某型機載電臺仿真系統硬件及軟件設計

趙建輝

【摘要】本文介紹了某型機載電臺仿真系統的硬件設計及相應的模塊設計，給出了完整的硬件電路圖，敘述了與之相關的控制程序設計。利用虛擬儀器對武器裝備進行實物仿真，實習效率高，教學效果好，為軍隊院校教學模式改革提供了一種行之有效的方法。

【關鍵詞】機載電臺；仿真系統；硬件設計；軟件設計

一、問題的提出

某型機載電臺主要用于中遠程、超低空指揮通信系統的聯絡，廣泛應用于諸多軍用飛機上，針對學院承擔的機載通訊設備的教學和訓練特點，為了解決在缺乏實裝條件下學員的學習和實習操作，更好地掌握機載電臺的原理和使用方法，我們采用虛擬儀器技術，自行設計研制了某型機載電臺實物仿真系統。系統的控制面板與實際電臺完全相同，通訊過程采用計算機組網模擬運行，使學員在教室中就能實際模擬出地面與飛機（機群）、飛機（機群）與飛機（機群）之間通訊的整個過程，極大地提高了機載電臺的教學質量和效率，同時解決了實際裝備實習中存在的對飛行的干擾問題，維護安全、方便，運行成本低。

二、系統硬件設計

仿真系統的硬件設計，主要是對電臺控制盒進行實物仿真，主要功用是對電臺控制盒的參數進行采集、控制，將其傳送給計算機進行處理，同時將處理后的信息傳送回來進行顯示。根據實際需要將硬件系統設計成五個模塊：中央控制模塊（AT89S52）；輸入輸出（I/O）擴展模塊（82C55）；計算機通信模塊（MAX232）；A/D轉換模塊（ADC0804）以及LCD液晶顯示模塊（HDSP-2532），其原理框圖如圖1所示，硬件電路如圖2所示。

圖1 硬件原理框圖

圖2 仿真系統硬件電路圖

AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，它采用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業80C51產品指令和引腳完全兼容，片上擁有靈巧的8 位CPU 和8K系統可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案，其價格低廉，同時與電臺控制盒控制器一致，因此成為我們硬件系統控制芯片的首選。

由于控制盒上既有三個撥動開關，又有五個工種開關和十個波道開關，十七個按鍵開關，加上八個用于顯示信號強度的發光二極管，使得需要控制的端口較多，一片AT89S52難以勝任，故采用了具有較強I/O擴展能力的并口芯片82C55，用于對端口的擴展管理。而對于控制盒上的音量旋鈕，為了將它的模擬信號轉換成數字信號，采用了較為簡單的單通道模數轉換芯片ADC0804。與計算機的通信，采用了MAX232串口芯片，它包含4部分電路：雙路電荷泵DC-DC電壓轉換器、RS-232驅動器、RS-232接收器，以及接收器與發送器使能控制輸入，采用2400b/s的波特率，完全能滿足控制要求。

電臺控制盒自帶八位LCD液晶顯示器HDSP-2532，為了效果逼真，采用實際裝備沒做改動。

三、系統軟件設計

在硬件電路設計的基礎上，為了確保系統最佳的運行效率及控制的實時性，對硬件采用匯編語言直接進行驅動設計，其工作原理是：系統初始化后，單片機采用輪詢的方式獲取各個端口的信號，與上一次獲取的信號進行比較，一旦有改變（表示端口有新的輸入），則發送給計算機，由計算機控制虛擬面板進行相應的動作；當接收到計算機的信號時，直接送到控制盒上的液晶顯示器進行顯示，程序運行流程圖如圖3所示。

圖3 程序運行流程圖

在程序設計中，采用了許多編程技巧，如針對控制盒按鍵數量較多的情況，為了減少I/O口的占用，采用矩陣鍵盤，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接，這樣一個端口（如82C55中的PC口）就可以構成4*4=16個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，有效地節約了I/O口資源。

在如何識別矩陣式鍵盤的按鍵時，采用“行掃描法”，又被稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法，其工作過程為：

1、判斷鍵盤中有無鍵按下：將全部行線置低電平，然后檢測列線的狀態。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中，若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。

2、判斷閉合鍵所在的位置：在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程，其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。

仿真系統的虛擬面板如圖4所示。

圖4 仿真系統的虛擬面板

仿真系統的運行界面如圖5所示。

圖5 仿真系統的運行界面

四、結論

通過對某型機載電臺仿真系統的硬件設計及相應模塊的軟件編程，有效地解決了飛行院校教學中實際裝備缺乏與學員實習需求之間的矛盾，利用較小的代價達到了大量實際裝備的教學效果，經濟實用，性價比高，同時對軍隊院校的教學創新探索提供了一種行之有效的方法。