基于单片机电台仿真训练系统的实现

摘要 针对电台训练中存在的问题，提出了基于单片机电台仿真训练系统，较好地解决了训练中电台的不足。并对系统的组成进行了介绍，阐述了该系统的优势和应用范围，可以更好地保障军事任务，有利于推动部队武器装备的仿真训练。
关键词 电台；单片机；仿真
    目前电台是部队的重要通信装备，尽快熟练掌握电台的操作，使之转化为战斗力，对部队的发展建设有着重要作用。电台操作手进行操作训练的过程中，存在很多问题，例如，在电台上进行操作训练会造成电台的严重损耗，并且受电台数量限制，而且电台还涉及到保密问题，需要严格控制电台训练的频度和强度，这样会造成操作手训练时间短、对电台操作不熟练等问题。因此，针对电台训练中存在的问题，提出了以单片机为硬件核心的电台仿真训练系统，仿真电台的训练，更好地保障军事任务。

1 系统组成
    此系统由硬件系统和主程序组成，目的不仅可以进行单独训练，而且可以由多个系统组成一个网上电台训练系统，它的作用相当于电台之间通过无线信号进行联络，网上电台训练系统可以通过网络把各个系统连接起来，实现电台之间的联络功能，这些由管理系统进行统一管理，考核系统进行考核。
1．1 硬件系统任务
    (1)电台建模仿真训练。文中系统用于电台训练，因此对电台进行建模仿真尤为重要。电台建模仿真，其特殊性在于它不仅要对电台本身进行仿真，而且要对电台显示的信息的各种视觉效果进行仿真；
    (2)提供操作手真实的操作环境。要尽可能真实地仿真电台的操作环境。主要根据电台的面板，构造一个相对真实的操作环境。这个操作环境比较真实地再现电台的外观反映操作动作和操作效果；
    (3)提供操作信息的输入输出电路。设计操作手操作信息的输入输出电路，一方面实时采集操作面板信息，送到单片机中去供单片机处理，另一方面将单片机反馈的讯息送到显示面板上；
    (4)提供与计算机通信的数据接口。可以把操作面板采集到的数据传给计算机，计算机用虚拟面板再现真实的操作效果，并对操作手进行专业考核；
    (5)功能扩展模块。功能扩展模块是装备电台仿真训练系统进行功能扩展、升级的预留接口。
    硬件系统作为基础架构，主要由单片机最小系统、按键与显示模块、出错报警模块、功能扩展模块、计算机通信模块和计算机组成。硬件系统结构如图1所示。

1．2 主程序的工作及关键技术
    (1)按键扫描子程序。按键扫描子程序是用来采集操作面板的信息，并传给单片机处理。按键相当于电台的按钮，当有按键按下时，单片机会检测到有键按下，通过键值判别和处理子程序，就能得出是哪个按键被按下，达到采集操作面板信息的目的。
    (2)键值判别和处理子程序。在单片机检测到有键按下后，单片机会记录下此时用于扫描按键电路输入输出口的状态，并与设定的数据做比较，得出被按下键的键值，根据键值做相应处理，达到键值判别和处理的目的。
    (3)显示子程序。显示子程序是将操作手的操作结果显示出来。在单片机采集到操作信息后，得到按键的键值，单片机会运行键值相应的显示代码段，将其操作结果显示出来。
    (4)管理系统。管理系统是整个系统的组织管理者。作为电台仿真训练系统的高层管理者，主要用于控制电台的虚拟面板和联络功能。虚拟面板通常是将操作面板的照片扫描并放大成实际大小，然后在上面模拟真实的操作效果，或用专业的软件制作出和面板有相同外观且和面板有相同操作效果的虚拟面板。
    联络功能是在以太网的基础上，管理系统通过网络实现电台之间的联络，组成网上电台训练系统。例如，实现电台的通话功能，当操作手按下通话键开始联络，管理系统会收到单片机发来的开始联络信号，操作手通过耳麦说话，管理系统开始接收通话信息，并将其打包成以太网的数据帧，其中包含了电台信息的标识符，然后通过网络广播出去。其他子系统计算机在接收到包含了电台信息标识符的数据帧后，经过管理系统处理，再通过耳麦发出声音。例如电台1号联络2号，2号收到后，再通过上述过程联络1号，循环反复，实现电台之间的通话，除了通话外，还可以实现异地训练考核等功能。
    (5)考核系统。考核系统是训练成果的评判系统，考核方式可以人为评判，也可以用系统评判，系统评判的标准可以人为设定。本系统的考核评估主要基于记录训练过程中各部分的状态，并将各部分的状态按时间排序，按时间顺序确定各部分的动作及动作发生的时间，这样就完整地再现了训练过程。然后根据这些动作确定本次考核结果。另外，可以给考核评估的结果建立相应的数据库。
综上所述，主程序由按键扫描子程序、显示子程序、键值判别和处理子程序、计算机通信子程序和计算机管理与考核系统程序组成。主程序流程如图2所示。

2 硬件系统设计方案
    硬件系统是本系统的核心，用于实现对电台的仿真。它建立电台装备的模型，提供相对真实的操作环境，通过处理接收到的操作信息，正确显示操作效果，将反馈信息输出到虚拟面板，并按照一定的仿真协议实现与其他子系统的信息交互。
2．1 单片机系统设计
    单片机最小系统由单片机、振荡器电路、复位电路和电源组成。
    (1)单片机。现在市场上，单片机的种类繁多，对于本系统，选用了Atmel公司的AT89C52型单片机。AT89C52是一种高效微控制器，此型单片机的基本特性完全能够胜任本系统的要求，由于它将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，AT89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了灵活性高且价廉的方案。
    (2)振荡器电路。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石英晶体振荡和陶瓷振荡均可采用。对于本次设计，选用图3的振荡器电路。

    (3)单片机复位电路。单片机的复位通常是由外部复位电路实现。通常采用上电自动复位。最简单的上电复位电路如图4所示。

    (4)电源。单片机采用+5 V直流电源，计算机USB接口能输出+5 V直流电源，而且无需任何外部整流滤波电路。因此，使用USB接口提供电源。
2．2 出错响铃模块
    在单片机最小系统基础上加装蜂鸣器，当操作手操作错误，会触发蜂鸣器，使其发出声音，满足人性化需求。
2．3 键盘和显示模块
    本系统需要的按键较多，需要显示的信息量也较大，选择矩阵式键盘和液晶显示器，如有需要另外增加少数按键，可以使用独立式键盘进行补充。液晶显示器选用图形点阵型液晶，它的显示能力更加强大，而且集成度高、使用简单。
2．4 计算机通信模块
    多数计算机都具有RS-232C接口，而且仅需3根线便可在两个数字设备之间进行全双工传送数据。MCS-51系列单片机的输入、输出电平为TTL电平，而计算机配置的是RS-232C标准串行接口，两者的电气规范不一致。因此，要完成计算机与单片机的数据通信，必须进行电平转换，本系统采用MAX232电平转换芯片进行电平转换，从MAX232芯片中两路发送接收中任选一路作为接口，是T1IN接单片机的发送端TXD，则计算机的接收端RXD一定要对应接T1OUT引脚。同时，R1OUT接单片机的RXD引脚，计算机RS-232C的发送端TXD对应接R1IN引脚，接口电路如图5所示。

3 结束语
    电台仿真训练系统融合了单片机硬件仿真和计算机仿真技术，是一种功能齐全的电台仿真训练系统。系统的成本低、可移植性和通用性强，可模拟真实情况下的电台训练并进行考核评估，为部队提供了一种新的训练方法，具有较强的推广性。