趙 鵬 陳 斌

(海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院 武漢 430033)

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MT8816芯片在短波通信裝備維修訓(xùn)練系統(tǒng)中的運(yùn)用*

趙 鵬 陳 斌

(海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院 武漢 430033)

新技術(shù)的發(fā)展使得通信裝備越來(lái)越復(fù)雜，維修困難度越來(lái)越高。論文通過(guò)開(kāi)關(guān)陣列芯片MT8816設(shè)計(jì)一套短波通信裝備維修訓(xùn)練系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合新形勢(shì)下專業(yè)維修訓(xùn)練的需要，有效地提升了維修人員的專業(yè)技能。具體介紹了硬件設(shè)計(jì)方案和系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，充分利用了交換矩陣高可靠性的特點(diǎn)，在充分掌握該器件原理特性的基礎(chǔ)上，采用兩片交換矩陣級(jí)聯(lián)的方式，發(fā)揮芯片控制電路簡(jiǎn)單，功耗低，響應(yīng)時(shí)間短的優(yōu)勢(shì)，電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，技術(shù)已經(jīng)在實(shí)用中獲得了成功。

交換矩陣; 維修訓(xùn)練; 短波通信

Class Number TN914

1 引言

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，一些短波通信裝備系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜程度迅速增加，裝備技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)、性能越來(lái)越優(yōu)良，這也帶來(lái)了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修保障困難的現(xiàn)實(shí)難題。并且以實(shí)裝維修訓(xùn)練和考評(píng)為主的訓(xùn)練方式與手段容易造成裝備的人為故障，難以保證訓(xùn)練效果，不能滿足訓(xùn)練的需求[1]。因此為了結(jié)合新形勢(shì)下專業(yè)維修訓(xùn)練的需要，改變實(shí)裝訓(xùn)練所帶來(lái)了的巨大風(fēng)險(xiǎn)，本文給出了一種基于交換矩陣的短波通信裝備維修訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案以及具體的硬件實(shí)現(xiàn)。

2 MT8816芯片特點(diǎn)簡(jiǎn)介

MT8816芯片包含8×16個(gè)模擬開(kāi)關(guān)陣列、7～128個(gè)地址譯碼和鎖存電路，能通過(guò)不同的地址信號(hào)，可以對(duì)128個(gè)開(kāi)關(guān)尋址，是目前規(guī)模較大的集成開(kāi)關(guān)之一，其主要性能與特點(diǎn)如下：

1)建立時(shí)間，保持時(shí)間短；

2)寬電壓范圍：4.5V～13.2V；獨(dú)立的模擬、數(shù)字供電更為系統(tǒng)提供了高性能的射頻保障；

3)低失真、高通道隔離度和低信號(hào)串?dāng)_；

4)模塊之間串?dāng)_小,可最大限度地減少射頻與音頻、模擬與數(shù)字、高頻與低頻之間的干擾。

根據(jù)MT8816的性能與特點(diǎn)，將其應(yīng)用在短波訓(xùn)練系統(tǒng)中完成音頻與射頻傳輸通道的交換是十分理想的器件。

3 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

3.1 系統(tǒng)主體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的短波通信維修訓(xùn)練系統(tǒng)模仿實(shí)際的通信系統(tǒng)流程，短波維修訓(xùn)練系統(tǒng)與真實(shí)裝備的工作主要區(qū)別在于：真實(shí)裝備是在發(fā)信終端所產(chǎn)生的音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列的調(diào)制通過(guò)發(fā)信天線發(fā)出，由收信天線接收再經(jīng)過(guò)解調(diào)到達(dá)收信終端。而該系統(tǒng)中的信號(hào)在實(shí)際電路中并不是真的完成調(diào)制和解調(diào)，只要模擬信號(hào)就行，也就是將信號(hào)送到測(cè)試點(diǎn)即可表示通路正常。

如圖1所示，本系統(tǒng)中矩陣開(kāi)關(guān)是整個(gè)維修訓(xùn)練系統(tǒng)的中心，它將振蕩器產(chǎn)生的不同頻率的信號(hào)送到各個(gè)測(cè)試點(diǎn)，不同頻率的信號(hào)表示由發(fā)信終端發(fā)出經(jīng)過(guò)各個(gè)模塊所處的狀態(tài)，通過(guò)控制矩陣開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試通道的快速切換，模擬通信系統(tǒng)中某個(gè)模塊的通斷。在每個(gè)模塊之間設(shè)定一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試點(diǎn)所輸出的信號(hào)則是由信號(hào)源經(jīng)過(guò)交換矩陣傳送過(guò)來(lái)的信號(hào)。實(shí)施訓(xùn)練的人員可以使用萬(wàn)用表、兆歐表或示波器對(duì)各個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試，從而確定信號(hào)在經(jīng)過(guò)哪一個(gè)單元中斷了，并更換該相應(yīng)單元。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

圖2 交換矩陣電路框圖

3.2 主體交換電路設(shè)計(jì)

由于在短波通信系統(tǒng)中的各個(gè)模塊較多，設(shè)計(jì)的測(cè)試點(diǎn)也較多，每片MT8816可實(shí)現(xiàn)X方向16路對(duì)Y方向8路的任意交換，在本次設(shè)計(jì)中一塊MT8816芯片不能滿足系統(tǒng)的需要，所以在電路中應(yīng)用兩塊MT8816芯片。

如圖2所示，該電路是由AT89S52單片機(jī)系統(tǒng)及兩片MT8816組成的16×32的切換矩陣?？刂菩盘?hào)由74HC374鎖存后加到兩片MT8816的輸入端并具有 7～128 條線路的譯碼器和鎖存器。 選擇 7 個(gè)適當(dāng)?shù)牡刂肺?，即可?duì)矩陣開(kāi)關(guān)的任意一位進(jìn)行尋址。 在該器件的 DATA 輸入端加 1或0，通過(guò)單片機(jī)可使選中的開(kāi)關(guān)開(kāi)啟或關(guān)閉。 STROBE 為鎖存信號(hào)，器件選擇(CS)信號(hào)可使開(kāi)關(guān)陣列相互串接，以擴(kuò)大矩陣的容限。定義開(kāi)關(guān)陣列的行，即 X 為終端發(fā)；定義開(kāi)關(guān)陣列的列，即 Y 為終端收[2]。規(guī)定 MT8816AE 片 1 中：Y0～Y7 分別連接振蕩器的輸入，X0～X15 分別連接 0～15 號(hào)測(cè)試點(diǎn);，以實(shí)現(xiàn) 0～7 號(hào)內(nèi)輸入端口的通斷， 以及 8～15 號(hào)輸出端的通斷的功能 。規(guī)定MT8816AE 片 2 中 ：Y0～Y7分別連接振蕩器的另外8種不同的頻率，X0～X15 分別連接 0～15 號(hào)測(cè)試點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn) 8～15 號(hào)內(nèi)任意端口的通斷，以及 0～7 號(hào)終端發(fā)，8～15 號(hào)收的功能。 這樣，兩片MT8816AE 串接后，即可實(shí)現(xiàn) 32個(gè)測(cè)試點(diǎn)是否能夠進(jìn)行通斷，模擬相應(yīng)的故障。

總體來(lái)看，用單片機(jī)AT89S52提供每一片MT8816所需的數(shù)據(jù)信號(hào)Data、地址譯碼信號(hào)AX0～AX3及AY0～AY2、片選信號(hào)CS、選通信號(hào)ST及復(fù)位信號(hào)RESET是十分理想的，并且能做到精確控制。

3.3 信號(hào)源設(shè)計(jì)

由于本系統(tǒng)需要提供的信號(hào)種類(lèi)很多，而且頻率要求覆蓋100KHz～30MHz，輸出頻率的幅度可調(diào)并且受電腦控制，信號(hào)源也需要多路。因此信號(hào)源采用直接數(shù)字頻率合成方法，即DDS設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)則是采用AD9851芯片設(shè)計(jì)，圖3為信號(hào)源原理框圖,控制模塊中的單片機(jī)通過(guò)控制DDS的頻率控制字來(lái)改變頻率間隔,同時(shí)通過(guò)改變可變分頻比N來(lái)改變輸出頻率。經(jīng)過(guò)AD8951輸出的頻率經(jīng)70MHz的低通濾波器，這樣使得波形的SN比更好。

圖3 信號(hào)源設(shè)計(jì)

4 功能驗(yàn)證

以該系統(tǒng)發(fā)射機(jī)中DSP處理器發(fā)生故障為例：訓(xùn)練開(kāi)始，在收信終端接收電平指示燈不亮，表示信號(hào)在傳送中發(fā)生中斷，接受端不能接收信號(hào)。受訓(xùn)人員則要觀察面板情況，發(fā)現(xiàn)并無(wú)重大損壞。于是使用示波器依次從發(fā)信終端的輸出信號(hào)端口開(kāi)始測(cè)量，在發(fā)現(xiàn)輸出信號(hào)端口有相應(yīng)頻率的輸出信號(hào)時(shí)，則開(kāi)始對(duì)下一個(gè)模塊進(jìn)行測(cè)量。直到測(cè)量到DSP處理器的輸入端口有信號(hào)，而DSP處理器的輸出端口的信號(hào)不正常時(shí)，可進(jìn)一步推斷故障出現(xiàn)在DSP處理器單元上。于是再使用萬(wàn)用表對(duì)DSP處理器的電壓輸入進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)電壓指示正常，則可推斷故障可能為DSP處理器損壞。最后在PC系統(tǒng)上模擬跟換DSP處理器，再經(jīng)行通信，發(fā)現(xiàn)接收端能接收信號(hào)，接收電平指示正常，則故障得到排除。其流程如圖4所示。

圖4 維修訓(xùn)練流程圖

5 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后加強(qiáng)了日常的裝備故障維修訓(xùn)練，達(dá)到更加直觀、清晰地展現(xiàn)故障維修流程的目的，同時(shí)便于維修訓(xùn)練人員快速定位故障源和查看故障維修步驟以及制定故障維修方案。該系統(tǒng)具備一般短波通信的特點(diǎn)，只要局部改變或者增加對(duì)應(yīng)模塊的功能，就可以研制出一些特殊型號(hào)短波通信的維修訓(xùn)練系統(tǒng)。該系統(tǒng)一方面可以用于維修訓(xùn)練，另一方面還可以用于教學(xué)，同時(shí)可以在以后的短波裝備維修技能競(jìng)賽中作為專業(yè)技能實(shí)作競(jìng)賽項(xiàng)目之一進(jìn)行考核，而其成本將比普通通信實(shí)裝大大降低，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后還可用于通信系統(tǒng)的維修技能競(jìng)賽，具有極大的應(yīng)用前景和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

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Application of MT8816 in Shortwave Communication Equipment Maintenance Training System

ZHAO Peng CHEN Bin

(Electronic Engineering College, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)

The development of new technology makes communication equipment more and more complex, the maintenance difficulty is higher and higher. In this article, through MT8816 switch array chip, a set of shortwave communication equipment maintenance training system is designed, the system combines with the needs of the professional maintenance training under the new situation, can effectively enhance the maintenance personnel’s professional skills. The hardware design and system function design are introduced concretely, the characteristics of the switching matrix are taken full advantage with high reliability, on the basis of fully grasping the principle of the device characteristics, with the method of two pieces of switching matrix cascading, the advantages of simple chip control circuit, low power consumption, short response time are displayed, simple circuit implementation is simple, technology has succeeded in practical.

switching matrix, maintain-train, short-wave communication

2016年5月15日,

2016年6月30日

趙鵬,男,碩士研究生，研究方向：通信與信息系統(tǒng)。陳斌,男,副教授，研究方向：通信與信息系統(tǒng)。

TN914

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.11.020