針對超短波電臺訓練中實裝訓練存在裝備數量有限、設備損耗大、現有純軟件模擬訓練系統操作體驗與實裝差距大的問題，提出一種基于STM32和MAX7349的超短波電臺模擬訓練系統。系統以STM32為微處理器實現對按鍵、LED、顯示屏和音頻接口等的控制，提供與實裝電臺相同的人機交互界面，通過串口與計算機實現數據交互，借助計算機網絡完成電臺通信的模擬和訓練的監控，可為待訓人員提供與真實設備沒有差距的操作體驗，便于掌握每一個人在訓練過程中的基本情況，便于大規模集中訓練，同時可以降低成本、避免電磁輻射與干擾。

軍用超短波電臺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。由于按軍標生產配備的超短波電臺成本較高，很難實現按訓練人數配備電臺，在數量有限的情況下，學員培訓過程中的頻繁操作易造成設備的損壞，且多臺設備使用中的電磁輻射及干擾問題不容忽視。為解決實裝在教學實踐中的局限性，基于模擬技術的超短波電臺模擬訓練系統在教學訓練中被廣泛使用。

本文針對某型號船用超短波電臺，基于STM32和MAX7349實現電臺人機交互界面的實物仿真，考慮到實裝更新換代速度較快的情況，電路設計預留多種按鍵及LED的配置方式，可適應多種超短波電臺模擬訓練系統的需求。通信模擬基于計算機網絡，實現了超短波通信環境的模擬、通信業務模擬、復雜電磁環境模擬，同時可進行訓練情景設計、訓練過程監控和訓練效果評估。

1系統總體設計

模擬訓練系統主要由硬件模擬器、學員計算機、監控計算機和網絡設施組成，如圖1所示。

其中硬件模擬器采用與超短波電臺一樣的外觀和人機交互界面，以STM32F407為核心器件，包括USB轉串口模塊、音頻輸入輸出模塊、顯示模塊和鍵盤旋鈕LED模塊，其中USB轉串口模塊實現與學員計算機間的操作狀態和通信內容的交互。

學員計算機通過USB 線連接硬件模擬器，通過網線接入網絡，實現各模擬器間的通信模擬以及與監控計算之間的協作。

監控計算機通過網線接入網絡，實現對所有學員計算機及硬件模擬器的監控。

2硬件模擬器電路設計

2.1STM32F407介紹

STM32系列微處理器基于ARM CortexM內核，專為滿足高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用，廣泛應用于工業控制、數據采集、網絡通信等領域。本系統硬件模擬器微處理器選用STM32F407，基于32位ARM CortexM4內核，主頻可達168 MHz，擁有192 KB SRAM、1 024 KB Flash、2個全雙工SPI、3個I2C、6個串口、一個FSMC接口且最多支持112個通用I/O口。

2.2USB轉串口模塊電路設計

微處理器與學員計算機的接口采用串口通信方式，考慮當前主流計算機很少支持串口，采用USB轉串口的方式，選用南京沁恒的CH340G芯片，電路如圖2所示。微處理器的USRAT1的串行數據的發端、收端分別與CH340G的串行數據的收端、發端相連，CH340G的USB數據D+、D-通過USB口可與計算機連接，實現微處理器與學員計算機之間通過USB連接的串口通信。圖中Q1、Q2構成該硬件模擬器的串口下載電路，可通過串口實現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作為喇叭驅動芯片。WM8978具有較好的數字信號處理能力，集成了對麥克風的支持，通過I2S與微處理器進行音頻數據傳輸，通過I2C接口實現芯片的配置。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，且內置待機電路，可以關閉功放使其工作于較低的功耗狀態。

2.4顯示模塊

顯示屏選用128×128點陣液晶顯示模塊，模塊控制芯片為T6963C，與微處理器的FSMC總線相連。由于FSMC總線電壓標準為+3.3 V，而顯示模塊的電壓標準為+5.0 V，FSMC總線與顯示模塊總線間需要電壓轉換芯片，選用TI公司的SN74LVC4245芯片實現總線的電壓轉換，SN74LVC4245支持8路雙向電壓轉換。

2.5鍵盤、旋鈕及LED

本超短波電臺有1個PTT鍵、3個旋鈕、22個按鍵和4個LED燈。1個PTT鍵位于話筒上，連接至微處理器的GPIO口；3個旋鈕分別為音量、靜噪和對比度旋鈕，硬件模擬器電路設計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節引腳，靜噪旋鈕連接微處理器可配置為AD輸入的GPIO口，經數字化后通過微處理器實現音頻的靜噪處理。

按鍵和LED燈選用MAXIM公司的MAX7349芯片，該芯片可支持最多64個按鍵，支持按鍵音，可最多配置7路GPIO輸出，此時可支持16個按鍵。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燈電路設計如圖3所示，配置為22個按鍵和4個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轉變為+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系統軟件設計

3.1硬件模擬器軟件設計

硬件模擬器軟件流程如圖4所示，其中按鍵信息由MAX7349觸發的中斷處理程序提供，中斷處理程序中讀取按鍵值并設置相應的按鍵信息參數；語音發送狀態由PTT中斷處理程序提供，其中斷處理流程如圖5所示；語音收信狀態由串口中斷提供，串口中斷程序根據接收數據進行判斷并設置相應參數。

硬件模擬器開機后，首先分別初始化STM32F407各模塊、MAX7349和WM8978；然后判斷學員計算機與硬件模擬器的串口是否有效連接，如果學員計算機未連接，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，程序進入循壞操作，在循壞里依次檢測是否發信、是否有按鍵、是否收信并進行相應處理。

3.2學員計算機軟件設計

學員計算機軟件啟動后，自動檢測USB串口并與硬件模擬器建立連接，然后同時檢測串口數據與網絡數據，一方面接收來自硬件模擬器串口的數據，根據數據要求廣播至網絡；一方面接收網路數據，根據數據要求通過串口發送至硬件模擬器。

3.3監控計算機軟件設計

監控計算機軟件一方面接收來自學員計算機發送的網路數據，更新各學員的狀態信息，并對訓練效果進行評估；另一方面可以設置訓練情景設計，通過網路向學員及發送相關指令。

4結論

本文設計實現了一種基于STM32F407和MAX7349的超短波電臺模擬訓練系統，該系統采用與實裝相同的人機交互界面，基于計算機網絡技術模擬超短波電臺通信，利用計算機模擬技術提供通信場景模擬，能夠提供與實裝訓練無差別的操作體驗，且能夠靈活設置場景、下達訓練任務、監控訓練過程及評估訓練效果。系統采用MAX7349掃描按鍵并驅動LED，能夠靈活調整按鍵和LED等的設置，能夠適用于其他型號超短波電臺的模擬訓練系統設計，具有較好的通用性。