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Hardware

Target supportato

• ESP32 (classico, Xtensa dual-core) — CONFIG_IDF_TARGET=esp32, 4 MB di flash.

• Il dual-core non è opzionale: l’ISR dell’ADC e il clock di campionamento del DAC sono fissati su core diversi di proposito (vedi La catena di segnale DSP).

• L’ESP32-S2 ha i DAC su GPIO17/18 e richiederebbe l’adattamento dell’header di configurazione. ESP32-S3/C3/C6/H2 non hanno alcun DAC e non possono eseguire il percorso TX senza modifiche.

Pinout / definizione di scheda

La definizione di scheda risiede nel CMakeLists.txt di livello superiore, applicata prima di project() tramite idf_build_set_property(COMPILE_DEFINITIONS … APPEND):

idf_build_set_property(COMPILE_DEFINITIONS "MODEM_ADC_GPIO=33"       APPEND)
idf_build_set_property(COMPILE_DEFINITIONS "MODEM_DAC_GPIO=25"       APPEND)
idf_build_set_property(COMPILE_DEFINITIONS "MODEM_PTT_GPIO=26"       APPEND)
idf_build_set_property(COMPILE_DEFINITIONS "MODEM_PTT_ACTIVE_HIGH=1" APPEND)
idf_build_set_property(COMPILE_DEFINITIONS "MODEM_LED_TX_GPIO=-1"    APPEND)
idf_build_set_property(COMPILE_DEFINITIONS "MODEM_LED_RX_GPIO=-1"    APPEND)

Segnale	Predefinito	Vincoli assoluti
Ingresso audio (ADC)	GPIO33 (ADC1_CH5)	Solo 32–39. L’ADC2 è inutilizzabile mentre il Wi-Fi è attivo, e questo firmware ha sempre il Wi-Fi attivo. Imposto da un #error in compilazione.
Uscita audio (DAC)	GPIO25 (DAC_CHAN_0)	Solo 25 o 26. Il DAC dell’ESP32 è cablato in modo fisso a quei pad e non è instradabile attraverso la matrice GPIO. Imposto da #error.
PTT	GPIO26	Qualsiasi GPIO capace di uscita diverso dai pin ADC/DAC; rifiuta i GPIO solo-ingresso 34–39 e i GPIO flash/PSRAM 6–11. -1 lo disabilita. Sia il pin sia la sua polarità sono costanti di compilazione.
LED TX / RX	disabilitati (-1)	Qualsiasi GPIO capace di uscita.
Ricezione GNSS (UART RX)	GPIO16	Cablato all’uscita TX del modulo. Qualsiasi GPIO capace di ingresso raggiungibile dalla matrice UART. Inutilizzabile su un ESP32-WROVER, dove i GPIO16/17 appartengono al die della PSRAM SPI. Impostato in main/include/gps.h.
Trasmissione GNSS (UART TX)	GPIO17	Cablato all’ingresso RX del modulo. Non vi si invia mai nulla — il firmware non configura mai il ricevitore — ma il pin resta comunque riservato, perché è fisicamente collegato a quell’ingresso.

Cablaggio a una radio

Nessuna delle due estremità del collegamento audio può essere connessa direttamente all’altra. Il lato ESP32 è un’interfaccia a 3,3 V, polarizzata in DC, a dati campionati; il lato radio è un’interfaccia analogica in AC, riferita a massa, a livello di millivolt. Tre cose devono avvenire in mezzo: attenuare (TX), traslare e limitare (RX) e commutare (PTT).

Cosa presenta ciascuna estremità

Ogni cifra del lato ESP32 qui sotto è derivata dalle costanti di compilazione del componente modem stesso, non da un ideale da datasheet.

Nodo	Cosa c’è davvero	Da
GPIO25 (DAC), in trasmissione	1,65 V DC con un’oscillazione ≈1,97 Vpp sopra ⇒ ≈0,70 Vrms per una sinusoide, più immagini di ricostruzione intorno ai 38,4 kHz	DAC_MID=128, AMPLITUDE_PCT=60, DAC_SAMPLERATE=38400
GPIO33 (ADC)	Finestra 0–3,1 V; l’AGC punta a 310 mVrms al pin, la raggiunge da appena ≈39 mVrms, la mantiene sotto ≈3,3 mVrms, satura sopra ≈1,1 Vrms	ADC_ATTEN_DB_12, AGC_TARGET_RMS=0.2
MIC IN dell’apparato	5–20 mVrms, spesso pre-enfatizzato, bias DC per l’electret	richiede ≈30–40 dB di attenuazione
DATA IN dell’apparato (mini-DIN-6)	≈40 mVpp ⇒ ≈14 mVrms, piatto, senza pre-enfasi	richiede ≈35 dB di attenuazione
SPKR / AF OUT dell’apparato	0,1–3 Vrms, dipendente dalla manopola del volume, de-enfatizzato	richiede attenuazione + bias
DATA OUT / DISC dell’apparato	100–300 mVrms, livello fisso, indipendente dallo squelch, piatto	richiede solo bias — questa è quella buona

Due conseguenze da interiorizzare prima di saldare:

• Il DAC è ~35 dB troppo forte per qualsiasi cosa sulla radio. Una connessione diretta non solo sovra-devia, ma spruzza.

• Una porta DATA OUT è già dentro la finestra dell’AGC (100–300 mVrms contro il range utile 39 mVrms–1,1 Vrms). Se il tuo apparato ha un jack dati, il lato RX è una rete di bias e niente altro — nessun potenziometro, nessun guadagno.

Schema funzionale minimo

Passivo, ~15 parti, senza amplificatori operazionali.

Ruoli chiave dei componenti: R1/R2 + C2/C3 formano un passa-basso di ricostruzione a due poli (fc ≈ 4,8 kHz) che elimina le immagini del DAC a 38,4 kHz; C1 blocca il bias di riposo a 1,65 V del DAC dall’ingresso microfono; R3/RV1 attenuano e regolano il livello TX; R5/R6 impostano un bias a metà raglio di 1,65 V per l’ADC; R7/C5 smorza il colpo di carica del condensatore di campionamento SAR; D1/D2 limitano il pin dell’ADC ai rail. Per 9600 Bd G3RUH sostituisci C2/C3 con 10 nF (fc ≈ 7,2 kHz) per mantenere l’audio piatto oltre i ~5 kHz.

Avvertimento

Il predefinito del PTT è una trappola. La definizione di scheda fornita è MODEM_PTT_ACTIVE_HIGH=1 in questa revisione. Scegli un driver di PTT la cui polarità corrisponda alla configurazione, o cambia la configurazione per corrispondere al tuo driver. Un opto (opzione A) inverte e si adatta a ACTIVE_HIGH=0; un semplice interruttore NPN low-side (opzione B) non inverte e richiede ACTIVE_HIGH=1. Verifica sempre con un multimetro che la linea PTT sia aperta durante il reset, per tutto l’avvio di ~5 s, e mentre è in riposo prima di connettere la radio — modem_init() si blocca ~5 s calibrando il clock dell’ADC e i beacon trasmettono all’ingresso, quindi un PTT di polarità errata ti dà secondi di portante non modulata. Il firmware porta il pin PTT al livello di riposo come primo passo di app_main(). Prima di allora — durante la ROM e il bootloader di secondo stadio, circa 0,3–0,5 s dopo ogni reset (pin EN, brownout, OTA o riavvio remoto) — il pin è un ingresso non configurato e senza pull, e solo la polarizzazione propria dello stadio di commutazione sul suo ingresso di controllo tiene la radio non in trasmissione.

Interfaccia ridotta: un condensatore e un trimmer per direzione

Lo schema qui sopra è la versione di riferimento. È supportata anche un’interfaccia ridotta, che non porta altro che un condensatore di accoppiamento e un trimmer di livello in ciascuna direzione audio, con il PTT invariato. Quello che facevano le parti rimosse viene assunto da un’impostazione della pagina Radiomodem oppure accettato come limite:

Rimosso	Sostituzione
R5/R6 (polarizzazione dell’ADC)	Polarizzazione interna dell’ingresso ADC, che collega in serie il pull-up e il pull-down del pad stesso
R3 (attenuatore di TX)	il solo trimmer, eventualmente con l”Ampiezza di uscita in trasmissione ridotta per distribuirne la corsa utile
R1/R2 + C2/C3 (filtro di ricostruzione)	Frequenza di campionamento in trasmissione a 76800 Hz, che sposta le immagini di un’ottava
D1/D2 (clamp di ingresso)	niente: Avvisa quando l’audio ricevuto esce dal fondo scala segnala la condizione e il trimmer di ricezione è ciò che limita la corrente di guasto
R7/C5 (snubber dell’ADC)	niente; è da attendersi un po” più di rumore

Cablaggio, per direzione: il trimmer di trasmissione è un partitore fra GPIO25 e massa con il cursore che alimenta il condensatore di accoppiamento, e il trimmer di ricezione è un partitore sull’uscita altoparlante dell’apparato con il cursore che alimenta l’altro condensatore. Il condensatore va dopo il trimmer su entrambi i lati. Prima di esso la gamba inferiore del trimmer porterebbe a massa il pin dell’ADC, vanificando la polarizzazione interna, e sul lato trasmissione affosserebbe la polarizzazione propria dell’ingresso microfonico.

Il condensatore di trasmissione deve essere da 1 µF o più. Quello di ricezione forma un passa-alto del primo ordine con le resistenze dell’autopolarizzazione (circa 22 kΩ tra il pull-up e il pull-down del pad, che variano da un esemplare all’altro), e il suo valore dipende dall’audio fornito dall’apparato:

• Audio piatto (discriminatore / dati): 1 µF o più, taglio a circa 7 Hz. L’ingresso resta com’è.

• Audio de-enfatizzato (altoparlante): 10 nF, taglio a circa 700 Hz (tra 500 e 900 Hz secondo la dispersione delle resistenze interne). La de-enfasi solleva tutto ciò che sta sotto i toni di 6 dB per ottava, quindi un’uscita altoparlante porta bassi ben sopra i toni; attraverso un condensatore grande quei bassi occupano la gamma del convertitore e lasciano i toni appena qualche conteggio sopra il rumore proprio dell’ADC, cosa che il passa-alto della pagina Radiomodem non può recuperare perché agisce dopo il convertitore. Davanti all’ADC il condensatore da 10 nF li elimina, e insieme toglie 1,3 dB al tono di mark a 1200 Hz e 0,4 dB a quello di space a 2200 Hz, un po” dell’esaltazione del tono di space di cui l’audio de-enfatizzato ha bisogno. Usare un condensatore ceramico o a film: non ha polarità.

Un condensatore da 100 nF porta il taglio a circa 70 Hz, che conserva i bassi e quindi si comporta come quello da 1 µF.

Usare trimmer da 10 kΩ: sul lato trasmissione mantengono leggero il carico sull’uscita del DAC, e l’attenuazione necessaria porta il cursore intorno all’1,4 % della corsa, per cui è un trimmer multigiro a renderlo regolabile.

Regolare i livelli con i due pulsanti accanto a TEST LOOP, che è ciò che il loop test non può fare una volta che un apparato ha sostituito il ponticello: LIVELLO RX misura senza trasmettere — puntare al verdetto buono, un livello della banda dei toni di almeno 20 mV RMS (con un ingresso piatto, 250-350 mV RMS a banda larga è un livello comodo), con la gamma grezza ben lontana da 0 e 4095, e con la polarizzazione interna attiva aspettarsi un offset di continua fra 1200 e 2000 mV — e TEST TX manda in trasmissione per poter leggere la deviazione su altra strumentazione e regolarla a 2,5-3,5 kHz.

Avvertimento

Senza D1/D2 il trimmer di ricezione è l’unica cosa che limita la corrente verso il pin dell’ADC. L’uscita altoparlante di un portatile a tutto volume è ben fuori da 0-3,3 V, quindi abbassare il volume prima di collegare e non portare mai l’uscita altoparlante a GPIO33 con il solo condensatore.

Baofeng UV-5R e HT con connettore K

L’UV-5R (e i cloni a due pin stile Kenwood-K1: UV-82, BF-888, GT-3, RT-5R…) espone due spine invece di un jack combinato:

Spina	Dimensione	Segnale
Grande	3,5 mm TS	Punta = uscita audio SPKR, Manica = GND
Piccola	2,5 mm TRS	Punta = MIC in, Anello = PTT (cortocircuita alla manica per attivare), Manica = GND

Non esiste un circuito UV-5R separato — costruisci lo schema minimo esattamente come sopra; cambia solo dove atterrano i tre fili fuori scheda, perché l’apparato divide «rig» su due spine. Nota che questi HT non hanno un jack discriminatore, quindi 9600 Bd G3RUH è irraggiungibile; AFSK 1200 Bd Bell 202 è il tetto realistico attraverso il connettore a 2 pin di serie. Verifica il pinout della spina con un multimetro prima di saldare — i cavi economici aftermarket a volte scambiano mic e PTT.

Ordine di messa in funzione

1. Prima il loop test, senza radio. Cabla GPIO25 → GPIO33 con un semplice filo (vedi Amministrazione web e il LOOP TEST). Se questo fallisce, nessun circuito esterno aiuterà.

2. Poi RX, ancora senza TX. Apri lo squelch, immetti traffico reale, e osserva la colonna AUDIO della tabella di traffico in tempo reale (i mVrms del modem stesso al pin). Regola RV2 per ≈300 mVrms sui pacchetti — il target dell’AGC, dove il loop si trova all’unità con il massimo margine.

3. TX per ultimo, su un carico fittizio. Imposta RV1 per ≈3,0 kHz di deviazione (2,5–3,5 kHz). La sovra-deviazione è la causa singola più comune di «il mio igate sente tutti ma nessuno sente me».

4. 9600 Bd G3RUH richiede il percorso piatto/discriminatore a entrambe le estremità: DATA IN/DATA OUT, 10 nF in C2/C3, e la casella Ingresso audio piatto / da discriminatore spuntata.

Isolamento e loop di massa

Il circuito passivo condivide una massa con la radio, la normale fonte di ronzio, sibilo dell’alternatore e «funziona finché non trasmetto». Se senti qualcosa di tutto ciò, usa trasformatori di isolamento audio 600:600 Ω al posto di C1 e C4, mantieni l’opto (opzione A) così che il ritorno del PTT non ricrei la massa che hai appena spezzato, e combatti l’ingresso RF con cavo schermato, fili corti, una ferrite a clip sul connettore dell’apparato e 47–100 pF da ciascuna linea audio al telaio dell’apparato.

Procedura di taratura

Punti di riferimento

Segnale	GPIO	Funzione
DAC (uscita audio TX)	GPIO25	Audio di trasmissione AFSK
ADC (ingresso audio RX)	GPIO33	Audio di ricezione AFSK
Uscita PTT	GPIO26	Commutazione dell’apparato radio

Trimmer	Valore	Posizione	Funzione
RV1	1 kΩ	Tra il DAC e il terminale di uscita MIC dell’interfaccia	Livello audio TX — imposta la forza di pilotaggio verso l’ingresso microfono/audio dell’apparato radio
RV2	10 kΩ	Tra il terminale di ingresso SPKR dell’interfaccia e l’ADC	Livello audio RX — attenua l’uscita altoparlante/audio dell’apparato radio fino al livello atteso dall’ADC

1. Metodo A — Test in loopback del solo modem

Usalo per verificare in isolamento la catena DAC/ADC/AX.25 propria dell’ESP32, prima di coinvolgere la scheda di interfaccia.

1.1 Schema minimo

Un solo ponticello, GPIO25 → GPIO33. Entrambi i pin sono a 0–3,3 V sbilanciati e condividono il piano di massa della scheda, quindi non serve alcun condensatore di accoppiamento o attenuatore per ottenere un risultato superato/non superato.

1.2 Procedura

1. Cabla il ponticello come sopra (spegni l’alimentazione prima).

2. Abilita il modem audio nell’interfaccia web (pagina Radio/Modem → «Abilita modem ADC/DAC audio» → Salva → riavvia).

3. Apri la console seriale per osservare i risultati.

4. Esegui l’autotest dal pulsante LOOP TEST della pagina Radio/Modem (o dall’endpoint web equivalente).

5. Leggi la riga PASS/FAIL risultante, che riporta il livello RX (mV RMS), l’escursione grezza dell’ADC e il guadagno AGC, più — in caso di fallimento — una diagnosi specifica per fasi.

6. Ripeti 3-5 volte per escludere una connessione intermittente prima di trarre conclusioni.

1.3 Interpretazione del risultato

Risultato	Significato
PASS	L’intero percorso TX→RX→HDLC→CRC è funzionalmente corretto
FAIL, l’ADC non ha mai campionato	Problema del driver/inizializzazione dell’ADC, non del ponticello
FAIL, linea piatta / quasi continua	Nessun segnale raggiunge l’ADC — controlla il ponticello e le masse
FAIL, segnale presente ma nessun aggancio	Il tono raggiunge l’ADC ma il PLL del demodulatore non si sincronizza mai — controlla il guadagno AGC (i punti vicini a 1,0× indicano il percorso dell’AGC) o l’impostazione di velocità in baud/tipo di modem
FAIL, PLL agganciato, nessuna trama (fase < FRAME)	La sincronizzazione dei bit non avvia mai una trama — problema più profondo di recupero dei bit
FAIL, PLL agganciato, nessuna trama (fase = FRAME)	Il framing funziona ma il CRC fallisce — segnale marginale o clipping
FAIL, contenuto non corrispondente	Trama ricevuta ma corrotta — distorsione, clipping o un ponticello di loopback allentato

2. Metodo B — Loopback attraverso la scheda di interfaccia (via RV1/RV2)

Usalo per validare — e tarare — la scheda di interfaccia audio vera e propria, inclusi entrambi i trimmer di livello, senza alcun apparato radio collegato.

2.1 Schema minimo

Cabla la scheda di interfaccia all’ESP32 esattamente come per il funzionamento normale (DAC/ADC/PTT), poi aggiungi un ponticello aggiuntivo sulla scheda di interfaccia stessa, dal suo terminale di uscita MIC al suo terminale di ingresso SPKR. Nessun apparato radio è collegato. Questo chiude l’anello attraverso l’intera catena analogica — entrambi i trimmer, i condensatori di accoppiamento e le reti di livello.

2.2 Cosa leggere

Ogni esecuzione dell’autotest (§1.2, punto 4) ora riporta, sia che superi il test sia che fallisca:

• Livello RX, in mV RMS

• Escursione grezza dell’ADC (min-max, su un intervallo a 12 bit, 0–4095) — l’indicatore del margine dal clipping

• Guadagno di picco dell’AGC

Questi tre valori sostituiscono una traccia dell’oscilloscopio quando si tarano i trimmer descritti di seguito.

3. Procedura di taratura dei trimmer (prima RV1, poi RV2)

Esegui questa procedura con l’anello cablato come al §2.1, eseguendo l’autotest dopo ogni regolazione.

1. Parti dal basso. Porta RV1 (livello TX) vicino al minimo e RV2 (livello RX) a circa metà corsa.

2. Scorri RV1 verso l’alto, eseguendo il test a ogni passo:

   • Troppo basso: FAIL — aggancio del PLL debole o assente, escursione grezza dell’ADC ridotta, RMS basso.

   • Troppo alto: l’escursione grezza dell’ADC si avvicina ai binari (verso 0 e/o 4095), causando infine un fallimento di contenuto non corrispondente o di CRC.

   • Annota l”intervallo di posizioni di RV1 che dà un PASS pulito con l’escursione chiaramente lontana da entrambi i binari.

3. Fissa RV1 al centro di quell’intervallo valido — non a un estremo — in modo da avere lo stesso margine sia contro una connessione debole sia contro il clipping.

4. Con RV1 fisso, scorri RV2 allo stesso modo:

   • Troppo basso: RMS debole, aggancio DCD marginale o assente.

   • Troppo alto: l’escursione si avvicina ai binari, fallimenti di distorsione/CRC.

   • Fissa RV2 al centro del suo intervallo valido.

5. Riverifica. Esegui l’autotest 3-5 volte di seguito con le impostazioni scelte. Tutte le esecuzioni dovrebbero dare PASS, con l’escursione che resta lontana da entrambi i binari e l’RMS ben al di sopra della soglia di «nessun aggancio» osservata durante la scansione.

6. Registra le posizioni finali (ad es. «RV1: 40% dal minimo, RV2: 55% dal minimo») per riferimento futuro, poiché i trimmer possono spostarsi o subire urti.

Non serve mai un oscilloscopio: le letture di escursione/RMS/AGC di ogni esecuzione dell’autotest lo sostituiscono, e il confine stesso tra PASS e FAIL segna i bordi della finestra utilizzabile di ciascun trimmer.

Tabella delle partizioni

Il firmware distribuisce un layout da 4 MB abilitato all’OTA (partitions.csv):

Nome	Tipo	SubType	Offset	Dimensione	Note
nvs	data	nvs	0x9000	24 K
otadata	data	ota	0xF000	8 K
phy_init	data	phy	0x11000	4 K
ota_0	app	ota_0	0x20000	1728 K	primo slot app
ota_1	app	ota_1	0x1D0000	1728 K	secondo slot app
storage	data	spiffs	0x380000	512 K	montata come LittleFS su /storage

Due slot app permettono all’OTA dell’amministrazione web di scrivere lo slot che non è attualmente in esecuzione e di eseguire il rollback automaticamente se la nuova immagine fallisce l’autotest post-avvio. Un dispositivo ancora sulla vecchia tabella a singolo factory necessita di una riscrittura seriale per migrare a questo layout; ogni aggiornamento successivo può passare per l’amministrazione web.