单兵训练系统战场音效模拟技术的实现与应用

所属栏目：通信论文
发布时间：2014-02-24 12:40:01  更新时间：2014-02-24 12:38:00

　　模拟对抗训练系统已经在各大训练基地得到广泛应用，系统通过激光编码、无线通信等手段逼真模拟演习中各种武器的对抗效果，即时采集战场上的战术数据。随着系统应用的推广，实践表明激光和数据传输等手段能够准确客观的模拟并反映部队演习的战术对抗过程，对于各作战单元的战争临场感及真实感却无法即时反馈。

　　【摘要】设计了一种单兵训练系统的战场音效模拟设备，给出其工作原理和实现方法。设备采用ARM微控制器、ISD1700语音芯片和PAM8403功放芯片，通过对音效的录入、管理和输出，对各类战场音效进行了模拟。

　　【关键词】模拟训练,战场音效模拟,嵌入式技术,ISD1700

　　1.引言

　　系统拟首先在单兵训练系统中增加音效模块，通过传感器采集各种战场战术动作后触发相应模拟音效，用以增加士兵在演习过程中的战场真实体验。

　　本文主要讨论了单兵训练系统战场音效模拟技术的具体实现方法。

　　2.音效模拟技术的硬件实现

　　根据单兵训练的特点和要求，战场音效模拟技术需要满足：逼真模拟枪炮音效、精确控制、电路低功耗、体积重量尽量压缩、音频数据可随时增减等要求。

　　针对上述技术需求，选用ISD1700录放音电路、PAM8403功放芯片组成基本的音效录放模块，并辅以ARM单片机以及比较电路对音频的输入输出进行采集、控制。其原理如图1所示。

　　如图1所示，语音模块主要具有语音录制、语音播放、功率放大等方面功能。主控芯片负责采集外部信号，逻辑判断后通过SPI串口对语音芯片进行录音、播放等操作控制；比较电路用于检测外部是否存在需要录制的音频信号；语音芯片用于存储以及播放音频信号；功放芯片用于将语音芯片输出的音频信号放大后通过扬声器播出。

　　ISD1700录放音芯片具有内置数据存储器、寄存器控制、模拟音频直接录入、录音采样频率可调、待机功耗低等特点。其中录音采样频率通过外围电路振荡电阻阻值控制，其相应关系如表1所示。实际应用中为得到更高的采样频率选取60千欧的振荡电阻。

　　为了提高音效输出功率，产生出接近真实战场的音效。将ISD1700输出的音频信号输入至功率放大器PAM8403中，处理后输出音效功率能够增大至2W，产生需求的效果。

　　为满足精确录制音效功能，选用了比较器随时采集输入的音频信号。ISD1700的音频输入引脚上在无信号输入时，比较器电路输出低电平，有信号输入时比较器电路输出高电平。这样主控单片机通过电平的上升/下降沿触发中断能够及时检测到音频信号的打开与关闭，从而精确录制所需音效。所有的音频录入，都由模块硬件自动采集控制，在规模生产过程中，避免了人为操作引起的误差。

　　3.音效模拟技术的软件实现

　　为精确控制音效的录入输出，避免外部干扰，采用SPI直接读写ISD1700寄存器对其进行控制操作。选择主控单片机为主机，语音芯片为从机，SPI时序如图2所示。

　　主控单片机使用RTX操作系统，开两个任务，一个为录音任务，一个为放音任务。

　　录音时，首先将需要录入的音频按顺序前后编辑，电路检查到音频开始播放后，拉低电平输入单片机，单片机根据地址指针将音频顺序录入地址中，这样音频数据被有序的管理。具体录音程序流程图如图3所示。

　　程序中通过在一段时间内连续采样N次音频信号进行检测，用以过滤外部干扰信号，避免误录音操作。

　　实际工程应用中，可以通过改变N的值增减录音电路的抗干扰效果。另外，在录音时也可以适当增加关闭信号检测中断的时间，用以获得更加稳定的录音效果。

　　结束录音过程后，确定每段音效都已经录入相应的存储地址中，主控单片机即可根据需要控制语音芯片播放出相应音效。需要注意的是，ISD1700语音芯片的录音、放音是两个互斥的过程，不能同时进行，程序中需将两者严格区分，不能交叉进行。

　　4.结论

　　本文主要介绍了以ISD1700为核心的战场音效模拟技术的具体实现方法，此方法具有电路简单有效，模块体积、功耗小，易操作等特点，已经在实际应用中取得了良好的效果。

　　参考文献

　　[1]周立功.ARMCortex-M3开发指南[M].广州致远电子，2006.

　　[2]李宁.基于MDK的STM32处理器开发应用[M].北京航空航天大学出版社，2008.

　　[3]邓玉华.基于ISD25120的某型交换设备智能语音提示系统[J].中国水运，2012.

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