孫永強(qiáng)

摘 要針對(duì)空中導(dǎo)航雷達(dá)模擬訓(xùn)練的特征，筆者設(shè)計(jì)了一種接近真機(jī)的能夠?qū)走_(dá)模擬控制器的新型控制版，可以用于常用雷達(dá)訓(xùn)練。此控制板具有易攜帶和簡(jiǎn)單實(shí)用特征。此控制板利用單片機(jī)結(jié)合了按鍵、電位器、USB串口等電路，把各類模擬信號(hào)編程，實(shí)現(xiàn)直接控制電腦模擬軟件?？刂瓢蹇梢愿鶕?jù)不同的雷達(dá)信號(hào)對(duì)按鍵和電位器進(jìn)行功能重設(shè)，各類編譯軟件通過串口實(shí)現(xiàn)下載。

【關(guān)鍵詞】雷達(dá) 單片機(jī) 模擬控制器 串口 軟件設(shè)計(jì) ACD采樣

在雷達(dá)實(shí)訓(xùn)中由于雷達(dá)所處的位置經(jīng)常受到周邊環(huán)境影響，回波與真實(shí)情況有較大的差別，造成了訓(xùn)練針對(duì)性不強(qiáng)，電磁波影響健康、資源浪費(fèi)等現(xiàn)象。雷達(dá)模擬訓(xùn)練器在沒有電磁波的情況下實(shí)現(xiàn)真實(shí)的雷達(dá)回波，實(shí)訓(xùn)者采用鼠標(biāo)控制雷達(dá)，但是由于和真實(shí)雷達(dá)差距較大，在實(shí)訓(xùn)方面并不實(shí)用。半實(shí)裝模擬訓(xùn)練即采用真實(shí)雷達(dá)顯示器和信號(hào)收發(fā)機(jī)的發(fā)生器相配套的訓(xùn)練方式，這種訓(xùn)練方式減少了電磁波輻射，但是信號(hào)發(fā)生器只能存儲(chǔ)較少的回波類型?；谝陨蠁栴}筆者提出了一種新型的雷達(dá)訓(xùn)練方式，采用真實(shí)雷達(dá)操作面板控制軟件雷達(dá)模擬器，進(jìn)而完成雷達(dá)訓(xùn)練。軟件模擬器技術(shù)現(xiàn)階段發(fā)展比較成熟，只要采用合適的接口就可以實(shí)現(xiàn)。本文設(shè)計(jì)的控制雷達(dá)模擬器操作控制板，以單片機(jī)為核心結(jié)合A/D采樣，進(jìn)而將電位器和按鍵轉(zhuǎn)成代碼，通過串口與電腦實(shí)現(xiàn)交互。因此在控制板設(shè)計(jì)中硬件和軟件設(shè)計(jì)師核心。此款控制器可以實(shí)現(xiàn)多種類型雷達(dá)接近真機(jī)的便捷式操作訓(xùn)練。

1 硬件框圖設(shè)計(jì)

雷達(dá)模擬器控制框圖如圖1所示，電位器電路可以實(shí)現(xiàn)多種環(huán)境下電路，電位器產(chǎn)生連續(xù)模擬電壓信號(hào)要經(jīng)過A/D采樣后轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)發(fā)送數(shù)字信號(hào)給電腦進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬器的控制，按鍵電路是雷達(dá)各類功能的開關(guān)，工作在高低電平，通過與門電路設(shè)計(jì)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(jī)和接口芯片提供時(shí)鐘。

2 單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)

雷達(dá)控制面板控制按鍵一般有二十個(gè)左右，電位器有5個(gè)左右，所以在單片機(jī)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(jià)比是否合適，筆者選用的是宏晶公司生產(chǎn)的STC12C5A60S2控制芯片，它具有低功耗、高速、抗干擾能力比較強(qiáng)的8051單片機(jī)，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(zhuǎn)換。

單片機(jī)設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于考慮外部晶振頻率的選用上，我們?yōu)榱耸嵌〞r(shí)器初值設(shè)為整數(shù)，利于USB串口可以對(duì)波特率金精確的通信傳輸，選用值為11.0592MHz。在電源上必須設(shè)置一開關(guān)，原因在于STC12C5A60S2只能在斷電的情況下實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的程序下載。開機(jī)復(fù)位鍵也是必須設(shè)置的，以適應(yīng)單片機(jī)的復(fù)位控制。

3 USB串口電路設(shè)置

USB串口是一種通用的串口，用于PC于外部設(shè)備的數(shù)據(jù)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(shí)現(xiàn)串口USB的電路。本機(jī)采用Prolific推出的PL2303HX轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)串口USB的電路，PL2303HX用電阻和電容便可實(shí)現(xiàn)與電腦的數(shù)據(jù)通信。PL2303HX的TXD與RXD串行通信引腳要與單片機(jī)P3.0與P3.1做成差分處理鏈接。12MHz晶振為PL2303HX提高時(shí)鐘，外圍的電容用來起振電容。我們?cè)贒-和D+端口分別鏈接一個(gè)27Ω的終端匹配電阻以防止信號(hào)在端口形成反射現(xiàn)象。要實(shí)現(xiàn)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(gè)電容進(jìn)行對(duì)電源濾波進(jìn)行處理。

4 按鍵和電位器的電路設(shè)計(jì)

按鍵電路功能是在實(shí)訓(xùn)者對(duì)按鍵施壓后控制電腦模擬器軟件以執(zhí)行相應(yīng)的功能，例如我們?cè)诎吹诫娫撮_關(guān)鍵后，模擬器在蜂鳴后開始工作，我們?cè)诎存I后要輸出一個(gè)低電平給予單片機(jī)，大年及通過掃描確定是開關(guān)鍵后，發(fā)送給電腦一個(gè)二進(jìn)制代碼。因此我們?cè)谟布O(shè)計(jì)中用最為簡(jiǎn)單的電路來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)未按下S1鍵，開關(guān)鍵通過上拉電阻接到電源，開關(guān)端電壓為高電平，當(dāng)S1被按下時(shí)，S1的1和4端鏈接，開關(guān)端接地，輸出低電平，松開S1后，1和4端斷開，開關(guān)恢復(fù)之前的高電平。

電位器電路是按鈕控制電路，我們?cè)谛o進(jìn)行控制時(shí)會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的模擬電壓信號(hào)以控制雷達(dá)功能，我們采用的單片機(jī)不能識(shí)別這種持續(xù)的信號(hào)，所以我們要把電壓信號(hào)進(jìn)行采樣控制，在控制成本上考慮我們用單片機(jī)自帶的采樣器進(jìn)行采樣，把變化的電壓發(fā)送到單片機(jī)P0口即可。我們?cè)O(shè)計(jì)的模擬軟件界面變化有幾十種，所以要對(duì)P0口模擬電壓的大小進(jìn)行計(jì)算。我們把發(fā)送給P0的電壓保持在0到2V之間可以滿足模擬軟件升級(jí)的需要。

5 總結(jié)

將模擬信號(hào)通過單片機(jī)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼進(jìn)而與PC對(duì)接可以實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬軟件的控制，由于采用USB串口，具有使用靈活，真實(shí)性強(qiáng)的特征。依據(jù)空中預(yù)警雷達(dá)的操作界面設(shè)計(jì)出基于STC12C5A60S2單片機(jī)雷達(dá)操控板，并對(duì)電路、USB串口、按鍵、電位器等硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)紹。

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作者單位

空軍預(yù)警學(xué)院 湖北省武漢市 430019