單兵訓練系統(tǒng)戰(zhàn)場音效模擬技術的實現(xiàn)與應用

【摘要】設計了一種單兵訓練系統(tǒng)的戰(zhàn)場音效模擬設備，給出其工作原理和實現(xiàn)方法。設備采用ARM微控制器、ISD1700語音芯片和PAM8403功放芯片，通過對音效的錄入、管理和輸出，對各類戰(zhàn)場音效進行了模擬。

【關鍵詞】模擬訓練；戰(zhàn)場音效模擬；嵌入式技術；ISD1700

1.引言

模擬對抗訓練系統(tǒng)已經在各大訓練基地得到廣泛應用，系統(tǒng)通過激光編碼、無線通信等手段逼真模擬演習中各種武器的對抗效果，即時采集戰(zhàn)場上的戰(zhàn)術數(shù)據(jù)。隨著系統(tǒng)應用的推廣，實踐表明激光和數(shù)據(jù)傳輸?shù)仁侄文軌驕蚀_客觀的模擬并反映部隊演習的戰(zhàn)術對抗過程，對于各作戰(zhàn)單元的戰(zhàn)爭臨場感及真實感卻無法即時反饋。

系統(tǒng)擬首先在單兵訓練系統(tǒng)中增加音效模塊，通過傳感器采集各種戰(zhàn)場戰(zhàn)術動作后觸發(fā)相應模擬音效，用以增加士兵在演習過程中的戰(zhàn)場真實體驗。

本文主要討論了單兵訓練系統(tǒng)戰(zhàn)場音效模擬技術的具體實現(xiàn)方法。

2.音效模擬技術的硬件實現(xiàn)

根據(jù)單兵訓練的特點和要求，戰(zhàn)場音效模擬技術需要滿足：逼真模擬槍炮音效、精確控制、電路低功耗、體積重量盡量壓縮、音頻數(shù)據(jù)可隨時增減等要求。

針對上述技術需求，選用ISD1700錄放音電路、PAM8403功放芯片組成基本的音效錄放模塊，并輔以ARM單片機以及比較電路對音頻的輸入輸出進行采集、控制。其原理如圖1所示。

如圖1所示，語音模塊主要具有語音錄制、語音播放、功率放大等方面功能。主控芯片負責采集外部信號，邏輯判斷后通過SPI串口對語音芯片進行錄音、播放等操作控制；比較電路用于檢測外部是否存在需要錄制的音頻信號；語音芯片用于存儲以及播放音頻信號；功放芯片用于將語音芯片輸出的音頻信號放大后通過揚聲器播出。

ISD1700錄放音芯片具有內置數(shù)據(jù)存儲器、寄存器控制、模擬音頻直接錄入、錄音采樣頻率可調、待機功耗低等特點。其中錄音采樣頻率通過外圍電路振蕩電阻阻值控制，其相應關系如表1所示。實際應用中為得到更高的采樣頻率選取60千歐的振蕩電阻。

為了提高音效輸出功率，產生出接近真實戰(zhàn)場的音效。將ISD1700輸出的音頻信號輸入至功率放大器PAM8403中，處理后輸出音效功率能夠增大至2W，產生需求的效果。

為滿足精確錄制音效功能，選用了比較器隨時采集輸入的音頻信號。ISD1700的音頻輸入引腳上在無信號輸入時，比較器電路輸出低電平，有信號輸入時比較器電路輸出高電平。這樣主控單片機通過電平的上升/下降沿觸發(fā)中斷能夠及時檢測到音頻信號的打開與關閉，從而精確錄制所需音效。所有的音頻錄入，都由模塊硬件自動采集控制，在規(guī)模生產過程中，避免了人為操作引起的誤差。

3.音效模擬技術的軟件實現(xiàn)

為精確控制音效的錄入輸出，避免外部干擾，采用SPI直接讀寫ISD1700寄存器對其進行控制操作。選擇主控單片機為主機，語音芯片為從機，SPI時序如圖2所示。

主控單片機使用RTX操作系統(tǒng)，開兩個任務，一個為錄音任務，一個為放音任務。

錄音時，首先將需要錄入的音頻按順序前后編輯，電路檢查到音頻開始播放后，拉低電平輸入單片機，單片機根據(jù)地址指針將音頻順序錄入地址中，這樣音頻數(shù)據(jù)被有序的管理。具體錄音程序流程圖如圖3所示。

程序中通過在一段時間內連續(xù)采樣N次音頻信號進行檢測，用以過濾外部干擾信號，避免誤錄音操作。

實際工程應用中，可以通過改變N的值增減錄音電路的抗干擾效果。另外，在錄音時也可以適當增加關閉信號檢測中斷的時間，用以獲得更加穩(wěn)定的錄音效果。

結束錄音過程后，確定每段音效都已經錄入相應的存儲地址中，主控單片機即可根據(jù)需要控制語音芯片播放出相應音效。需要注意的是，ISD1700語音芯片的錄音、放音是兩個互斥的過程，不能同時進行，程序中需將兩者嚴格區(qū)分，不能交叉進行。

4.結論

本文主要介紹了以ISD1700為核心的戰(zhàn)場音效模擬技術的具體實現(xiàn)方法，此方法具有電路簡單有效，模塊體積、功耗小，易操作等特點，已經在實際應用中取得了良好的效果。

參考文獻

[1]周立功.ARM Cortex-M3開發(fā)指南[M].廣州致遠電子，2006.

[2]李寧.基于MDK的STM32處理器開發(fā)應用[M].北京航空航天大學出版社，2008.

[3]鄧玉華.基于ISD25120的某型交換設備智能語音提示系統(tǒng)[J].中國水運，2012.

作者簡介：裴少俊，江蘇宜興人，碩士，高級工程師，長期從事電子技術的項目和產品研發(fā)。