Ton-Geber - für Subtöne (CTCSS) oder Rufton

Ältere Geräte günstig nachrüsten - auch mit 2 Subtönen

Um Störungen bzw. Interferenzen vorzubeugen und das lästige Rufton-Drücken zu vermeiden, werden immer mehr Relais-Stationen (Repeater) mit Subaudioton (CTCSS) betrieben. Die Internationale Amateur Radio Union (IARU, Region 1) empfiehlt ab 2015 alle analogen Relaisfunkstationen auf CTCSS umzustellen. Neueren Funkgeräten bereitet dies keine Schwierigkeiten - ältere Geräte kann man mit dieser einfachen Schaltung nachrüsten.

**Bild:** Der fertige Ton-Geber. Hier eine Spezialanfertigung mit 2 Tönen und eleganter Umschaltmöglichkeit (ohne Geräteeingriff).

Warum ein einfacher Subton-Geber

Durch die Umrüstung der Relais-Stationen auf Subton-Squelch-Verfahren können ältere und nostalgische Funkgeräte ohne CTCSS-Einheit nicht mehr für den Relais-Betrieb genutzt werden. Original-CTCSS-Module zum Nachrüsten vom jeweiligen Funkgeräte-Hersteller sind, sofern überhaupt erhältlich, nur selten und meist zu unverhältnismäßigen Preisen zu erwerben. Module von Fremdherstellern kosten ebenfalls Geld und sind teils auch mit größeren Eingriffen in das Funkgerät verbunden. Aber nur die wenigsten möchten ihre Funkgeräte verbasteln.

Da die meisten auch nur einen Subton oder höchstens zwei benötigen, ist dieser einfache Subton-Geber eine fast kostenlose und einfache Lösung. Der Einbau ist jederzeit ohne Spuren rückgängig zu machen, der Original-Zustand des Funkgeräts lässt sich also leicht wiederherstellen. Umständliche Dip-Schalter entfallen ebenso. Die Bauteile dieses einfachen Subton-Gebers sind handelsüblich, kosten nur wenige Cent und die Schaltung lässt sich auch gut auf einer Lochraster-Platine aufbauen. Wenn der PIC gesockelt wird, kann er jederzeit problemlos, z.B. bei Umzug, mit anderen Frequenzen beschrieben werden.

Die Schaltung

Die Schaltung kann grundsätzlich alle 50 CTCSS-Töne erzeugen sowie einen 1750-Hz-Rufton oder einen 1000-Hz-Test-Ton. Um höhere Kosten für Display oder Schalter einzusparen (auch zwecks Baugröße) - generiert sie aber nur einen Ton bzw. zwei Töne mit eleganter Umschaltung. Der bzw. die Töne können selbst gewählt bzw. selbst eingetragen werden.

Da Funkgeräte mit CTCSS, DTMF usw. bereits ab ca. 30 € erhältlich sind, übersteigen die benötigten Bauteile (Gehäuse, Display, Schalter, ext. Stromversorgung) für einen Geber mit allen über 50 Tönen auch die Rentabilitätsgrenze, obwohl er technisch spielend leicht zu realisieren ist.

Bauanleitung

Benötigt werden:

Microchip PIC12F675, evtl. mit IC-Sockel
1 Spannungsregler 78L05 oder ähnlich
1 Diode 1N4148 oder ähnlich
1 Stück 4 MHz Quarz (kleine Bauweise)
1 Widerstand 1k
1 Widerstand 22k...50k
3 Widerstände 10k
1 Potentiometer 50...100k (Pegelregelung)
1 Kondensator 220nF
4 Kondensatoren 100nF
3 Kondensatoren C1, C2, C3 (Werte je nach Frequenz, siehe Schaltbild)
Platine oder Lochrasterplatine

Optional:

1 Keramikdrehko 30pF (Quarz-Justierung)
1 Kondensator 30pF (Quarz-Justierung)

Je nach Einsatzzweck:

Schalter oder Taster (für Rufton oder Test-Ton)

und übliches Werkzeug (Lötkolben, Lötzinn, Seitenschneider ... )

**Bild:** Schaltbild für den Ton-Geber.

Die Frequenz wird über den Mikrocontroller PIC12F675 erzeugt (durch Änderung der Hi- und Lo-Register-Werte). Der Pegel des ausgegebenen Sinus ist regelbar über das Poti von 0 bis circa 800 mVss. Der Ton wird nur ausgegeben, wenn die PTT gedrückt ist bzw. PIN7 (GP0) nach Masse geht (für Subtöne). Alternativ kann die Leitung anstelle zur PTT auch über einen Taster nach Masse gelegt werden (z.B. für Rufton oder 1000-Hz-Test-Ton); der Ton wird dann nur ausgegeben, wenn der Taster auch gedrückt ist. Für einen Dauerton einfach mit Masse verbinden.

Die Stromaufnahme der Schaltung liegt bei 0,0008A im Standby-Betrieb bzw. 0,0012A bei der Ton-Erzeugung und ist damit vernachlässigbar gering. Für die Spannungsversorgung ist damit so gut wie jeder 5-Volt-Spannungsregler nutzbar, z.B. 78L05. Um den Geber dauerhaft komplett auszuschalten, einfach vom Strom trennen - eventuell mit Schalter.

Wenn der Mikrocontroller in störungsreicher Umgebung betrieben wird, kann man die zwei freien Anschlüsse des PICs - PIN4 und PIN5 - über jeweils 220 Ohm auf Masse legen. In der Regel ist dies aber nicht erforderlich.

**Bild:** Der Subton-Geber (CTCSS) im fliegenden Aufbau auf dem Steckboard.

**Bild:** Der erzeugte Subton auf dem Zähler.

**Bild:** Der erzeugte Subton 88,5 Hz auf dem Oszilloskop.

**Bild:** Der erzeugte Subton 88,5 Hz auf dem Oszilloskop.

Einspeisung des erzeugten Subaudiotons

Es wird nicht empfohlen, den erzeugten CTCSS-Ton über das Mikrofon einzuspeisen, da er möglicherweise vom internen Mic-Vorverstärker nicht übertragen wird oder der Pegel muss so hoch eingestellt werden, dass Störungen auftreten.

Optimal ist eine direkte Einspeisung an einem vorhandenen CTCSS-Anschluss, sofern das Funkgerät einen solchen vorgesehen hat. Oder alternativ am Modulator des Senders (dort wo meist die Kapazitätsdiode den Hub des Senders steuert). Der Ausgang des vorliegenden Subton-Generators ist über einen Kondensator getrennt, evtl. könnte man noch einen 10kOhm Längswiderstand dazuschalten. Die benötigte Spannung ist sehr gering.

Übrigens: Hub und Mikrofonverstärkung werden häufig verwechselt, sind aber zwei verschiedene Dinge, auch wenn sie zusammenhängen. Wenn der Output nicht reicht, kann das Subton-Signal mit einem Transistor verstärkt werden - in der Regel nicht notwendig.

Den Pegel des Subtons soweit zurückdrehen, dass die Übertragung gerade noch funktioniert.

Sollte man einen Hubmesser zur Verfügung haben, kann der optimale Pegel des Subtons über das Poti eingestellt werden (ohne Modulation, nur der Subton, sollte einen Hub von 300 Hz nicht überschritten werden).

Ohne Hubmesser kann man sich mit einem zweiten Funkgerät abhören. Wieder ohne Modulation, nur der Subton. Erst den Pegel über das Poti weit aufdrehen, bis der Subton am Zweitgerät deutlich hörbar ist. Dann den Pegel soweit zurückdrehen, dass der Subton kaum noch wahrnehmbar ist. Anschließend testen, ob ein CTCSS-Relais mit dem Subton funktioniert.

Vorliegend wird ein externes Quarz verwendet. Der interne Oszillator des Mikrocontrollers - egal ob PIC oder Atmel - ist dafür nicht geeignet, da die Werte bereits von Chip zu Chip variieren und zudem die temperaturbedingten Abweichungen schon unter üblichen Bedingungen bei +/- 5 Grad Celsius viel zu groß wären.

Wer die erzeugte Frequenz nachmessen will, aber der Zähler nicht bis in den Milli-Hertz-Bereich geht, kann den Zähler auf Zeitmessung schalten (diese Option ist meist vorhanden).

Beispiel:
Frequenz 71,9Hz 1 : 71,9 = 0,013908 (also 13,9 mS)

Besonderheiten: 1750 Hz Rufton und 1000 Hz Test-Ton

Beim 1750 Hz Rufton oder dem 1000 Hz Test-Ton bleibt die Beschaltung im Großen und Ganzen unverändert. Lediglich der Anschluss zur PTT sollte ersetzt werden durch einen Taster (nach Masse), der beim Drücken den Ton auslöst.

Für ein optimales Ergebnis sollten die Werte für C1 bis C3 jeweils 10n betragen für 1750 Hz oder jeweils 22nF für 1000 Hz.

Im Gegensatz zu den CTCSS-Subtönen, können der 1750 Hz Rufton sowie der 1000 Hz Test-Ton problemlos auch über das Mikrofon eingespeist werden.

Optionale Anpassung

Wer es ganz genau haben möchte, kann die Schaltung noch exakt anpassen, obwohl dies für die Funktionsweise eigentlich nicht erforderlich ist, da die erzeugte Frequenz bereits sehr genau ist. Kommerzielle Subton-Einheiten können übrigens bei voller Funktionsfähigkeit Abweichungen von bis zu circa 2,5 Prozent haben. Die Abweichung dieser Schaltung liegt deutlich darunter - siehe Messbilder.

Die drei Tiefpass-Kondensatoren C1 bis C3 können je nach Frequenz ein wenig variiert werden, so dass der Sinus optimal ist und die Ausgangsspannung nicht zusammengedrückt wird. Anhaltspunkte für passende Werte sind dem Schaltbild oben zu entnehmen.

Quarz-Bausteine schwingen meist nicht exakt auf der angegebenen Frequenz - hier 4,000 MHz, sondern etwas höher oder tiefer. Obwohl für diese Schaltung eine Korrektur eigentlich nicht erforderlich ist - da die Ausgangsfrequenz sehr niedrig ist, kann die Quarz-Frequenz über zwei optionale Kondensatoren (z.B. 30pF) exakt justiert werden (siehe Schaltbild).

Hinweis zum Brennvorgang

Bitte beachten: Nicht jede Software für das Programmiergerät übernimmt die Konfigurationszeile selbständig aus der hex-Datei. Dann bitte manuell folgende Chip-Konfiguration für den PIC12F675 vornehmen:

BODEN=ON, MCLRE=OFF, PWRTE=ON, WDT=OFF, OSC=HS

Änderbarer hex-Code zum Beschreiben des PIC12F675

Welchen Ton der Mikroprozessor erzeugen soll, kann man selbst auswählen mithilfe der nachfolgende Liste. Einfach den gewünschten Ton aussuchen und dann die zugehörigen Werte für die Hex-Adressen h40 und h42 an entsprechender Stelle im hex-Code eintragen, z.B. mit der freien Software IcProg oder aber mit der Software des jeweiligen Programmiergeräts. Zur besseren Veranschaulichung befinden sich unter der Liste Beispiele für verschiedene Töne sowie mehrere bereits vorgefertigte hex-Dateien zum Download.

Das nachfolgende Video zeigt, wie man die hex-Datei mit dem MiniPro TL866A/CS ändern und anschließend den PIC beschreiben kann. Download der änderbaren hex-Datei plus Tabelle mit Werten zum Ändern befinden sich unterhalb des Videos.

**Bild:** Liste mit den erforderlichen Daten, um jeden Ton frei wählen zu können.

**Bild:** Die rot umrandeten Ziffern können gemäß der Liste geändert werden. Beispiel: Für den **67-Hz-Ton** sollte die hex-Datei aussehen wie auf dem obigen Bild.

**Bild:** Die rot umrandeten Ziffern können gemäß der Liste geändert werden. Beispiel: Für den **254,1-Hz-Ton** sollte die hex-Datei aussehen wie auf dem obigen Bild.

Auf diese Weise können alle Töne aus der Liste eingetragen werden.

Änderbarer hex-Code - Subton/Rufton kann anhand der Tabelle selbst eingestellt werden (voreingestellt sind 71,9Hz)

Aus Missbrauchsgründen sind hex-Codes nicht öffentlich zugänglich. Bei Interesse an einem Microcontroller bitte Anfrage per eMail senden.

hex-Code zum Beschreiben des PIC12F675

Gängige CTCSS-Subtöne, die häufig für Relais in Deutschland verwendet werden, sind als Komplett-Download vorbereitet - an diesen Dateien müssen keine Eintragungen oder Änderungen vorgenommen werden. Alle anderen Töne können selbst eingetragen werden - so wie oben beschrieben.

Im Moment sind folgende Frequenzen vorbereitet:

Aus Missbrauchsgründen sind hex-Codes nicht öffentlich zugänglich. Bei Interesse an einem Microcontroller bitte Anfrage per eMail senden.

2 Subtöne mit derselben Schaltung - ohne Schalter und ohne Eingriff ins Gerät

Es ist auch möglich, zwei unterschiedliche Subtöne mit einem einzigen Subton-Geber zu generieren. Die Umschaltung zwischen Standard-Ton und Zweit-Ton erfordert keinen Schalter und kommt ohne Eingriff in das Funkgerät aus.

Die einfache Lösung: Beim normalen Einschalten des Funkgeräts ist immer der Standard-Ton (Frequenz 1) aktiv. Hält man beim Einschalten des Funkgeräts aber kurz die PTT gedrückt, bis das Gerät Strom hat, ist der zweite Ton aktiv und zwar solange bis das Funkgerät wieder ausgeschaltet wird. Beim nächsten normalen Einschalten ist dann wieder der Standardton aktiv oder, bei gedrückter PTT beim Einschalten, wieder der Zweit-Ton.

Folgende Kombinationen sind im Moment vorgefertigt.

Kombination 1: Standard-Ton 82,5 Hz, zweiter Ton 88,5 Hz
Kombination 2: Standard-Ton 88,5 Hz, zweiter Ton 71,9 Hz
Kombination 3: Standard-Ton 88,5 Hz, zweiter Ton 123,0 Hz
Kombination 4: Standard-Ton 123,0 Hz, zweiter Ton 88,5 Hz
Kombination 5: Standard-Ton 162,2 Hz, zweiter Ton 97,4 Hz

Aus Missbrauchsgründen sind hex-Codes nicht öffentlich zugänglich. Bei Interesse an einem Microcontroller bitte Anfrage per eMail senden.

Bei Interesse an weiteren Ton-Kombinationen eine kurze eMail senden an i n f o @ A f u g - I n f o . d e (ohne Leerzeichen manuell als Empfänger-Adresse in eMail-Programm einfügen; oder anklicken, dann öffnet sich das eMail-Programm) unter Angabe der Frequenzen des Standards-Tons und des zweiten Tons. Es wird dann ein hex-Code erstellt, der den individuellen Wünschen entspricht.

Optionale Anpassung über PIN 5:

In der Regel dürfte das obige Schaltbild auch für die Ausführung mit zwei Subtönen zum Umschalten völlig ausreichen.

Für den Fall aber, dass die beiden Subtöne sehr weit in der Frequenz auseinanderliegen, kann man optional PIN5 des PIC12F675 als Schaltausgang nutzen. Dort liegen +5VDC an, wenn der zweite Ton aktiv ist (ansonsten 0 V).

Optionaler Schaltausgang an PIN5 für Geber mit 2 Subton-Frequenzen. Nur wenn die zwei Frequenzen sehr weit auseinander liegen.

Mit einem nachgeschalteten Transistor, der mit einem der drei Kondensatoren verbunden wird (siehe Schaltbild), kann man so z.B. den Pegel der Filterung angleichen (bei höheren Frequenzen ist bei gleichbleibender Poti-Stellung der Pegel niedriger als bei tieferen Frequenzen, wobei tiefere Frequenzen in gewissen Rahmen problemlos einen höheren Pegel aufweisen dürfen). Für ideale Ergebnisse sollte der Filter inkl. Poti erst auf eine Frequenz angepasst werden,die zweite Frequenz kann dann über den Schaltausgang weiter optimiert werden, z.B. durch Dazu-/Weg-Schalten von Bauteilen über den Schaltausgang an PIN5. Auf diese Weise kann jeder seine individuell am besten geeigneste Lösung realisieren.

Einen NPN-Transistor (z.B. BC237 o.a.) verwendet man, wenn die erste Frequenz höher ist als die zweite.

Einen PNP-Transistor (z.B. BC213 o.a.) verwendet man, wenn die erste Frequenz niedriger ist als die zweite.

Die Wirkung ist unterschiedlich groß, je nachdem, an welchen Kondensator man den Transistor anschließt. Bei C1 ist sie gering, bei C2 mittel und bei C3 am größten.

Je nach Verwendungszweck oder zum Testen, könnte man direkt an den Schaltausgang an PIN5 über einen Vorwiderstand (270 Ohm ... 1kOhm) auch eine LED anschließen als optische Anzeige, welcher Subton gerade aktiv ist, usw.

Diesen Schaltausgang an PIN5 kann man natürlich auch ungenutzt lassen.

Viel Spaß beim Nachbauen !

Weiterführende Links

Das Subton-Squelch-Verfahren - Allgemeines zur Funktionsweise von CTCSS

Diese Schaltung wurde getestet und nach bestem Wissen und Gewissen erstellt. Es wird dennoch keine Haftung übernommen.

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