利用单片机为核心构建某机载电台检测控制器

　　0引言

　　机载电台是一种机载通信设备，为保证机载电台的工作性能，确保空中与空中、空中与地面的通信安全，除了飞行前在飞机上对机载电台进行通电检查之外，还要定期将机载电台从飞机上拆下，对机载电台做深入的性能检测;而机载电台一旦脱离飞机，便失去了正常工作所必需的信号环境，在地面要对机载电台进行通电检测，就需要为机载电台设计检测控制器，模拟电台在飞机上的通电信号环境，为电台施加必须的激励信号，同时，利用通用仪器检测电台输出的响应信号，即可检测出电台的性能指标。某机载电台需要的激励控制信号包括并行信号、RS-422信号和模拟信号等，利用单片机为核心为该电台构建检测控制器，具有体积小、功耗低、成本低、控制功能强、抗干扰能力强等特点。

　　1检测控制器功能

　　1.1输出控制信号

　　为电台提供通电时所需的控制信号是检测电台性能的前提，根据某机载电台控制接口信号的需求，检测控制器应能够输出电源开关、静噪控制、工作模式、频段码、收/发控制等离散控制信号，8bit并行频率码数据，符合RS-422接口特性的串行调谐信号等。

　　电源开关、静噪控制、收/发转换信号信号分别控制电台的电源开关、静噪开关、收发控制等功能，平时悬空，接地有效;工作模式信号用于控制电台的工作种类，包括上边带话、下边带话、上边带报、下边带报、调幅话等，当控制电台工作在某一种类时，相应模式控制信号为+8.1V，否则悬空;频段码信号是控制电台内部频段滤波器工作状态的信号，根据电台工作频率确定，某机载电台在工作频率范围内划分为8个工作频段，每个频段对应一个相应的频段码，当电台的工作频率在相应的频段内时，对应的频段码就为“1”，否则为“0”，频段码的电气特性为TTL电平。

　　8bit并行频率码信号用于控制电台的工作频率，某电台工作频率范围是3～24MHz，频率间隔为100Hz，在3～24MHz频率范围内共有210000个频道，而电台在某一时刻只能工作在某一工作频道上，频率码就是控制电台工作频道的信号。根据电台内部频率变换关系，电台工作在不同的频道时，需要电台内部的频率合成器提供相应的频率，控制电台的工作频道实际上就是控制电台内部的频率合成器输出相应的频率。某电台采用了DDS和PLL相结合的频率合成器，其中PLL采用了MC145156为核心组成的环路，该电台通过MC145156的地址线和数据线为其内部的N、A、R设置相应的数值，以控制MC145156输出信号的频率;该电台内部的DDS采用了直接数字式频率合成器芯片AD9850，AD9850的输出频率由40bit控制字确定，这40bit控制字在W¬¬¬-CLK、FQ-UD和RESET信号的作用下，可以通过并行或串行的方式输入。根据电台内部信号的频率变化关系和DDS与PLL的特点，电台工作频率与PLL和DDS频率控制字之间的关系如式1和式2所示：

　　式中，K为DDS的控制字，fw为电台的工作频率，fmod为电台中PLL根据电台的工作模式输出的频率;N、A、R分别为PLL内部计数器的值，均为整数;以上数值均以十进制数表式。

　　串行调谐信号采用RS-422串行接口协议，用于控制电台的调谐过程，根据操作者的调谐控制状态和电台工作频率，向天调输出相应的调谐控制信号，天调根据相应的工作频率调整其输出信号和输入信号的阻抗，并将调谐结果信息以RS-422的形式输出到检测控制器或收发机。

　　1.2接收响应信号

　　为电台输出响应信号提供负载是准确测试电台性能的基础;控制器为电台提供激励信号，控制电台正常工作的同时，为电台输出的响应信号提供负载，并能够在不同控制信号的作用下进行负载之间的转换，如在面板高/低阻开关的控制下，负载电路为音频信号分别提供高阻和低阻负载，控制电台的音频输出。

　　1.3状态显示

　　实时显示电台工作状态是操作者了解操作结果的保证，该检测控制器能够实时显示检测控制器的工作状态，如内控、外控、自检等;在内控状态下实时显示电台的工作频率;在自检状态下，显示自检过程和自检结果;在外控状态下，由外接控制盒控制收发机工作，显示外控状态。

　　2 控制器硬件电路组成及原理

　　2.1 控制器硬件组成框图

　　
图1 控制器硬件组成框图

　　根据该机载电台的控制接口需求，为该电台设计的检测控制器硬件组成如图1所示，由单片机系统、显示电路、复位电路、频率码形成电路、422接口转换电路等部分组成。单片机是系统的控制核心，通过扩展译码电路实施对外围接口电路的控制;显示电路以MAX7219为核心，用于显示检测控制器的工作状态和设置的工作频率，复位电路在面板复位开关的控制下用于对系统统一复位;计数脉冲形成电路对面板计数开关信号进行整形，形成增/减计数脉冲，控制增/减计数器进行计数，计数器的输出通过缓冲电路输入到单片机系统，单片机系统根据电台频率控制字的协议，在软件的配合下，对计数器输出的数据进行分析处理，形成频段码和频率码信号，通过锁存电路输出频段码控制信号P0～P7, 通过缓冲电路输出频率码信号D0～D7，实现对被控电台的频率和频段控制;控制模式选择开关，在电源电路的配合下，根据操作者的要求，输出相应的+8.1V模式控制信号M0～M4，控制被控电台的工作模式;422接口转换电路用于转换单片机和被控电台之间串口信号的电气特性;电源电路为单片机系统提供所需的+5V逻辑电源、+5V显示电源和+8.1V工作模式电源等。

　　3 控制器软件设计

　　3.1 软件流程图设计

　　控制器硬件是实现控制器功能的基础，控制器软件则是协调控制器硬件电路正常工作的保证，只有软硬件协调一致，才能实现检测控制器功能;为保证程序的通用性和可移植性，控制器软件选用C语言编程，运用模块化编程技术，根据控制器软件功能需求，设计的软件主程序流程图如图2所示，由面板数据采集、显示、数据发送、串行数据收发等子程序组成。

　　
图2 软件主程序流程图

控制器开机后，首先进行初始化操作，装载初始数据，经过处理后，调用显示子程序显示系统初始状态;调用数据发送子程序，向被控电台输出初始数据。然后循环采集、处理面板数据，并与上一状态数据进行比较，若数据改变，则调用显示子程序显示变化后的数据;同时，调用数据发送子程序，向被控电台发送变化后的数据;若数据没有变化，则返回面板数据采集过程。在读取面板频率数据的同时，还要判断面板调谐按钮是否按下，若没有按下，返回面板数据采集过程，若按下调谐按钮，则调用串行数据收发子程序，向被控电台输出串行数据调谐信号，并接收被控电台返回的调谐结果信号。

　　3.2 数据处理算法设计

　　单片机系统读取面板数据后，首先进行频率值的判断，若面板数据不在电台的工作频率范围内，则发出报警信号，待面板操作数据在电台工作频率范围后，报警信号自动消失，接着执行数据处理过程。数据处理就是将面板操作者的数据转换成电台内部频率合成器AD9850、MC145156所需要的频率码(K、N、A、R)和电台内部所需的频段码的控制信号。AD9850内部控制字的精度要求是9位，控制字是通过式1计算得到的，而式1中各数据是浮点型的，在Keil C51语言中，浮点型数据的运算结果只能提供7位的精度，不能满足AD9850控制字的精度要求，而长整形的运算能够提供10位的精度。因此，在进行AD9850控制字计算的时候，将浮点型数据转换成长整形数据即可满足AD9850控制字的要求。数据处理算法流程如图3所示。

　　
图3 数据处理算法流程图

　　4 测试结果及分析

　　利用数字表对控制器输出的控制模式和频段码信号进行了测试，以判断控制模式和频段码信号的电气特性和逻辑关系是否满足需求，利用该控制器对某电台的各项功能进行了控制，并利用CMS-50无线电综合测试仪对电台输出的相应信号进行了测试，测试结果如表1所示

　　表1

　　对照测试结果与测试标准可以看出，控制器输出的控制信号达到了某电台的电气特性和控制逻辑要求;通过测试控制器输出的高阻信号和低阻信号，表明控制器为电台输出的响应信号提供了正确的负载;利用该控制器对某电台的功能控制和性能测试结果表明，控制器输出的所有控制信号均能完全满足该电台的控制需求，实现了对该电台的功能控制、状态指示及检测信号输出等功能。

　　5 结论

　　以单片机为核心为某电台设计的检测控制器，具有电路结构简单、性价比高、应用广泛等特点，目前已作为某电台的二线检测设备配发到多个部队修理厂，取得了显著的军事效益和经济效益。

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