張磊，盧華平,，王方超

　?。ㄦ?zhèn)江船艇學(xué)院 船艇指揮系，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

　　摘要：針對超短波電臺(tái)訓(xùn)練中實(shí)裝訓(xùn)練存在裝備數(shù)量有限,、設(shè)備損耗大,、現(xiàn)有純軟件模擬訓(xùn)練系統(tǒng)操作體驗(yàn)與實(shí)裝差距大的問題，提出一種基于STM32和MAX7349的超短波電臺(tái)模擬訓(xùn)練系統(tǒng),。系統(tǒng)以STM32為微處理器實(shí)現(xiàn)對按鍵,、LED、顯示屏和音頻接口等的控制,，提供與實(shí)裝電臺(tái)相同的人機(jī)交互界面,，通過串口與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)完成電臺(tái)通信的模擬和訓(xùn)練的監(jiān)控,，可為待訓(xùn)人員提供與真實(shí)設(shè)備沒有差距的操作體驗(yàn),，便于掌握每一個(gè)人在訓(xùn)練過程中的基本情況，便于大規(guī)模集中訓(xùn)練,，同時(shí)可以降低成本,、避免電磁輻射與干擾,。

　　關(guān)鍵詞：模擬訓(xùn)練；超短波電臺(tái),；STM32,；MAX7349

　　中圖分類號：TP368文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.10.029

　　引用格式：張磊，盧華平,，王方超.基于STM32的超短波電臺(tái)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.微型機(jī)與應(yīng)用,，2017,36（10）：99-101,105.

0引言

　　軍用超短波電臺(tái)是船艇近距離通信的主要裝備，是船艇通信人員必須熟練操作的裝備,。由于按軍標(biāo)生產(chǎn)配備的超短波電臺(tái)成本較高,，很難實(shí)現(xiàn)按訓(xùn)練人數(shù)配備電臺(tái)，在數(shù)量有限的情況下,，學(xué)員培訓(xùn)過程中的頻繁操作易造成設(shè)備的損壞,，且多臺(tái)設(shè)備使用中的電磁輻射及干擾問題不容忽視,。為解決實(shí)裝在教學(xué)實(shí)踐中的局限性,，基于模擬技術(shù)的超短波電臺(tái)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)在教學(xué)訓(xùn)練中被廣泛使用。

　　文獻(xiàn)［1］,、［2］均采用計(jì)算機(jī)編程和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了電臺(tái)模擬訓(xùn)練系統(tǒng),。文獻(xiàn)［3］采用半實(shí)物仿真技術(shù)，利用有線局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了某短波電臺(tái)的模擬訓(xùn)練系統(tǒng),。文獻(xiàn)［4］,、［5］基于無線傳輸方式分別仿真了某型號電臺(tái)、超短波電臺(tái)的模擬訓(xùn)練系統(tǒng),。文獻(xiàn)［6］利用Flash CS,、Flash 媒體服務(wù)器（Flash Media Server, FMS）研制開發(fā)了船舶甚高頻電臺(tái)模擬器。

　　本文針對某型號船用超短波電臺(tái),，基于STM32和MAX7349實(shí)現(xiàn)電臺(tái)人機(jī)交互界面的實(shí)物仿真,，考慮到實(shí)裝更新?lián)Q代速度較快的情況，電路設(shè)計(jì)預(yù)留多種按鍵及LED的配置方式,，可適應(yīng)多種超短波電臺(tái)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的需求,。通信模擬基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了超短波通信環(huán)境的模擬,、通信業(yè)務(wù)模擬,、復(fù)雜電磁環(huán)境模擬，同時(shí)可進(jìn)行訓(xùn)練情景設(shè)計(jì),、訓(xùn)練過程監(jiān)控和訓(xùn)練效果評估,。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　模擬訓(xùn)練系統(tǒng)主要由硬件模擬器、學(xué)員計(jì)算機(jī),、監(jiān)控計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施組成,，如圖1所示。

　　其中硬件模擬器采用與超短波電臺(tái)一樣的外觀和人機(jī)交互界面，以STM32F407為核心器件,，包括USB轉(zhuǎn)串口模塊,、音頻輸入輸出模塊、顯示模塊和鍵盤旋鈕LED模塊,，其中USB轉(zhuǎn)串口模塊實(shí)現(xiàn)與學(xué)員計(jì)算機(jī)間的操作狀態(tài)和通信內(nèi)容的交互,。

　　學(xué)員計(jì)算機(jī)通過USB 線連接硬件模擬器，通過網(wǎng)線接入網(wǎng)絡(luò),，實(shí)現(xiàn)各模擬器間的通信模擬以及與監(jiān)控計(jì)算之間的協(xié)作,。

　　監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)線接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對所有學(xué)員計(jì)算機(jī)及硬件模擬器的監(jiān)控,。

2硬件模擬器電路設(shè)計(jì)

　　2.1STM32F407介紹

　　STM32系列微處理器基于ARM CortexM內(nèi)核,，專為滿足高性能、低成本,、低功耗的嵌入式應(yīng)用,，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制［7］、數(shù)據(jù)采集［8］,、網(wǎng)絡(luò)通信［9］等領(lǐng)域,。本系統(tǒng)硬件模擬器微處理器選用STM32F407，基于32位ARM CortexM4內(nèi)核,，主頻可達(dá)168 MHz,，擁有192 KB SRAM、1 024 KB Flash,、2個(gè)全雙工SPI,、3個(gè)I2C、6個(gè)串口,、一個(gè)FSMC接口且最多支持112個(gè)通用I/O口,。

　　2.2USB轉(zhuǎn)串口模塊電路設(shè)計(jì)

　　微處理器與學(xué)員計(jì)算機(jī)的接口采用串口通信方式，考慮當(dāng)前主流計(jì)算機(jī)很少支持串口,，采用USB轉(zhuǎn)串口的方式,，選用南京沁恒的CH340G芯片，電路如圖2所示,。微處理器的USRAT1的串行數(shù)據(jù)的發(fā)端,、收端分別與CH340G的串行數(shù)據(jù)的收端、發(fā)端相連,，CH340G的USB數(shù)據(jù)D+,、D-通過USB口可與計(jì)算機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)微處理器與學(xué)員計(jì)算機(jī)之間通過USB連接的串口通信,。圖中Q1,、Q2構(gòu)成該硬件模擬器的串口下載電路,，可通過串口實(shí)現(xiàn)軟件代碼的一鍵下載。

　　2.3音頻輸入輸出模塊

　　音頻輸入輸出模塊選用歐勝的WM8978作為音頻處理芯片,，選用TI公司的LM4990作為喇叭驅(qū)動(dòng)芯片,。WM8978具有較好的數(shù)字信號處理能力，集成了對麥克風(fēng)的支持,，通過I2S與微處理器進(jìn)行音頻數(shù)據(jù)傳輸,，通過I2C接口實(shí)現(xiàn)芯片的配置。LM4990為2 W輸出音頻功率的放大芯片,，需要較少的外部元件,，無需外接輸出耦合電容和自舉電容，且內(nèi)置待機(jī)電路,，可以關(guān)閉功放使其工作于較低的功耗狀態(tài),。

　　2.4顯示模塊

　　顯示屏選用128×128點(diǎn)陣液晶顯示模塊，模塊控制芯片為T6963C,，與微處理器的FSMC總線相連,。由于FSMC總線電壓標(biāo)準(zhǔn)為+3.3 V，而顯示模塊的電壓標(biāo)準(zhǔn)為+5.0 V,，F(xiàn)SMC總線與顯示模塊總線間需要電壓轉(zhuǎn)換芯片,，選用TI公司的SN74LVC4245芯片實(shí)現(xiàn)總線的電壓轉(zhuǎn)換,，SN74LVC4245支持8路雙向電壓轉(zhuǎn)換,。

　　2.5鍵盤、旋鈕及LED

　　本超短波電臺(tái)有1個(gè)PTT鍵,、3個(gè)旋鈕,、22個(gè)按鍵和4個(gè)LED燈。1個(gè)PTT鍵位于話筒上,，連接至微處理器的GPIO口,；3個(gè)旋鈕分別為音量、靜噪和對比度旋鈕,，硬件模擬器電路設(shè)計(jì)中音量旋鈕接入音頻輸出電路,，對比度旋鈕直接連接顯示模塊的對比度調(diào)節(jié)引腳，靜噪旋鈕連接微處理器可配置為AD輸入的GPIO口,，經(jīng)數(shù)字化后通過微處理器實(shí)現(xiàn)音頻的靜噪處理,。

　　按鍵和LED燈選用MAXIM公司的MAX7349芯片，該芯片可支持最多64個(gè)按鍵,，支持按鍵音,，可最多配置7路GPIO輸出，此時(shí)可支持16個(gè)按鍵,。通過引出MAX7349的引腳,，可以支持不同的按鍵和LED燈配置,。本模擬器按鍵和LED燈電路設(shè)計(jì)如圖3所示，配置為22個(gè)按鍵和4個(gè)LED等,，接口尚有富余,。

　　2.6電源模塊

　　硬件模擬器電源輸入選用+12 V直流電源，選用TI公司的TL78005芯片將+12 V轉(zhuǎn)變?yōu)?5 V,，該芯片最大可支持1.5 A輸出,，+3.3 V電源采用TI公司的TLV111733芯片。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　3.1硬件模擬器軟件設(shè)計(jì)

　　硬件模擬器軟件流程如圖4所示,，其中按鍵信息由MAX7349觸發(fā)的中斷處理程序提供,，中斷處理程序中讀取按鍵值并設(shè)置相應(yīng)的按鍵信息參數(shù)；語音發(fā)送狀態(tài)由PTT中斷處理程序提供,，其中斷處理流程如圖5所示,；語音收信狀態(tài)由串口中斷提供，串口中斷程序根據(jù)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷并設(shè)置相應(yīng)參數(shù),。

　　硬件模擬器開機(jī)后,，首先分別初始化STM32F407各模塊、MAX7349和WM8978,；然后判斷學(xué)員計(jì)算機(jī)與硬件模擬器的串口是否有效連接,，如果學(xué)員計(jì)算機(jī)未連接，則硬件模擬器只提供操作模擬,，不提供通信模擬功能,；檢測串口連接后，程序進(jìn)入循壞操作,，在循壞里依次檢測是否發(fā)信,、是否有按鍵,、是否收信并進(jìn)行相應(yīng)處理。

　　3.2學(xué)員計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)

　　學(xué)員計(jì)算機(jī)軟件啟動(dòng)后，自動(dòng)檢測USB串口并與硬件模擬器建立連接,，然后同時(shí)檢測串口數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù),，一方面接收來自硬件模擬器串口的數(shù)據(jù),，根據(jù)數(shù)據(jù)要求廣播至網(wǎng)絡(luò),；一方面接收網(wǎng)路數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)要求通過串口發(fā)送至硬件模擬器,。

　　3.3監(jiān)控計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)

　　監(jiān)控計(jì)算機(jī)軟件一方面接收來自學(xué)員計(jì)算機(jī)發(fā)送的網(wǎng)路數(shù)據(jù),，更新各學(xué)員的狀態(tài)信息，并對訓(xùn)練效果進(jìn)行評估,；另一方面可以設(shè)置訓(xùn)練情景設(shè)計(jì),，通過網(wǎng)路向?qū)W員及

　　發(fā)送相關(guān)指令。

4結(jié)論

　　本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于STM32F407和MAX7349的超短波電臺(tái)模擬訓(xùn)練系統(tǒng),，該系統(tǒng)采用與實(shí)裝相同的人機(jī)交互界面,，基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)模擬超短波電臺(tái)通信,，利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)提供通信場景模擬，能夠提供與實(shí)裝訓(xùn)練無差別的操作體驗(yàn),，且能夠靈活設(shè)置場景,、下達(dá)訓(xùn)練任務(wù)、監(jiān)控訓(xùn)練過程及評估訓(xùn)練效果,。系統(tǒng)采用MAX7349掃描按鍵并驅(qū)動(dòng)LED,，能夠靈活調(diào)整按鍵和LED等的設(shè)置，能夠適用于其他型號超短波電臺(tái)的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì),，具有較好的通用性,。

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