论文部分内容阅读
【摘要】本文介绍了某型机载电台仿真系统的硬件设计及相应的模块设计，给出了完整的硬件电路图，叙述了与之相关的控制程序设计。利用虚拟仪器对武器装备进行实物仿真，实习效率高，教学效果好，为军队院校教学模式改革提供了一种行之有效的方法。
【关键词】机载电台；仿真系统；硬件设计；软件设计
一、问题的提出
某型机载电台主要用于中远程、超低空指挥通信系统的联络，广泛应用于诸多军用飞机上，针对学院承担的机载通讯设备的教学和训练特点，为了解决在缺乏实装条件下学员的学习和实习操作，更好地掌握机载电台的原理和使用方法，我们采用虚拟仪器技术，自行设计研制了某型机载电台实物仿真系统。系统的控制面板与实际电台完全相同，通讯过程采用计算机组网模拟运行，使学员在教室中就能实际模拟出地面与飞机（机群）、飞机（机群）与飞机（机群）之间通讯的整个过程，极大地提高了机载电台的教学质量和效率，同时解决了实际装备实习中存在的对飞行的干扰问题，维护安全、方便，运行成本低。
二、系统硬件设计
仿真系统的硬件设计，主要是对电台控制盒进行实物仿真，主要功用是对电台控制盒的参数进行采集、控制，将其传送给计算机进行处理，同时将处理后的信息传送回来进行显示。根据实际需要将硬件系统设计成五个模块：中央控制模块（AT89S52）；输入输出（I/O）扩展模块（82C55）；计算机通信模块（MAX232）；A/D转换模块（ADC0804）以及LCD液晶显示模块（HDSP-2532），其原理框图如图1所示，硬件电路如图2所示。
图1 硬件原理框图
图2 仿真系统硬件电路图
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，它采用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容，片上拥有灵巧的8 位CPU 和8K系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案，其价格低廉，同时与电台控制盒控制器一致，因此成为我们硬件系统控制芯片的首选。
由于控制盒上既有三个拨动开关，又有五个工种开关和十个波道开关，十七个按键开关，加上八个用于显示信号强度的发光二极管，使得需要控制的端口较多，一片AT89S52难以胜任，故采用了具有较强I/O扩展能力的并口芯片82C55，用于对端口的扩展管理。而对于控制盒上的音量旋钮，为了将它的模拟信号转换成数字信号，采用了较为简单的单通道模数转换芯片ADC0804。与计算机的通信，采用了MAX232串口芯片，它包含4部分电路：双路电荷泵DC-DC电压转换器、RS-232驱动器、RS-232接收器，以及接收器与发送器使能控制输入，采用2400b/s的波特率，完全能满足控制要求。
电台控制盒自带八位LCD液晶显示器HDSP-2532，为了效果逼真，采用实际装备没做改动。
三、系统软件设计
在硬件电路设计的基础上，为了确保系统最佳的运行效率及控制的实时性，对硬件采用汇编语言直接进行驱动设计，其工作原理是：系统初始化后，单片机采用轮询的方式获取各个端口的信号，与上一次获取的信号进行比较，一旦有改变（表示端口有新的输入），则发送给计算机，由计算机控制虚拟面板进行相应的动作；当接收到计算机的信号时，直接送到控制盒上的液晶显示器进行显示，程序运行流程图如图3所示。
图3 程序运行流程图
在程序设计中，采用了许多编程技巧，如针对控制盒按键数量较多的情况，为了减少I/O口的占用，采用矩阵键盘，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接，这样一个端口（如82C55中的PC口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，有效地节约了I/O口资源。
在如何识别矩阵式键盘的按键时，采用“行扫描法”，又被称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，其工作过程为：
1、判断键盘中有无键按下：将全部行线置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中，若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。
2、判断闭合键所在的位置：在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程，其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。
仿真系统的虚拟面板如图4所示。
图4 仿真系统的虚拟面板
仿真系统的运行界面如图5所示。
图5 仿真系统的运行界面
四、结论
通过对某型机载电台仿真系统的硬件设计及相应模块的软件编程，有效地解决了飞行院校教学中实际装备缺乏与学员实习需求之间的矛盾，利用较小的代价达到了大量实际装备的教学效果，经济实用，性价比高，同时对军队院校的教学创新探索提供了一种行之有效的方法。
【关键词】机载电台；仿真系统；硬件设计；软件设计
一、问题的提出
某型机载电台主要用于中远程、超低空指挥通信系统的联络，广泛应用于诸多军用飞机上，针对学院承担的机载通讯设备的教学和训练特点，为了解决在缺乏实装条件下学员的学习和实习操作，更好地掌握机载电台的原理和使用方法，我们采用虚拟仪器技术，自行设计研制了某型机载电台实物仿真系统。系统的控制面板与实际电台完全相同，通讯过程采用计算机组网模拟运行，使学员在教室中就能实际模拟出地面与飞机（机群）、飞机（机群）与飞机（机群）之间通讯的整个过程，极大地提高了机载电台的教学质量和效率，同时解决了实际装备实习中存在的对飞行的干扰问题，维护安全、方便，运行成本低。
二、系统硬件设计
仿真系统的硬件设计，主要是对电台控制盒进行实物仿真，主要功用是对电台控制盒的参数进行采集、控制，将其传送给计算机进行处理，同时将处理后的信息传送回来进行显示。根据实际需要将硬件系统设计成五个模块：中央控制模块（AT89S52）；输入输出（I/O）扩展模块（82C55）；计算机通信模块（MAX232）；A/D转换模块（ADC0804）以及LCD液晶显示模块（HDSP-2532），其原理框图如图1所示，硬件电路如图2所示。
图1 硬件原理框图
图2 仿真系统硬件电路图
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，它采用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容，片上拥有灵巧的8 位CPU 和8K系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案，其价格低廉，同时与电台控制盒控制器一致，因此成为我们硬件系统控制芯片的首选。
由于控制盒上既有三个拨动开关，又有五个工种开关和十个波道开关，十七个按键开关，加上八个用于显示信号强度的发光二极管，使得需要控制的端口较多，一片AT89S52难以胜任，故采用了具有较强I/O扩展能力的并口芯片82C55，用于对端口的扩展管理。而对于控制盒上的音量旋钮，为了将它的模拟信号转换成数字信号，采用了较为简单的单通道模数转换芯片ADC0804。与计算机的通信，采用了MAX232串口芯片，它包含4部分电路：双路电荷泵DC-DC电压转换器、RS-232驱动器、RS-232接收器，以及接收器与发送器使能控制输入，采用2400b/s的波特率，完全能满足控制要求。
电台控制盒自带八位LCD液晶显示器HDSP-2532，为了效果逼真，采用实际装备没做改动。
三、系统软件设计
在硬件电路设计的基础上，为了确保系统最佳的运行效率及控制的实时性，对硬件采用汇编语言直接进行驱动设计，其工作原理是：系统初始化后，单片机采用轮询的方式获取各个端口的信号，与上一次获取的信号进行比较，一旦有改变（表示端口有新的输入），则发送给计算机，由计算机控制虚拟面板进行相应的动作；当接收到计算机的信号时，直接送到控制盒上的液晶显示器进行显示，程序运行流程图如图3所示。
图3 程序运行流程图
在程序设计中，采用了许多编程技巧，如针对控制盒按键数量较多的情况，为了减少I/O口的占用，采用矩阵键盘，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接，这样一个端口（如82C55中的PC口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，有效地节约了I/O口资源。
在如何识别矩阵式键盘的按键时，采用“行扫描法”，又被称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，其工作过程为：
1、判断键盘中有无键按下：将全部行线置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中，若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。
2、判断闭合键所在的位置：在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程，其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。
仿真系统的虚拟面板如图4所示。
图4 仿真系统的虚拟面板
仿真系统的运行界面如图5所示。
图5 仿真系统的运行界面
四、结论
通过对某型机载电台仿真系统的硬件设计及相应模块的软件编程，有效地解决了飞行院校教学中实际装备缺乏与学员实习需求之间的矛盾，利用较小的代价达到了大量实际装备的教学效果，经济实用，性价比高，同时对军队院校的教学创新探索提供了一种行之有效的方法。