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1、仿真VHF控制盒的研制 摘要甚高频通信系统是一种近距离的飞机与飞机、地面电台之间的通信系统。而机载甚高频通信系统由收发机、控制盒和天线三个基本组件组成。本文介绍运用MSP430单片机仿制的VHF控制盒，它通过数据总线和收发机相连。其主要功能有：（1）能够进行收发机的选择。（2）对于VHF频段（118.000136.975MHz）能够以标准25KHz的间隔进行选频。（3）能够进行交叉调谐的指示。（4）能够共享调谐信息，并在频率显示窗显示。关键词：MSP430、VHF控制盒The manufacture of imitated control consoleAbstractVHF communic
2、ations system is used between the aircrafts, between aircraft and ground radio in a short distance. Airborne VHF communications system is composed of three basic components -transmitter/receiver unit, the control console and antenna. This article describes the VHF imitation control console made by M
3、SP430 single chip, which was connected with the transceiver through the data bus. Its main functions are as Follows. Firstly, it can choose the transceiver. Secondly, it may select frequency by Standard 25 KHz intervals In VHF band .Thirdly, it can point out the Cross-tuning .Fourthly, it should sha
4、re the tuning information, and display in the frequency display window.Keywords: MSP430、VHF control console1、 引言随着我国民航事业的飞速发展，我国进口的大飞机越来越多，自主研发的国产C919大飞机也已呼之欲出，以及在我国的低空空域的渐渐开放的大趋势下，相应的民航所需要的机务，飞行，管制等人员也越多，培训这些人员需要较多的设备。现有的培训设备大多依赖进口，造价昂贵，维护费用高。其中甚高频通信系统是飞机上重要并应用广泛的无线电系统。其主要用于飞机起飞和降落，能进行机组人员和地面管制人员之间
5、的双向语音通信，是飞机飞行安全的重要保证。本作品针对甚高频通信系统中的控制面板展开设计。作品根据Boing737-800的CMM手册，仿制了飞机中央控制台上的甚高频通信控制面板，并自主设计了硬件电路，软件程序。在作品的设计中，自主制定了控制方案及系统设计，根据大赛组委会要求，采用TI公司的MSP430F147作为核心控制芯片，MSP430F413作为显示部分的驱动芯片。最终实现一套能够控制甚高频接收频率的控制盒。本作品经过多次测试，功能与原飞机中央控制台上的甚高频通信控制面板基本一致，并且具有成本低廉，低功耗率，操作简单等优点，能有效解决民航业内相关人员缺乏相应实习设备的问题。本作品也可运用在
6、模拟机设备上，让民航相关飞行员、机务人员熟悉飞行及维修操过程。二、系统方案本章主要介绍了作品的整体方案设计流程、主要功能的实现，以及硬件设计和软件的设计，并在软件设计中指出了关键算法。2.1方案流程VHF通信控制盒的工作方式是通过按键和旋钮进行频率选择和转换。所以系统总体设计采用以MSP430单片机为控制核心和外围电路组成的。其中外围电路包括有电源，LCD模块，收发模块等。首先用PROTEL设计并画出VHF通信控制盒的原理图、PCB图，同时进行仿真，完成硬件设计。其次，用C语言编写程序并下载到MSP430单片机中，利用单片机的开发环境进行软件和硬件调试，调试成功后就可以实现VHF通信控制盒的功
7、能，系统流程如下图所示。图2-1 系统流程图2.2控制面板的功能实现甚高频通信系统有三个通道，通过控制面板上的按钮即可选择不同的通道，甚高频频率在118Mhz-136.975Mhz之间，通过调节控制面板上的调节旋钮，可以以25Khz为间隔调节甚高频频率，从而选择频率，并体现在液晶显示屏上。控制面板将该频率的数据发送至总线上，通过总线与收发机进行数据通信，收发机将该频率信息处理，反馈到音箱。通过控制面板上的选择与控制，间接对甚高频信息进行处理与控制。一般飞机上有三台收发机，为提高设备的冗余度，保证飞机的通信安全。同样三台收发机对应三个控制面板。控制面板与收发机本是一一对应的，它们有唯一的识别码，
8、也就是说一台控制面板，对应一台收发机，但有时候，飞机的一台收发机出现问题时，为了保证飞机的通信安全，就需要用控制面板去控制另一台收发机。我们通过软件的编程，使硬件电路只需按下按键，就可以使控制面板控制另一台收发机，此时为交叉调谐，交叉调谐灯会亮，实现了它们之间的交叉调节。2.3 硬件设计方案如图3.1所示是系统硬件框图，本系统以MSP430F147为主控芯片，以MSP430F413为液晶显示控制芯片。电源方面使用的是外部供电电压12V，通过降压为5v和3.3v，为每个模块提供所需电压。本系统通过前面面板按钮，旋钮和485总线接受输入信息，经过单片机进行算法处理分析后，输出在液晶显示频上以及将数
9、据通过485总线传输出去，从而实现这个系统的控制。图2-2 系统硬件框图2.4 软件设计方案2.4.1 软件总体设计方案本甚高频控制盒的软件总系统方案为：首先，对各功能模块进行初始化，并且对FLASH进行读操作。然后，通过控制面板上的按钮和旋钮获取当前输入信息，同时通过FLASH保存当前的信息值。另外根据当前信息，将频率值传输给MSP430F413芯片，通过F413芯片解读，将频率显示在液晶屏上。最后将有用信息传输到485总线上，与收发机进行通信。本系统的软件流程图如图4.1所示。图2-3 系统软件总流程图2.4.2 软件关键算法（1）频率的调节算法调整旋钮的内旋钮用来调整频率的小数部分。当旋
10、钮向一侧旋转时，就会给单片机相应端口发送脉冲信号，使频率值变化。我们使用的算法是每次有脉冲信号，频率值就会增加或减小0.025，当已增大到最大值（0.975），继续增大，小数部分自动回零（0.000）；同理，当减小到0.000，继续减小，小数部分自动变为最值（0.975）。调整旋钮的外旋钮用来调整频率的整数部分。连续取出两次AD值，两者进行比较，如果差值为400的整数倍n，频率值整数部分增大或减小n。该程序同样有限定函数算法，将频率值整数部分限定在118-136。（2）控制面板与收发机通信协议控制面板将储存在FLASH中的当前频率值通过一定的协议传输给收发机，MSP430F147将频率值转化为
11、收发机的通信协议内容，在通过485总线传输给收发机。例如当前活动显示窗口的频率是126.625时，芯片通过程序算法将每个数位独立出来，并转化为16进制，当按下装换按钮时，数据就通过485总线发送出去。由于协议开头是7e的识别代码，所以接收机的接收代码为7e526621。三、系统硬件设计本章围绕MSP430系列单片机对整个系统的各个硬件模块进行了详细介绍。主要分为电源模块，RS-485通信模块，操作板模块，液晶显示模块和数据调整模块。3.1电源模块电源模块的作用是提供稳定的5v和3.3v的电源，保证单片机正常工作。我们选用sr12s5和ncp117芯片作为降压芯片。Sr12s5芯片是DC-DC电
12、源隔离转换模块，将12v电压转换为5v电压，输出电流为100MA。它具有高效率高可靠性、单路隔离电压输出、体积小功耗低、温度特性好、无需外加元件可直接使用等特点。Msp430F147、Msp430F143单片机的工作电压是3.3v，需要将5V电压降低到3.3V。我们采用NCP1117系列是低压差正电压稳压器作为电压转换芯片。NCP1117系列具有超过1.0A的输出电流、整个工作温度范围内输出电流800mA 最大压差1.2V、有1.5V 、1.8V、 2.0V、 2.5V、 2.85V、 3.3V、 5.0V和12V固定输出电压等特点。由于sr12s5和ncp117芯片具有以上工作特点，所以选择
13、了这两种降压芯片。3.2 RS-485通信模块由微处理器输出的R/D信号直接控制TI485芯片的发送器/接收器使能：R/D 信号为“1”，则TI485芯片的发送器有效，接收器禁止，此时微处理器可以向RS-485总线发送数据字节；R/D信号为“0”，则SP485R芯片的发送器禁止，接收器有效，此时微处理器可以接收来自RS-485总线的数据字节。此电路中，任一时刻TI485芯片中的“接收器”和“发送器”只能够有1 个处于工作状态。通过编程来控制芯片RXD、TXD、R/D的值，经过光电隔离后，达到控制半双工通信的功能。485通信是通过辨认A、B的差模信号来确定传输值的，稳压管的作用是防止外界干扰时的
14、高压冲击损坏RS-485收发器，R16为匹配电阻，吸收线路上的回波。3.3 操作板电路图3-2 仿真VHF控制面板操作板的功能：首先调整好显示频率，按下转换按钮，转换调整灯亮，调整好的频率值由备用显示屏转到主显示屏。当按下VHF1VHF3,其对应的灯会亮，动态显示屏会显示相对应的VHF的频率。操作板上按键的指令信号通过连线传到芯片，由芯片进行相应的信号处理，再产生相应的动作。3.4 液晶显示板该模块选用的是MSP430系列中的MSP4301F413单片机。液晶显示屏的型号是BTL355。MSP430F413是美国TI公司最新推出的超低功耗Flash型16位RISC指令集单片机，片内有段式LCD
15、驱动得产品。它采用16 位精简指令系统，125ns 指令周期，大部分的指令在一个指令周期内完成，16 位寄存器和常数发生器，发挥了最高的代码效率，而且片内含有硬件乘法器，大大节省运算的时间 ,具有丰富的片内外围，是一款性价比极高的单片机由于考虑到本设计有低功耗，小体积，液晶显示等要求，所以选用MSP430F413型单片机芯片，在开发调试及实际应用上都表现出与其它单片非常明显的优势。主控制板向液晶板传递数据，一位是时钟位，一位是数据位。F413接受到这些数据，处理这些数据，并在液晶屏上显示。3.5 数据调整电路通过P6.4将模拟电压值输入到单片机，由A/D转换模块转化为数字量，再经过单片机处理来
16、调节频率值的整数部分。P1.2、P1.3在调整器未动作时，为高电平，当调整器向一方动作时，会在P1.1或 P1.2产生瞬时下降沿，单片机接收到信号后，调整频率值的小数部分。四、系统软件设计系统硬件位于底层，是整个系统的基础，而软件结构则根据硬件和控制的需求来制定。软件设计是一个控制系统的核心部分，软件设计的好坏直接关系到系统的性能。本章根据控制盒软件系统的程序总流程图，详细介绍了小数、整数部分的调整，液晶屏显示，显示数据传输，FLASH程序，485通信协议等部分程序的设计与实现。4.1数据调整程序16位定时器A(Timer_A)是MSP430所有系列器件都有的模块，是一个用途非常广泛的通用16位定时器计数器。对于F147单片机Timer_A是16位定时器，有3个
