RP6 - Morse-Code

Allgemein

In diesem Artikel geht es um die Programmierung des RP6 und seiner Erweiterungsplatinen RP6 CONTROL M32 und RP6 CCPRO M128 am konkreten Beispiel eines Morse-Decoders (Empfänger), eines Morse-Encoders (Sender) und einer Morse-Station (Transceiver).

Zu den Grundlagen des RP6 gibt es eine eigene Seite: RP6. Ebenso zur Programmierung des RP6 im Allgemeinen: RP6 - Programmierung

Geschichte

Nachdem Samuel Morse 1833 den ersten brauchbaren elektromagnetischen Schreibtelegrafen gebaut hatte, fand der erste Testbetrieb 1837 statt. Der verwendete Code umfasste damals nur die zehn Ziffern; die übertragenen Zahlen mussten mit Hilfe einer Tabelle in Buchstaben und Wörter übersetzt werden. Alfred Lewis Vail, ein Mitarbeiter Morses, entwickelte ab 1838 den ersten Code, der auch Buchstaben umfasste. Er bestand aus Zeichen von drei verschiedenen Längen und unterschiedlich langen Pausen. Dieser Code wurde ab 1844 betrieblich eingesetzt (als Morse Landline Code oder American Morse Code bei amerikanischen Eisenbahnen und den Telegrafenunternehmen bis in die 1960er Jahre). Die unterschiedlich langen Pausen stellten eine Unzulänglichkeit des Codes dar, so dass Friedrich Clemens Gerke ihn 1848 zur Inbetriebnahme der elektromagnetischen Telegrafenverbindung zwischen Hamburg und Cuxhaven umschrieb. Dieser Code wurde nach einigen weiteren kleinen Änderungen 1865 auf dem Internationalen Telegraphenkongress in Paris standardisiert und später mit der Einführung der drahtlosen Telegrafie als Internationaler Morsecode von der Internationalen Fernmeldeunion (ITU) genormt. Im Mai 2004 wurde der Morse Code ein zweites Mal anläßlich des 160-jährigen Bestehens der ITU ergänzt, in dem das @ (. - - . - .) offiziell hinzugefügt wurde. Die erste Änderung war ca. 1960 mit der Unterscheidung zwischen Klammer-auf (- . - - .) und Klammer-zu (- . - - . -) erfolgt. Der Morse Code hat in den letzten 10 Jahren immer mehr an Bedeutung verloren. Im Amateurfunk und zu Unterrichtszwecken wird er jedoch noch eingesetzt, auch weiterhin als (Buchstaben-) Kennung von Funknavigationsanlagen (Leuchttürme, Funkfeuer, Radarantwortbaken ...) und bei der Steuerung von Computern durch Körperbehinderte.

Grundlagen

Der Morse-Code verwendet drei Symbole, die Punkt (.), Strich (-) und Pause ( ) genannt werden.

• Ein Strich (Dah) ist dreimal so lang wie ein Punkt (Dit).
• Die Pause zwischen 2 Symbolen ist ein Dit lang.
• Zwischen den Buchstaben eines Worts gilt eine Pause von einer Dah-Länge (= 3 Dits).
• Die Pause zwischen Wörtern beträgt 7 Dits.

Die Übertragungsrate beim Morsen wird in Buchstaben pro Minute (BpM) oder in Wörtern pro Minute (WpM) gemessen, wobei ein Wort 5 Buchstaben entspricht. Als Referenz für die Geschwindigkeitsmessung wurde das Wort „PARIS“ ausgewählt. Gibt ein Funker dieses Wort mit seinen 5 Buchstaben 12-mal pro Minute, so beträgt die Morse-Geschwindigkeit 60 BpM. Das Wort „PARIS“ besteht aus 50 Dits (d.h. Punkt- plus Strich- plus Pausenlängen). Ein WpM sind 50 Dits pro Minute.

WpM	BpM	Punktlänge [ms]	Strichlänge [ms]
1	5	1200	3600
5	25	240	720
10	50	120	360
20	100	60	180

Anfänger leisten bis zu 5 WpM, die Prüfgeschwindigkeit für Funkamateure liegt bei 12 WpM. Sehr gute Funker schaffen 50 WpM. Weltrekorde: Mehr als 75 WpM!

Morse-Alphabet

Das hier aufgeführte Morse-Alphabet umfasst die englischen Buchstaben und die nicht-englischen Ergänzungen zum Morse-Alphabet. Darüber hinaus gibt es Morse-Codes in vielen Sprachen, die nicht lateinische Buchstaben verwenden: Griechisch, Kyrillisch, Hebräisch, Arabisch, Persisch, Japanisch, Chinesisch, Koreanisch …

Morse-Baum

Mit den "Morse-Bäumen" kann man den Morse-Code lernen oder sehr langsam gesendete Morse-Zeichen direkt decodieren. Im Morse-Baum steht ein Kreis für einen Punkt und ein Rechteck mit abgerundeten Kanten für einen Strich. Beginnt das empfangene Morse-Zeichen mit einem Punkt, folgt man im Morse-Baum "E" den Pfeilen abhängig von den folgenden Punkten/Strichen bis zum Ende des Zeichens. Dort kann man dann das decodierte Zeichen ablesen. Genauso verfährt man mit Morse-Zeichen, die mit einem Strich beginnen, mit dem Morse-Baum "T".

Projekt

Das Empfangen und Senden von Morse-Zeichen ist für einen uC (Microcontroller) eigentlich kein Problem. Die drei Plattformen (Base, M32, M128) des RP6-Systems haben den Vorteil, dass sie aus drei unabhängigen uCs bestehen, die man zum Testen einer Datenübertragung gut benutzen kann. Dazu brauchen die M32 und M128 nur auf dem RP6 montiert zu sein. Als Verbindungen, über die die Morse-Zeichen gesendet werden, kann man die I/O-Pins benutzen, durch die die drei uCs über den XBUS schon verbunden sind (SCL, SDA, EINT1).

Natürlich kann man auch eine "echte" drahtgebundene Morse-Verbindung erreichen, indem man eine der Zusatzplatinen stand-alone betreibt und durch ein Kabel z.B. mit der Base verbindet.

Am reizvollsten ist aber eine Funkverbindung: Der HF-Sender wird z.B. mit einem Ton moduliert, wenn der Ausgangs-Pin des steuernden uCs Highpegel führt. Im HF-Empfänger wird der Eingangs-Pin des decodierenden uCs immer dann auf High-Pegel gezogen, wenn der aufmodulierte Ton empfangen wird. Das ist mit dem RP6-System und etwas Zusatz-Hardware auch für einen Nicht-Funkamateur relativ einfach machbar. Auch die im Radio z.T. noch empfangbaren Morse-Zeichen lassen sich mit einem uC decodieren. Dazu braucht man ebenfalls eine kleine Zusatz-Schaltung.

Planung

Auf allen drei Plattformen (Base, M32, M128) soll ein Morse-Sender und -Empfänger realisiert werden. Beide Funktionen sollen auch parallel nutzbar sein. Auf der RP6 Base und M32 sollen die Funktionen im üblichen Task-System der RP6 Library umgesetzt werden, damit gleichzeitig auch noch weitere Aufgaben ausgeführt werden können. Auf der CCPRO M128 soll der Morse-Sender und -Empfänger in einer 1ms-Interruptroutine parallel zum Hauptprogramm ablaufen.

Auf der M32 und M128 werden die als Morse-Code empfangenen Zeichen auf dem LC-Display dargestellt, auf der Base am Terminal. Als Morse-Code zu sendende Zeichen können an allen Plattformen am Terminal als Text eingegeben werden. Denkbar ist auch, Morse-Zeichen direkt, z.B. mit einer Morse-Taste oder alternativ mit den Bumpern des RP6 einzugeben, sie zu decodieren, anzuzeigen und dann z.B. wieder als Morse-Code an eine andere Plattform weiter zu senden. Viele Möglichkeiten ...

Speicherung der Morse-Zeichen

Auf einem uC ist der Speicherplatz begrenzt, daher ist es wichtig, die Morse-Zeichen möglichst kompakt zu speichern. Da sie sich im Programmablauf nicht ändern, kann man sie auch im EEPROM oder Flash-Speicher ablegen. Ich habe mich für die letzte Option entschieden.

Wie kann man die Dits (Punkte) und Dahs (Striche) am besten speichern? Das längste Morse-Zeichen ...---... (SOS) hat 9 Dits/Dahs. Es ist auch das einzige so lange Zeichen,- alle anderen kommen mit 8 Dits/Dahs hin. Wenn ich SOS nicht berücksichtige, könnte ich die Morse-Zeichen in einem Byte so speichern, dass z.B. ein 0-Bit einem Dit und ein 1-Bit einem Dah entspricht. Das Problem dieser Lösung ist, dass man nicht erkennen kann, wo ein Morse-Zeichen zuende ist. Man müßte also mit mindestens 3 weiteren Bits die Länge des Morse-Zeichens festhalten. Dann bin ich bei einem Platzbedarf pro Morse-Zeichen von 11 Bit,- bei voller Speicherung auch der Ausnahme SOS bei 13 Bit.

Überschaubarer ist es, wenn ich eine 16-Bit Konstante für jedes Morse-Zeichen verwende. Daher lege ich mich auf folgendes Verfahren fest: Ich verwende jeweils 2 Bits für jedes Dit/Dah. Dabei steht die Bitfolge "01" für ein Dit und "11" für ein Dah. Die Bitfolge "00" wird als Ende des Morse-Zeichens gedeutet. Damit kann ich alle Morse-Zeichen einfach speichern,- allerdings nun wieder ohne SOS. Das ist aber kein Problem, weil das nicht existierende Morse-Zeichen ...---.. (SOI) anstelle von SOS gespeichert werden kann. Der Encoder oder Decoder erkennt dies und macht daraus dann wieder SOS.

Beispiel: Der Buchstabe "B" sieht als Morse-Zeichen so -... (Dah-Dit-Dit-Dit) aus. Als 16-Bit Konstante würde ich das "B" dann binär als 0b0000000001010111 speichern. Das entspricht der Hexadezimalzahl 0x0057 oder dezimal 87.

Ein weiteres Beispiel: Das Ausrufezeichen (!) sieht als (nicht ITU-konformes) Morse-Zeichen so -.-.-- (Dah-Dit-Dah-Dit-Dah-Dah) aus. Als 16-Bit Konstante würde ich das "!" dann binär als 0b0000111101110111 speichern. Das entspricht der Hexadezimalzahl 0x0F77 oder dezimal 3959.

Zusätzlich zu dieser Liste der Morse-Zeichen brauche ich für den Morse-Sender noch eine weitere Liste der ASCII-Zeichen mit ihrer Zuordnung zu den Morse-Zeichen. Für Signale wird optional eine weitere Liste benötigt.

Decodierung der Morse-Zeichen

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Erfahrungsberichte, Weiterentwicklung

... kann gerne ergänzt werden ...

Siehe auch

• RP6
• RP6 - Programmierung
• CCRP5
• Yeti
• Asuro
• C't-Bot

Weblinks

• Wikipedia

• ITU-R M.1677

• Morse Code Decoder Circuit

Autoren

--Dirk 16:17, 11. Mär 2012 (CET)