基于STM32的超短波电台模拟训练系统设计.docx
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应JII京例CasesofApplication
基于STM32的超短波电台模拟训练系统设计
张磊，卢华平，王方超
（镇江船艇学院船艇指挥系，江苏镇江212003）
摘 要：
针对超短波电台训练中实装训练存在装备数量有限、设备损耗大、现有纯软件模拟训练系统操作体验与实装差距大的问题，提出一种基于STM32和MAX7349的超短波电台模拟训练系统。
系统以STM32力微处理器实现对按键、LED、显示屏和音频接口等的控制，提供与实装电台相同的人机交互界面，通过串口与计算机实现数据交互，借助计算机网络完成电台通信的模拟和训练的监控，可力待训人员提供与真实设备皮有差距的操作体验，便于掌握每一个人在训练过程中的基本情况，便于大规模集中训练，同时可以降低成本、避免电磁辐射与干扰。
关键词：
模拟训练；超短波电台；STM32;MAX7349
中图分类号：
TP368 文献标识码：
A DOI:
10.19358/j.issn.1674-7720.2017.10.029
引用格式：
张磊，卢华平，王方超基于STM32的超短波电台模拟训练系统设计[J]微型机与应用，2017,36（10）:
99-101,105DesignofsimulationtrainingsystemforultrashortwaveradiobasedonSTM32
ZhangLei,LuHuaping,WangFangchao
（DepartmentofWatercarftCommand,ZhenjiangWatercraftCollege,Zhenjiang212003,China）
Abstract:
Accordingtothetrainingofultrashortwaveradioequipmentoperation,simulationtrainingsystemforultrashortwaveradiobasedonSTM32andMAX7349isproposedtosolvetheproblemsthatthequantityofequipmentislimited,lossofequipmentislargeforrealequipmenttraining,andit'snotgoodinoperationexperienceforfullsoftwaresimulationtrainingsystem.Thehumanmachineinterfaceofthesystemisthesameastherealequipmentwiththekeys,LED,displayunitandaudiointerfacecontrolledbythemicroprocessorSTM32.ThehumanmachineinterfaceisconnectedtothecomputerusingUSEseriallinetoexchangedata,andsimulationoftheequipmentcommunicationandthemonitorandcontroloftrainingprocessarefulfilledbytheaidofthecomputernetwork.Thesystemprovidestraineeswithoperatingexperiencehavingnodifferenceswithrealequipmentsandalsoprovidestrainerswitheverytrainers'basicsituationduringthetrainingprocess.Thesystemcanbeusedtocarryoutmassconcentrationtrainingw归lereducingcostandavoidingelectromagneticradiationandinterference
Keywords:
simulationtraining;ultrashortwaveradio;STM32;MAX7349
0引言
军用超短波电台是船艇近距离通信的主要装备，是船艇通信人员必须熟练操作的装备。
由千按军标生产配备的超短波电台成本较高，很难实现按训练人数配备电台，在数量有限的情况下，学员培训过程中的频繁操作易造成设备的损坏，且多台设备使用中的电磁辐射及干扰问题不容忽视。
为解决实装在教学实践中的局限性，基千模拟技术的超短波电台模拟训练系统在教学训练中被广泛使用。
文献[1]、[2]均采用计算机编程和计算机网络实现了电台模拟训练系统。
文献[3]采用半实物仿真技术，利用有线局域网实现了某短波电台的模拟训练系统。
文献[4]、[5]基千无线传输方式分别仿真了某型号电台、超短波电台的模拟训练系统。
文献[6]利用FlashCS、Flash媒体服务器（FlashMediaServer,FMS）研制开发了船舶甚高频电台模拟器。
《微型机与应用》2017年第36卷第10期
本文针对某型号船用超短波电台，基千STM32和MAX7349实现电台人机交互界面的实物仿真，考虑到实装更新换代速度较快的情况，电路设计预留多种按键及LED的配置方式，可适应多种超短波电台模拟训练系统的需求。
通信模拟基千计算机网络，实现了超短波通信环境的模拟、通信业务模拟、复杂电磁环境模拟，同时可进行训练情景设计、训练过程监控和训练效果评估。
1系统总体设计
模拟训练系统主要由硬件模拟器、学员计算机、监控计算机和网络设施组成，如图1所示。
其中硬件模拟器采用与超短波电台一样的外观和人机交互界面，以STM32F407为核心器件，包括USB转串口模块、音频输入输出模块、显示模块和键盘旋钮LED模块，其中USB转串口模块实现与学员计算机间的操作状态和通信内容的交互。
学员计算机通过USB线连接硬件模拟器，通过网线
欢迎网上投稿www.pcachina.com 99
CasesofApplication
图2USB转串口模块电路2.3音频输入输出模块
音频输入输出模块选用欧胜的WM8978作为音频处理芯片，选用TI公司的LM4990作为喇叭驱动芯片。
WM8978具有较好的数字信号处理能力，集成了对麦克风的支持，通过/S与微处理器进行音频数据传输，通过/C
图i超短波电台模拟训练系统总体设计 接口实现芯片的配置。
LM4990为2W输出音频功率的
接入网络，实现各模拟器间的通信模拟以及与监控计算之 放大芯片，需要较少的外部元件，无需外接输出耦合电容间的协作。
和自举电容，且内置待机电路，可以关闭功放使其工作于
监控计算机通过网线接入网络，实现对所有学员计算 较低的功耗状态。
2.4显示模块
机及硬件模拟器的监控。
显示屏选用128x128点阵液晶显示模块，模块控制
2 硬件模拟器电路设计
芯片为T6963C，与微处理器的FSMC总线相连。
由于
2.1 STM32F407介绍
STM32系列微处理器基于ARMCort.-M内核，专为 FSMC总线电压标准为+3.3V，而显示模块的电压标准
为+5.0V，FSMC总线与显示模块总线间需要电压转换
满足高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用，广泛应用于工 芯片，选用TI公司的SN74LVC4245芯片实现总线的电压业控制[7]、数据采集[8]、网络通信[9]等领域。
本系统硬件 转换，SN74LVC4245支持8路双向电压转换。
模拟器微处理器选用STM32F407,基于32位ARMCort.-
26键盘、旋钮及LED
M4内核，主频可达168MHz，拥有192KBSRAM、1024KB
本超短波电台有1个PTT键、3个旋钮、22个按键和
F7E、2个全双工SPI、3个I2C、6个串口、一个FSMC接口 4个LED灯。
1个PTT键位于话筒上，连接至微处理器的
且最多支持112个通用I/O口。
CPIO口；3个旋钮分别为音量、静噪和对比度旋钮，硬件
2.2 USB转串口模块电路设计 模拟器电路设计中音量旋钮接入音频输出电路，对比度旋微处理器与学员计算机的接口采用串口通信方式，考 钮直接连接显示模块的对比度调节引脚，静噪旋钮连接微
虑当前主流计算机很少支持串口，采用USB转串口的方 处理器可配置为AD输入的GPIO口，经数字化后通过微
式，选用南京沁恒的CH340C芯片，电路如图2所示。
微 处理器实现音频的静噪处理。
处理器的USRAT1的串行数据的发端、收端分别与 按键和LED灯选用MAXIM公司的MAX7349芯片，
CH340C的串行数据的收端、发端相连，CH340C的USB数 该芯片可支持最多64个按键，支持按键音，可最多配置7据Dn、D-通过USB口可与计算机连接，实现微处理器 路CPIO输出，此时可支持16个按键。
通过引出与学员计算机之间通过USB连接的串口通信。
图中Q1、 MAX7349的引脚，可以支持不同的按键和LED灯配置。
Q2构成该硬件模拟器的串口下载电路，可通过串口实现 本模拟器按键和LED灯电路设计如图3所示，配置为22
软件代码的一键下载。
个按键和4个LED等，接口尚有富余。
100 《微型机与应用》2017年第36卷第10期
应用案例CasesofApplication
（开始）
初始化STM32F407初始化MAX7349初始化WM8978
串口发送状态 更新模拟器状态
更新模拟器状态，通过串口发送状态
2.6电源模块
硬件模拟器电源输入选用+12V直流电源，选用2 更新模拟器状态，
公司的TL780-05芯片将+12V转变为+5V，该芯片最大 接收数据并输出
可支持1.5A输出，+3.3V电源采用2公司的TLV1117-
33芯片。
3系统软件设计 更新模拟器状态
3.1硬件模拟器软件设计 图4硬件模拟器软件流程图
硬件模拟器软件流程如图4所示，其中按键信息由
MAX7349触发的中断处理程序提供，中断处理程序中读取按键值并设置相应的按键信息参数；语音发送状态由PTT中断处理程序提供，其中断处理流程如图5所示；语
音收信状态由串口中断提供，串口中断程序根据接收数据进行判断并设置相应参数。
硬件模拟器开机后，首先分别初始化STM32F407各
模块、MAX7349和QM8978;然后判断学员计算机与硬件模拟器的串口是否有效连接，如果学员计算机未连接，则硬件模拟器只提供操作模拟，不提供通信模拟功能；检测
串口连接后，程序进入循坏操作，在循坏里依次检测是否 图5PTT中断处理流程图
发信、是否有按键、是否收信并进行相应处理。
发送至硬件模拟器。
36学员计算机软件设计 3.3监控计算机软件设计
学员计算机软件启动后，自动检测USB串口并与硬 监控计算机软件一方面接收来自学员计算机发送的件模拟器建立连接，然后同时检测串口数据与网络数据， 网路数据，更新各学员的状态信息，并对训练效果进行评一方面接收来自硬件模拟器串口的数据，根据数据要求广 估；另一方面可以设置训练情景设计，通过网路向学员及播至网络；一方面接收网路数据，根据数据要求通过串口 '下转第105页）
《微型机与应用》！
"17年第36卷第1Q期 欢迎网上投稿www.pcachina.com 101
应用京例CasesofApplication
表2 云计算平台环境配置及功能
设备
用研究，2010,27
（2）:
429-433.
[2]刘智超．基于OpenSLack的虚拟机集群监
节点类叨
功能
么口
云平台l 云平台2 云平台3 云平台4
控系统的设计与实现[DJ.北京：
北京邮
控制W,点
l l台 1台 1L口-,.
提供虑拟网络资諒，并实现 电大学，2014.
网络W,点
HP4600
IBM IBM
X3650M5 X3650M5
HP4600
啡拟化资加1）月度管珅等功能 [3l尤海鹏基于Ganglia的数据中心监控平
计符节点
7台 3台 5台 5台
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NF5280M3 X3850M2 NF5280M3NF8560M2
浏览器
多云平台监控服务器
（沁nglia-gmetad
台设计[DJ济南：
山东大学，2014.
捉供珈拟ii符和存储资源 [4l李志军，孔朋朋，雷振伍．基于OpenSLack
的私有云平台设计[J]'微型机与应用，
2016,35（9）:
24-26
[5]吴怡凤，归强，罗明宇，等．集群计算机监控技术研究[J]计算机与现代化，2013（II）:
2I8-
Opten业ck云平台
匕－————————————— _J
图4Ceilomele1和Canglia安裴小音图
个云平台服务器和虚拟机的一体化监控，为云平台资源运
有云计算平台[DJ.广州：
华南理工大学，2013.
（收稿日期：
2016-11-28）
行情况提供统一的可视化监控管理能力，提升平台管理水平在此基础上，监控系统的实现可为云平台资源的组织、调度和分配提供决策依据，提高资源使用的合理性，＇参考文献
[Il张建勋，古志民，郑超．云计算研究进展综述[J].计算机应
作者简介：
杨靖琦（1988-）,通信作者，女，博士，工程师，主要研究方向：
云计算、大数据。
E-mail:
yjingqi@126.com。
胡勋（1985-）,男，博士，工程师，主要研究方向：
云存储、数据挖掘c
（上接第101页）
发送相关指令
4 结论
本文设计实现了一种基千STM32F407和MAX7349的超短波电台模拟训练系统，该系统采用与实装相同的人机交互界面，基于计算机网络技术模拟超短波电台通信，利用计算机模拟技术提供通信场景模拟，能够提供与实装训练尤差别的操作体验，且能够灵活设置场景、下达训练任务、监控训练过程及评估训练效果。
系统采用
MAX7349扫描按键并驱动LED,能够灵活调整按键和
LED等的设置，能够适用于其他型号超短波电台的模拟训练系统设计，具有较好的通用性。
参考文献
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[7]王海，张李超，周伟光．基于STM32与PCAPOl的激光切割头随动系统设计[J]电子技术应用，2016,42（6）:
52-55
[8l王晨辉，吴悦，杨凯．基于STM32的多通道数据采集系统设
计[J].电子技术应用，2016,42
（1）:
51-53,57.
[9]孙晓晔，王程，成彬．基千TFTP协议实现STM32的IAP[J]
微型机与应用，2016,35（7）:
76-78
（收稿H期：
2016-11-21）
作者简介：
张磊（1984-）,通信作者，男，侦士研究生，讲师，主要研究方向：
无线通信、移动通信、嵌入式设计0E-mail:
jasilet@163.com
卢华平（1979-）,男，侦士研究生，副教授，主要研究方向：
无线通信、空间物理
王方超（1984-）,男，侦士研究生，助教，主要研究方向：
无线通信移动通信软件开发
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