基于單片機(jī)電臺(tái)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) - 全文

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　　目前電臺(tái)是部隊(duì)的重要通信裝備，盡快熟練掌握電臺(tái)的操作，使之轉(zhuǎn)化為戰(zhàn)斗力，對部隊(duì)的發(fā)展建設(shè)有著重要作用。電臺(tái)操作手進(jìn)行操作訓(xùn)練的過程中，存在很多問題，例如，在電臺(tái)上進(jìn)行操作訓(xùn)練會(huì)造成電臺(tái)的嚴(yán)重?fù)p耗，并且受電臺(tái)數(shù)量限制，而且電臺(tái)還涉及到保密問題，需要嚴(yán)格控制電臺(tái)訓(xùn)練的頻度和強(qiáng)度，這樣會(huì)造成操作手訓(xùn)練時(shí)間短、對電臺(tái)操作不熟練等問題。因此，針對電臺(tái)訓(xùn)練中存在的問題，提出了以單片機(jī)為硬件核心的電臺(tái)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)，仿真電臺(tái)的訓(xùn)練，更好地保障軍事任務(wù)。

　　1 系統(tǒng)組成

　　此系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和主程序組成，目的不僅可以進(jìn)行單獨(dú)訓(xùn)練，而且可以由多個(gè)系統(tǒng)組成一個(gè)網(wǎng)上電臺(tái)訓(xùn)練系統(tǒng)，它的作用相當(dāng)于電臺(tái)之間通過無線信號進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，網(wǎng)上電臺(tái)訓(xùn)練系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡(luò)把各個(gè)系統(tǒng)連接起來，實(shí)現(xiàn)電臺(tái)之間的聯(lián)絡(luò)功能，這些由管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，考核系統(tǒng)進(jìn)行考核。

　　1.1 硬件系統(tǒng)任務(wù)

　　(1)電臺(tái)建模仿真訓(xùn)練。文中系統(tǒng)用于電臺(tái)訓(xùn)練，因此對電臺(tái)進(jìn)行建模仿真尤為重要。電臺(tái)建模仿真，其特殊性在于它不僅要對電臺(tái)本身進(jìn)行仿真，而且要對電臺(tái)顯示的信息的各種視覺效果進(jìn)行仿真;

　　(2)提供操作手真實(shí)的操作環(huán)境。要盡可能真實(shí)地仿真電臺(tái)的操作環(huán)境。主要根據(jù)電臺(tái)的面板，構(gòu)造一個(gè)相對真實(shí)的操作環(huán)境。這個(gè)操作環(huán)境比較真實(shí)地再現(xiàn)電臺(tái)的外觀反映操作動(dòng)作和操作效果;

　　(3)提供操作信息的輸入輸出電路。設(shè)計(jì)操作手操作信息的輸入輸出電路，一方面實(shí)時(shí)采集操作面板信息，送到單片機(jī)中去供單片機(jī)處理，另一方面將單片機(jī)反饋的訊息送到顯示面板上;

　　(4)提供與計(jì)算機(jī)通信的數(shù)據(jù)接口。可以把操作面板采集到的數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)用虛擬面板再現(xiàn)真實(shí)的操作效果，并對操作手進(jìn)行專業(yè)考核;

　　(5)功能擴(kuò)展模塊。功能擴(kuò)展模塊是裝備電臺(tái)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展、升級的預(yù)留接口。

　　硬件系統(tǒng)作為基礎(chǔ)架構(gòu)，主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、按鍵與顯示模塊、出錯(cuò)報(bào)警模塊、功能擴(kuò)展模塊、計(jì)算機(jī)通信模塊和計(jì)算機(jī)組成。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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　　1.2 主程序的工作及關(guān)鍵技術(shù)

　　(1)按鍵掃描子程序。按鍵掃描子程序是用來采集操作面板的信息，并傳給單片機(jī)處理。按鍵相當(dāng)于電臺(tái)的按鈕，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，單片機(jī)會(huì)檢測到有鍵按下，通過鍵值判別和處理子程序，就能得出是哪個(gè)按鍵被按下，達(dá)到采集操作面板信息的目的。

　　(2)鍵值判別和處理子程序。在單片機(jī)檢測到有鍵按下后，單片機(jī)會(huì)記錄下此時(shí)用于掃描按鍵電路輸入輸出口的狀態(tài)，并與設(shè)定的數(shù)據(jù)做比較，得出被按下鍵的鍵值，根據(jù)鍵值做相應(yīng)處理，達(dá)到鍵值判別和處理的目的。

　　(3)顯示子程序。顯示子程序是將操作手的操作結(jié)果顯示出來。在單片機(jī)采集到操作信息后，得到按鍵的鍵值，單片機(jī)會(huì)運(yùn)行鍵值相應(yīng)的顯示代碼段，將其操作結(jié)果顯示出來。

　　(4)管理系統(tǒng)。管理系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的組織管理者。作為電臺(tái)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的高層管理者，主要用于控制電臺(tái)的虛擬面板和聯(lián)絡(luò)功能。虛擬面板通常是將操作面板的照片掃描并放大成實(shí)際大小，然后在上面模擬真實(shí)的操作效果，或用專業(yè)的軟件制作出和面板有相同外觀且和面板有相同操作效果的虛擬面板。

　　聯(lián)絡(luò)功能是在以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上，管理系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)電臺(tái)之間的聯(lián)絡(luò)，組成網(wǎng)上電臺(tái)訓(xùn)練系統(tǒng)。例如，實(shí)現(xiàn)電臺(tái)的通話功能，當(dāng)操作手按下通話鍵開始聯(lián)絡(luò)，管理系統(tǒng)會(huì)收到單片機(jī)發(fā)來的開始聯(lián)絡(luò)信號，操作手通過耳麥說話，管理系統(tǒng)開始接收通話信息，并將其打包成以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀，其中包含了電臺(tái)信息的標(biāo)識符，然后通過網(wǎng)絡(luò)廣播出去。其他子系統(tǒng)計(jì)算機(jī)在接收到包含了電臺(tái)信息標(biāo)識符的數(shù)據(jù)幀后，經(jīng)過管理系統(tǒng)處理，再通過耳麥發(fā)出聲音。例如電臺(tái)1號聯(lián)絡(luò)2號，2號收到后，再通過上述過程聯(lián)絡(luò)1號，循環(huán)反復(fù)，實(shí)現(xiàn)電臺(tái)之間的通話，除了通話外，還可以實(shí)現(xiàn)異地訓(xùn)練考核等功能。

　　(5)考核系統(tǒng)。考核系統(tǒng)是訓(xùn)練成果的評判系統(tǒng)，考核方式可以人為評判，也可以用系統(tǒng)評判，系統(tǒng)評判的標(biāo)準(zhǔn)可以人為設(shè)定。本系統(tǒng)的考核評估主要基于記錄訓(xùn)練過程中各部分的狀態(tài)，并將各部分的狀態(tài)按時(shí)間排序，按時(shí)間順序確定各部分的動(dòng)作及動(dòng)作發(fā)生的時(shí)間，這樣就完整地再現(xiàn)了訓(xùn)練過程。然后根據(jù)這些動(dòng)作確定本次考核結(jié)果。另外，可以給考核評估的結(jié)果建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。

　　綜上所述，主程序由按鍵掃描子程序、顯示子程序、鍵值判別和處理子程序、計(jì)算機(jī)通信子程序和計(jì)算機(jī)管理與考核系統(tǒng)程序組成。主程序流程如圖2所示。

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　　2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　硬件系統(tǒng)是本系統(tǒng)的核心，用于實(shí)現(xiàn)對電臺(tái)的仿真。它建立電臺(tái)裝備的模型，提供相對真實(shí)的操作環(huán)境，通過處理接收到的操作信息，正確顯示操作效果，將反饋信息輸出到虛擬面板，并按照一定的仿真協(xié)議實(shí)現(xiàn)與其他子系統(tǒng)的信息交互。

　　2.1 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)、振蕩器電路、復(fù)位電路和電源組成。

　　(1)單片機(jī)?，F(xiàn)在市場上，單片機(jī)的種類繁多，對于本系統(tǒng)，選用了Atmel公司的AT89C52型單片機(jī)。AT89C52是一種高效微控制器，此型單片機(jī)的基本特性完全能夠勝任本系統(tǒng)的要求，由于它將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，AT89C52單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了靈活性高且價(jià)廉的方案。

　　(2)振蕩器電路。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石英晶體振蕩和陶瓷振蕩均可采用。對于本次設(shè)計(jì)，選用圖3的振蕩器電路。

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　　(3)單片機(jī)復(fù)位電路。單片機(jī)的復(fù)位通常是由外部復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)。通常采用上電自動(dòng)復(fù)位。最簡單的上電復(fù)位電路如圖4所示。

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　　(4)電源。單片機(jī)采用+5 V直流電源，計(jì)算機(jī)USB接口能輸出+5 V直流電源，而且無需任何外部整流濾波電路。因此，使用USB接口提供電源。

　　2.2 出錯(cuò)響鈴模塊

　　在單片機(jī)最小系統(tǒng)基礎(chǔ)上加裝蜂鳴器，當(dāng)操作手操作錯(cuò)誤，會(huì)觸發(fā)蜂鳴器，使其發(fā)出聲音，滿足人性化需求。

　　2.3 鍵盤和顯示模塊

　　本系統(tǒng)需要的按鍵較多，需要顯示的信息量也較大，選擇矩陣式鍵盤和液晶顯示器，如有需要另外增加少數(shù)按鍵，可以使用獨(dú)立式鍵盤進(jìn)行補(bǔ)充。液晶顯示器選用圖形點(diǎn)陣型液晶，它的顯示能力更加強(qiáng)大，而且集成度高、使用簡單。

　　2.4 計(jì)算機(jī)通信模塊

　　多數(shù)計(jì)算機(jī)都具有RS-232C接口，而且僅需3根線便可在兩個(gè)數(shù)字設(shè)備之間進(jìn)行全雙工傳送數(shù)據(jù)。MCS-51系列單片機(jī)的輸入、輸出電平為TTL電平，而計(jì)算機(jī)配置的是RS-232C標(biāo)準(zhǔn)串行接口，兩者的電氣規(guī)范不一致。因此，要完成計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)采用MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，從MAX232芯片中兩路發(fā)送接收中任選一路作為接口，是T1IN接單片機(jī)的發(fā)送端TXD，則計(jì)算機(jī)的接收端RXD一定要對應(yīng)接T1OUT引腳。同時(shí)，R1OUT接單片機(jī)的RXD引腳，計(jì)算機(jī)RS-232C的發(fā)送端TXD對應(yīng)接R1IN引腳，接口電路如圖5所示。

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　　3 結(jié)束語

　　電臺(tái)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)融合了單片機(jī)硬件仿真和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，是一種功能齊全的電臺(tái)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)。系統(tǒng)的成本低、可移植性和通用性強(qiáng)，可模擬真實(shí)情況下的電臺(tái)訓(xùn)練并進(jìn)行考核評估，為部隊(duì)提供了一種新的訓(xùn)練方法，具有較強(qiáng)的推廣性。