平臺羅經(jīng)擔(dān)負著為艦艇上導(dǎo)彈,、作戰(zhàn)指揮等系統(tǒng)提供航向,、姿態(tài)及位置等信息的重要任務(wù)，一旦失效,，將直接影響艦艇航行安全及其戰(zhàn)斗效能的發(fā)揮,。平臺羅經(jīng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且涉及多學(xué)科知識,，維護使用人員只有經(jīng)過專門培訓(xùn)才能勝任故障定位,、排除以及裝備等日常維護工作。由于受經(jīng)費,、生產(chǎn)能力等客觀條件制約,，以及訓(xùn)練內(nèi)容、形式有限，實裝訓(xùn)練不能完全滿足訓(xùn)練需求,。
為了提高使用人員的操作技能和維護保養(yǎng)水平,，本文設(shè)計了平臺羅經(jīng)訓(xùn)練模擬器，研制成本僅約為實裝的十分之一,，而且可以設(shè)定多種工作方式和工作環(huán)境,，提高了訓(xùn)練效果，具有顯著的軍事意義和經(jīng)濟價值,。
1 系統(tǒng)組成及功能
平臺羅經(jīng)維修訓(xùn)練模擬器以“硬模擬與軟模擬結(jié)合,，硬模擬為主”為基本原則，設(shè)計一個操作實踐平臺即學(xué)員操作臺和一個控制與演示平臺即教員控制臺,。
其中學(xué)員操作臺利用“硬模擬”的直觀性，為受訓(xùn)人員發(fā)現(xiàn),、分析,、排除故障提供一種動手上機實踐的環(huán)境。學(xué)員操作臺以1：1比例模擬平臺羅經(jīng)系統(tǒng)電子機柜,，其外觀及維修操作控制與實裝完全一致,，具有模擬實裝操作的功能。由單片機,、CH452L,、8255A組成的硬件電路完成其功能。
教員控制臺接收來自學(xué)員操作臺的操作信息,，具有設(shè)置,、記錄、提示,、報警等功能,。此外，教員控制臺利用“軟模擬”的適應(yīng)性,，充分運用現(xiàn)代信息技術(shù),、仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù),，有效地節(jié)省模擬器的研制成本,，在提高通用性的同時拓展其模擬功能。該系統(tǒng)以VB6．0和SQL 2000為軟件設(shè)計平臺,，采用面向?qū)ο笤O(shè)計思想和數(shù)據(jù)庫編程技術(shù)設(shè)計,。
2 硬件設(shè)計
2．1 電路總體結(jié)構(gòu)
為正確模擬平臺羅經(jīng)系統(tǒng)操作控制面板，設(shè)計了基于單片機的控制與顯示電路,。該電路接收來自控制計算機的控制字與數(shù)據(jù),，顯示相應(yīng)的信息，并采集按鍵狀態(tài)，反饋至計算機,。其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示,。
該電路實現(xiàn)的功能：
1)通過MAX232，實現(xiàn)單片機與計算機之間的串口通信,，傳遞控制命令與數(shù)據(jù),；
2)基于CH452L可驅(qū)動8個數(shù)碼管或64個發(fā)光二極管的功能，采用3片CH452L并聯(lián),，實現(xiàn)1片單片機驅(qū)動18個數(shù)碼管與54個發(fā)光二極管,，顯示來自計算機的相應(yīng)數(shù)據(jù)；
3)通過光耦隔離芯片TLP521-1,，控制蜂鳴器的工作狀態(tài),；蜂鳴器采用12 V直流電源供電，單片機控制電路為5 V直流電源供電,；
4)通過8255A采集模擬器按鍵開關(guān)狀態(tài),，傳遞至計算機。
2．2 電路模塊化設(shè)計
系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計方法,，主要由通信模塊,、數(shù)碼管(指示燈)顯示模塊組成。
2．2．1 通信模塊設(shè)計
本文中89C51單片機與PC機通過串口進行通信,。89C51單片機內(nèi)部有一個可編程全雙工串行通信接口(BXD,、PAD)，具有UART的全部功能,。該接口電路能同時進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收,，一般情況下只要通過TXD、RXD和GND 3條線連接就可以實現(xiàn)與PC機的串行通信,。由于PC機的串行口是RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口,，其電平采用的是EIA電平，而單片機要求的是TTL電平,，為了實現(xiàn)單片機與PC機之間能可靠地進行串行通信,，還需要將單片機的串行接口的電平轉(zhuǎn)換成RS-232電平標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計選用MAXIM公司生產(chǎn)的專用芯片MAX232進行電平轉(zhuǎn)換,，MAX232芯片具有集成度高,，內(nèi)置了電壓倍增電路及負電源電路，單+5 V電源工作,，只需外接5個容量為0. 1～1μF的小電容,，即可完成兩路RS-232與TTL之間電平轉(zhuǎn)換，其連接圖如圖2所示,。
2．2．2 數(shù)碼管顯示模塊設(shè)計
數(shù)碼管顯示電路包括了3片CH451芯片,。CH451是一個整合了數(shù)碼管顯示驅(qū)動和鍵盤掃描控制以及u P監(jiān)控的多功能外圍芯片,。內(nèi)置RC振蕩電路，可以動態(tài)驅(qū)動8位數(shù)碼管或者64位LED,，通過串行接口與單片機相連接,。CH451向89C51單片機提供復(fù)位信號RESET和系統(tǒng)時鐘信號SCLK。
CH451的段驅(qū)動引腳串接了電阻R1(200Ω),，用以限制和均衡段驅(qū)動電流,，在5 V電源電壓下，串接200 Ω電阻通常對應(yīng)段電流13 mA,。本文不需要鍵盤功能,，省去KEY信號線，只使用DCLK,、DIN,、LOAD三個信號線。
當(dāng)數(shù)碼管多于8個時,，可以采用多個CH451進行驅(qū)動,。多個CH451與單片機的連接方式有兩種方案：一是并聯(lián)，單片機為每個CH451提供一根獨立的LOAD信號線,，但DIN和DCLK信號線同時提供給所有的CH451，也就是說,，各個LOAD信號線相當(dāng)于各個CH451的片選線,；二是串聯(lián)。單片機將DCLK和LDAD信號線同時提供給所有的CH451,，單片機只提供DIN給最前級的CH451,，而后級CH451的DIN連接到前級CH451的DOUT引腳。由于該平臺羅經(jīng)顯控面板有18位數(shù)碼管,，故本文采用3片CH451級聯(lián)方式,，其連接圖如圖3所示。
3 軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件使用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù),，采用VB6．0作為軟件平臺,，使用SQL2000作為數(shù)據(jù)庫平臺，進行編程開發(fā),。本系統(tǒng)既可與模擬器硬件配合進行實物操作,，也可單獨使用進行模擬操作。進行實物訓(xùn)練時,，通過硬件電路采集相應(yīng)操作和顯示相應(yīng)響應(yīng),，同時計算機顯示器同步顯示操作過程和響應(yīng)。當(dāng)進行模擬操作時,，通過鼠標(biāo)和鍵盤進行人機交互操作,。軟件采用模塊塊化設(shè)計，軟件主要功能模塊如圖4所示。
3．1 通信模塊設(shè)計
在VB6．O中提供了完成串行通信的控件MSComm,，該控件提供了標(biāo)準(zhǔn)的事件處理函數(shù),、過程，并通過屬性的方法提供了串行通信口參數(shù)的設(shè)置,，比較容易地解決了串行通信的問題,。
其基本的屬性：
CommPort：設(shè)置并返回通信端口號，缺省為COM1,；
Settings：以字符串形式設(shè)置并返回波特率,，奇偶校驗，數(shù)據(jù)位,，停止位,；
PortOpen：設(shè)置并返回通信端口的狀態(tài)，也可以打開和關(guān)閉端口,；
InputMode：定義Input屬性獲取數(shù)據(jù)的方式(0：文本方式,；1：二進制方式)
Inputlen：設(shè)置或返回接收緩沖區(qū)內(nèi)用；
Input：讀入的個數(shù),，若取O,，則Input讀取整個緩沖區(qū)的內(nèi)容，Input表示從接收緩沖區(qū)移走一串字符,；
Inbuffersize：設(shè)置或返回接收緩沖區(qū)的大小,，缺省1 024 B。
3．2 邏輯判斷模塊
模擬器實質(zhì)是一個控制系統(tǒng),，程序主要是針對大量事件的響應(yīng),。如鼠標(biāo)、鍵盤的輸入,，模擬器按鍵,、開關(guān)量的輸入等，通過計算機屏幕,、數(shù)碼管,、指示燈等輸出設(shè)備進行顯示。本系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫技術(shù),，在檢測到事件響應(yīng)時,，首先查找數(shù)據(jù)庫，確定當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài),，讀取在不同狀態(tài)和事件下相應(yīng)響應(yīng)或調(diào)用相應(yīng)的子程序,，使大量的邏輯判斷通過查找數(shù)據(jù)庫完成，簡化了系統(tǒng)程序的邏輯關(guān)系,。程序流程圖如圖5所示,。
4 結(jié)束語
該平臺羅經(jīng)模擬器模擬平臺羅經(jīng)工作情況,，可進行平臺羅經(jīng)開機、關(guān)機,、裝訂查看,、調(diào)平和導(dǎo)航等操作的訓(xùn)練，模擬器操作和相應(yīng)與實際裝備完全一致,，具有較好的使用環(huán)境和交互界面,。在保證訓(xùn)練效果的同時，具有價格低廉的優(yōu)勢,。