#HIGH

             starttimehigh = utime.ticks_ms()

             lowduration = utime.ticks_ms() - starttimelow

         if filteredstate ==0:#LOW

             starttimelow = utime.ticks_ms()

             highduration = utime.ticks_ms() - starttimehigh

             if highduration < (2*hightimesavg) or hightimesavg == 0:

                 hightimesavg = (highduration + hightimesavg + hightimesavg)/3

             if highduration > (5*hightimesavg):

                hightimesavg = highduration + hightimesavg

#check baud dot dash

     if filteredstate != filteredstatebefore:

         stop = 0#LOW

         if filteredstate == 0:#LOW

             if highduration < (hightimesavg*2) and highduration > (hightimesavg*0.6):

                Mcode =Mcode<< 1

             if highduration > (hightimesavg*2) and highduration < (hightimesavg*6):

                 Mcode =(Mcode<<1) + 1

                wpm = int((wpm + (1200/((highduration)/3)))/2 + 0.5)

         if filteredstate == 1:#HIGH

             lacktime = 1.0

             if wpm > 25:

                lacktime = 1.0

             if wpm > 30:

                lacktime = 1.2

             if wpm > 35:

                lacktime = 1.5

             if lowduration > hightimesavg*(2*lacktime): #and lowduration < hightimesavg*(5*lacktime):#letter space

                decode()

             if lowduration >= hightimesavg*(5*lacktime):#word space

#                decode()

                printchar(" ")

#no more letters

     if utime.ticks_ms() - starttimelow > (highduration*6) and stop == 0:

        decode()

         stop = 1

#LED表示

     if filteredstate == 1:

         led.value(1)

     else:

         led.value(0)

#the end of main loop clean up

     updateinfolinelcd()

     realstatebefore = realstate

     tasthighduration = highduration

     filteredstatebefore = filteredstate

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　動作テストをCW練習ソフトCWTW-Proを使って行いました。

　CWTW-Proの設定画面です。周波数は、587HzとOZ1JHM CW decoderのCWトーン検出の中心周波数に近い値としました。

CWTW-Proから速度50字／分=10WPMのモールス符号を送出して、デコードしてみます。アルファベットに数字と記号を含めて送出してみました。

　ブレッドボードとデコード結果です。

　速度は、10WPMと妥当な値を表示しました。デコードは、最初の一文字はうまくデコードできませんでしたが、2文字目からは、OKです。ただし、BTや'(アポストロフィ)、"(ダブルクォーテーション)はデコードできません。

　一応Raspberry Pi PicoでCWデコーダができました。スクリプトの改良で和文もデコードできるようになります。