一種雷達模擬控制器控制板硬件設計

孫永強

摘 要針對空中導航雷達模擬訓練的特征，筆者設計了一種接近真機的能夠對雷達模擬控制器的新型控制版，可以用于常用雷達訓練。此控制板具有易攜帶和簡單實用特征。此控制板利用單片機結合了按鍵、電位器、USB串口等電路，把各類模擬信號編程，實現直接控制電腦模擬軟件。控制板可以根據不同的雷達信號對按鍵和電位器進行功能重設，各類編譯軟件通過串口實現下載。

【關鍵詞】雷達 單片機 模擬控制器 串口 軟件設計 ACD采樣

在雷達實訓中由于雷達所處的位置經常受到周邊環境影響，回波與真實情況有較大的差別，造成了訓練針對性不強，電磁波影響健康、資源浪費等現象。雷達模擬訓練器在沒有電磁波的情況下實現真實的雷達回波，實訓者采用鼠標控制雷達，但是由于和真實雷達差距較大，在實訓方面并不實用。半實裝模擬訓練即采用真實雷達顯示器和信號收發機的發生器相配套的訓練方式，這種訓練方式減少了電磁波輻射，但是信號發生器只能存儲較少的回波類型。基于以上問題筆者提出了一種新型的雷達訓練方式，采用真實雷達操作面板控制軟件雷達模擬器，進而完成雷達訓練。軟件模擬器技術現階段發展比較成熟，只要采用合適的接口就可以實現。本文設計的控制雷達模擬器操作控制板，以單片機為核心結合A/D采樣，進而將電位器和按鍵轉成代碼，通過串口與電腦實現交互。因此在控制板設計中硬件和軟件設計師核心。此款控制器可以實現多種類型雷達接近真機的便捷式操作訓練。

1 硬件框圖設計

雷達模擬器控制框圖如圖1所示，電位器電路可以實現多種環境下電路，電位器產生連續模擬電壓信號要經過A/D采樣后轉化成數字信號，單片機發送數字信號給電腦進而實現對模擬器的控制，按鍵電路是雷達各類功能的開關，工作在高低電平，通過與門電路設計讓按鍵掃描工作中斷。電源為各類電器件提供電源，振蕩元件晶振給單片機和接口芯片提供時鐘。

2 單片機硬件電路設計

雷達控制面板控制按鍵一般有二十個左右，電位器有5個左右，所以在單片機選取方面考慮的是腳管是否夠用，另外還要考慮到采樣器是否自帶和性價比是否合適，筆者選用的是宏晶公司生產的STC12C5A60S2控制芯片，它具有低功耗、高速、抗干擾能力比較強的8051單片機，在指令代碼可以兼容8051，速度是上一代的11倍且可以自帶10位A/D轉換。

單片機設計重點在于考慮外部晶振頻率的選用上，我們為了是定時器初值設為整數，利于USB串口可以對波特率金精確的通信傳輸，選用值為11.0592MHz。在電源上必須設置一開關，原因在于STC12C5A60S2只能在斷電的情況下實現單片機的程序下載。開機復位鍵也是必須設置的，以適應單片機的復位控制。

3 USB串口電路設置

USB串口是一種通用的串口，用于PC于外部設備的數據傳輸，基友熱插拔的功能，我們利用STC12C5A60S2的TXD與RXD串行通信引腳通過CH340芯片來實現串口USB的電路。本機采用Prolific推出的PL2303HX轉換芯片實現串口USB的電路，PL2303HX用電阻和電容便可實現與電腦的數據通信。PL2303HX的TXD與RXD串行通信引腳要與單片機P3.0與P3.1做成差分處理鏈接。12MHz晶振為PL2303HX提高時鐘，外圍的電容用來起振電容。我們在D-和D+端口分別鏈接一個27Ω的終端匹配電阻以防止信號在端口形成反射現象。要實現枚舉功能可以在D+端添加1.5kΩ上拉電阻。控制板用USB接口供電，需要在供電輸出端利用C、C15兩個電容進行對電源濾波進行處理。

4 按鍵和電位器的電路設計

按鍵電路功能是在實訓者對按鍵施壓后控制電腦模擬器軟件以執行相應的功能，例如我們在按到電源開關鍵后，模擬器在蜂鳴后開始工作，我們在按鍵后要輸出一個低電平給予單片機，大年及通過掃描確定是開關鍵后，發送給電腦一個二進制代碼。因此我們在硬件設計中用最為簡單的電路來實現，當未按下S1鍵，開關鍵通過上拉電阻接到電源，開關端電壓為高電平，當S1被按下時，S1的1和4端鏈接，開關端接地，輸出低電平，松開S1后，1和4端斷開，開關恢復之前的高電平。

電位器電路是按鈕控制電路，我們在旋鈕進行控制時會產生持續的模擬電壓信號以控制雷達功能，我們采用的單片機不能識別這種持續的信號，所以我們要把電壓信號進行采樣控制，在控制成本上考慮我們用單片機自帶的采樣器進行采樣，把變化的電壓發送到單片機P0口即可。我們設計的模擬軟件界面變化有幾十種，所以要對P0口模擬電壓的大小進行計算。我們把發送給P0的電壓保持在0到2V之間可以滿足模擬軟件升級的需要。

5 總結

將模擬信號通過單片機轉換成二進制代碼進而與PC對接可以實現對模擬軟件的控制，由于采用USB串口，具有使用靈活，真實性強的特征。依據空中預警雷達的操作界面設計出基于STC12C5A60S2單片機雷達操控板，并對電路、USB串口、按鍵、電位器等硬件設計進行了簡單的簡紹。

參考文獻

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作者單位

空軍預警學院 湖北省武漢市 430019