CAT VFO Controller for Xiegu G90 (STM32 + MT6701)

📺 Youtube video: VFO controller in action

---

Читать на русском языке 🇷🇺

Выносной магнитный валкодер (пульт управления) для КВ-трансивера Xiegu G90.

Проект разработан на базе неблокирующих конечных автоматов (FSM) для воссоздания классического «аналогового» и тактильно приятного ощущения плавной настройки, которого так не хватает штатным энкодерам.

Официальная страница проекта: https://xflyingcat.ru/catvfoctrl.html

🚀 Технические особенности реализации (по коду)

• Оптимизированный тайминг (50 мс) для плавной настройки: Опрос дельты энкодера происходит с квантом времени 50 мс. Управляющий пакет отправляется в трансивер только при вращении вала. Это обеспечивает плавность настройки без задержек и исключает перегрузку шины CAT.

• Магнитный энкодер (MT6701): Высокоточный бесконтактный датчик, настроенный на фиксированные 400 событий на оборот. При шаге 10 Гц это дает 4 кГц на оборот.

• Аппаратный уровень (STM32F103):

  • Квадратурный сигнал энкодера обрабатывается аппаратным таймером TIM1 в 16-битном режиме.
  • Отправка САТ-команд в трансивер автоматизирована через DMA (DMA1_Channel4), что освобождает процессор от ожидания отправки байт.
  • Входящий САТ-поток принимается по прерываниям во встроенный кольцевой FIFO-буфер емкостью 128 байт с обеспечением атомарности операций при чтении.

• Фильтрация эха: На однопроводной шине CI-V контроллер автоматически отфильтровывает собственное эхо отправленных пакетов, реагируя только на входящие сообщения, адресованные мастеру (THIS_MACHINE_ADDRESS = 0xE0).

• Двусторонняя синхронизация (Таймаут 500 мс): Если ручка пульта статична более 500 мс, контроллер запрашивает текущую частоту у Xiegu G90 (команда 0x25 0x00). Это предотвращает «скачки» частоты при ручной перестройке на самом трансивере или смене диапазона.

• Управление шагом (10 Гц / 1 Гц): Переключение шага происходит при длительном нажатии кнопки LOCK. При возврате с точности 1 Гц на шаг 10 Гц алгоритм автоматически выполняет математическое округление частоты до десятков ((freq / 10) * 10), убирая дробный «хвост».

• Решение проблемы PTT Xiegu G90: Трансивер не имеет стандартного нормализованного входа PTT (под простую педаль с замыканием линии на землю). Данный пульт полностью решает эту проблему: вы подключаете обычную педаль в гнездо 3.5 мм пульта, при замыкании цепи на землю контроллер переводит трансивер на передачу по шине CAT (команда 0x1C).

• Защита от залипания PTT (Anti-Stick Watchdog): Для линии PTT реализован таймер безопасности: при непрерывном удержании передачи более 2 минут, контроллер принудительно отключает PTT по CAT для защиты выходного каскада трансивера от перегрева.

🛠 Аппаратная часть (Hardware)

• Микроконтроллер: STM32F103C8T6.
• Защита цепей: Гальваническая опторазвязка линии PTT для исключения земляных петель и TVS-супрессоры на линиях RxD/TxD CAT-интерфейса.
• Механика: Вал на двух подшипниках с преднатягом.
• Корпус: Литой алюминиевый экранированный корпус Gainta G104 с гермовводом (дело тут не в герметичности, просто удобный способ ввода кабеля).
• Кабель:

Единый пучок длиной 0.5 м (Питание DC, CAT Jack 3.5мм(штеккер), PTT Jack 3.5мм(гнездо)), введенный через гермоввод.

• PCB Проект будущей печатной платы представлен в формате KiCad. Плата уже разработана и совсем недавно заказано производство.

💻 Программное обеспечение процесса разработки (Software)

• Среда разработки: XPack arm-none-eabi gcc, XPack windows build tools.
• EDA: KiCad.

---

Read in English 🇬🇧

External VFO controller with magnetic encoder for the Xiegu G90 HF transceiver based on non-blocking Finite State Machines (FSM).

This project was designed to recreate the classic, tactilely pleasant "analog" feel of smooth tuning, which stock detent encoders lack.

Project Homepage: https://xflyingcat.ru/catvfoctrl.html

🚀 Code Architecture

• Smooth Tuning Response (50 ms): Encoder delta polling occurs with 50 ms time quantum. A CAT packet is transmitted only when a physical shaft rotation is detected. This provides absolute tuning smoothness with zero lag and prevents transceiver CAT bus overloading.

• Magnetic Encoder (MT6701): High-precision contactless 14-bit sensor configured for a fixed 400 events per revolution. With a 10 Hz tuning step, this delivers 4 kHz per revolution.

• Hardware Level (STM32F103):

  • Quadrature encoder signals decoded via hardware TIM1 timer peripheral in 16-bit mode.
  • Outgoing CAT commands handled smoothly using hardware DMA (DMA1_Channel4), bypassing CPU wait cycles.
  • Incoming CAT stream parsed via an interrupt-driven ring FIFO buffer (128 bytes) with atomic read operation locks.

• Echo Filtering: On the single-wire CI-V bus, the controller automatically filters out its own transmitted echo packets by validating the destination address (THIS_MACHINE_ADDRESS = 0xE0).

• Bidirectional Sync (500 ms Timeout): If the VFO knob is idle for >500 ms, the controller automatically polls the Xiegu G90 for its current frequency (using advanced 0x25 0x00 command). This prevents frequency "jumps" if you change bands directly on the radio.

• Step Control (10 Hz / 1 Hz): Step size switching is bound to a long press of the LOCK button. When returning to 10 Hz, the frequency is automatically rounded to the nearest tens of Hz ((freq / 10) * 10) to clean up fractional offsets.

• Xiegu G90 Non-Normalized PTT Fix: The stock transceiver lacks a standard, normalized PTT input for simple footswitches with ground-keying. This controller completely fixes the issue: you plug any standard pedal into the VFO's 3.5mm jack, press it and the MCU instantly triggers transmission via digital CAT commands (0x1C command).

• Industrial Grade PTT Safety (Anti-Stick Watchdog): The PTT line features a built-in safety watchdog: if the PTT remains engaged for more than 2 minutes, the transmission is forcefully aborted via CAT to protect the radio's PA stage from overheating.

🛠 Hardware Specifications

• MCU: STM32F103C8T6 (Custom PCB is ready to order).
• Circuit Protection: Optocoupler galvanic isolation for the PTT line to break ground loops; low-capacitance TVS suppressor arrays on the CAT RxD/TxD lines.
• Mechanics: Custom shaft assembly utilizing dual preloaded ball bearings.
• Enclosure: Die-cast aluminum shielded Gainta G104 housing.
• Cable Assembly:

Integrated 0.5-meter harness (DC Power, CAT 3.5mm Jack/Plug, PTT 3.5mm Jack/Socket) routed via a cable gland.

• PCB is presented in KiCad format. PCB manufacturing just ordered.

💻 Software Stack

• IDE: XPack arm-none-eabi gcc, XPack windows build tools.
• EDA: KiCad.