單兵訓練系統戰場音效模擬技術的實現與應用

【摘要】設計了一種單兵訓練系統的戰場音效模擬設備，給出其工作原理和實現方法。設備采用ARM微控制器、ISD1700語音芯片和PAM8403功放芯片，通過對音效的錄入、管理和輸出，對各類戰場音效進行了模擬。

【關鍵詞】模擬訓練；戰場音效模擬；嵌入式技術；ISD1700

1.引言

模擬對抗訓練系統已經在各大訓練基地得到廣泛應用，系統通過激光編碼、無線通信等手段逼真模擬演習中各種武器的對抗效果，即時采集戰場上的戰術數據。隨著系統應用的推廣，實踐表明激光和數據傳輸等手段能夠準確客觀的模擬并反映部隊演習的戰術對抗過程，對于各作戰單元的戰爭臨場感及真實感卻無法即時反饋。

系統擬首先在單兵訓練系統中增加音效模塊，通過傳感器采集各種戰場戰術動作后觸發相應模擬音效，用以增加士兵在演習過程中的戰場真實體驗。

本文主要討論了單兵訓練系統戰場音效模擬技術的具體實現方法。

2.音效模擬技術的硬件實現

根據單兵訓練的特點和要求，戰場音效模擬技術需要滿足：逼真模擬槍炮音效、精確控制、電路低功耗、體積重量盡量壓縮、音頻數據可隨時增減等要求。

針對上述技術需求，選用ISD1700錄放音電路、PAM8403功放芯片組成基本的音效錄放模塊，并輔以ARM單片機以及比較電路對音頻的輸入輸出進行采集、控制。其原理如圖1所示。

如圖1所示，語音模塊主要具有語音錄制、語音播放、功率放大等方面功能。主控芯片負責采集外部信號，邏輯判斷后通過SPI串口對語音芯片進行錄音、播放等操作控制；比較電路用于檢測外部是否存在需要錄制的音頻信號；語音芯片用于存儲以及播放音頻信號；功放芯片用于將語音芯片輸出的音頻信號放大后通過揚聲器播出。

ISD1700錄放音芯片具有內置數據存儲器、寄存器控制、模擬音頻直接錄入、錄音采樣頻率可調、待機功耗低等特點。其中錄音采樣頻率通過外圍電路振蕩電阻阻值控制，其相應關系如表1所示。實際應用中為得到更高的采樣頻率選取60千歐的振蕩電阻。

為了提高音效輸出功率，產生出接近真實戰場的音效。將ISD1700輸出的音頻信號輸入至功率放大器PAM8403中，處理后輸出音效功率能夠增大至2W，產生需求的效果。

為滿足精確錄制音效功能，選用了比較器隨時采集輸入的音頻信號。ISD1700的音頻輸入引腳上在無信號輸入時，比較器電路輸出低電平，有信號輸入時比較器電路輸出高電平。這樣主控單片機通過電平的上升/下降沿觸發中斷能夠及時檢測到音頻信號的打開與關閉，從而精確錄制所需音效。所有的音頻錄入，都由模塊硬件自動采集控制，在規模生產過程中，避免了人為操作引起的誤差。

3.音效模擬技術的軟件實現

為精確控制音效的錄入輸出，避免外部干擾，采用SPI直接讀寫ISD1700寄存器對其進行控制操作。選擇主控單片機為主機，語音芯片為從機，SPI時序如圖2所示。

主控單片機使用RTX操作系統，開兩個任務，一個為錄音任務，一個為放音任務。

錄音時，首先將需要錄入的音頻按順序前后編輯，電路檢查到音頻開始播放后，拉低電平輸入單片機，單片機根據地址指針將音頻順序錄入地址中，這樣音頻數據被有序的管理。具體錄音程序流程圖如圖3所示。

程序中通過在一段時間內連續采樣N次音頻信號進行檢測，用以過濾外部干擾信號，避免誤錄音操作。

實際工程應用中，可以通過改變N的值增減錄音電路的抗干擾效果。另外，在錄音時也可以適當增加關閉信號檢測中斷的時間，用以獲得更加穩定的錄音效果。

結束錄音過程后，確定每段音效都已經錄入相應的存儲地址中，主控單片機即可根據需要控制語音芯片播放出相應音效。需要注意的是，ISD1700語音芯片的錄音、放音是兩個互斥的過程，不能同時進行，程序中需將兩者嚴格區分，不能交叉進行。

4.結論

本文主要介紹了以ISD1700為核心的戰場音效模擬技術的具體實現方法，此方法具有電路簡單有效，模塊體積、功耗小，易操作等特點，已經在實際應用中取得了良好的效果。

參考文獻

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作者簡介：裴少俊，江蘇宜興人，碩士，高級工程師，長期從事電子技術的項目和產品研發。