大型船舶操纵模拟器控制台的结构与设计
摘要
船舶操纵模拟器在海员培训和适任评估中起着重要的作用。随着世界经济的蓬勃发展、海运事业的蒸蒸日上，船舶操纵模拟器亦向着多样化、大型化、智能化发展。《STCW 78/95公约》也多次强调了模拟器的作用，并就其在航海教学培训中的应用做出明确的规定。
本文系统地论述了大连海事大学航海技术研究所研制的大型船舶操纵模拟器控制台接口电路系统的结构、设计与实现，以及控制台实现USB通信的部分工作。
在设计和开发控制台接口电路系统的过程当中，主要深入研究了单片机应用系统的设计方法，提出了一整套单片机应用系统设计思想，并根据这一思想完成了大型船舶操纵模拟器接口电路系统的研制开发工作。整个控制台硬件接口电路系统可以分为：主CPU模块，串行口模块，外部I/O端口扩展模块(行列式键盘接口)，A/D转换模块，D/A转换模块，舵输入模块，LED显示模块。在实际开发工作中，按照单片机应用系统设计思想分阶段进行各个子任务模块的开发调试，然后对整个控制台系统进行调试，使得该控制台接口电路更好的应用于大型船舶操纵模拟器中。在控制台实现USB通信的设计和开发过程中，主要深入研究了USB的结构特点，USB的应用以及USB设备的一般开发过程，对控制台实现USB通信的硬件电路和软件部分做了部分开发工作。
Shiphandling simulator plays an important role in seafarer training and assessment of eligibility. With the swift development of economic all over the world and the flourish of ocean shipping, it is making a progress towards large scale, diversification and intelligentization. 《STCW 78/95 Convention》 has also emphasized its effect and made a specific regulation of its application to training of maritime personnel. This article has systematically discussed structure and design of bridge console of large scale shiphandling simulator developed by the Nautical Science and Technology Institute of DaLian Maritime University, especially about its interface circuit, and part work of realization of USB communication in bridge console.
During the process of design and development of interface circuit, I mainly studied the design method of microcontroller application system, brought forward a set of scheme of it, and accomplished the development of interface circuit of large scale shiphandling simulator according to the scheme. The whole console comprises CPU module, serial port module, I/O port extension module, A/D module, D/A module, LED display module and rudder input module, etc. During design and development of USB communication applied to console, characteristic and application of USB, general process of development of USB device have been mainly discussed, part work on hardware and software of USB communication have also been done.
本文系统地论述了大连海事大学航海技术研究所研制的大型船舶操纵模拟器控制台接口电路系统的结构、设计与实现，以及控制台实现USB通信的部分工作。
在设计和开发控制台接口电路系统的过程当中，主要深入研究了单片机应用系统的设计方法，提出了一整套单片机应用系统设计思想，并根据这一思想完成了大型船舶操纵模拟器接口电路系统的研制开发工作。整个控制台硬件接口电路系统可以分为：主CPU模块，串行口模块，外部I/O端口扩展模块(行列式键盘接口)，A/D转换模块，D/A转换模块，舵输入模块，LED显示模块。在实际开发工作中，按照单片机应用系统设计思想分阶段进行各个子任务模块的开发调试，然后对整个控制台系统进行调试，使得该控制台接口电路更好的应用于大型船舶操纵模拟器中。在控制台实现USB通信的设计和开发过程中，主要深入研究了USB的结构特点，USB的应用以及USB设备的一般开发过程，对控制台实现USB通信的硬件电路和软件部分做了部分开发工作。
Shiphandling simulator plays an important role in seafarer training and assessment of eligibility. With the swift development of economic all over the world and the flourish of ocean shipping, it is making a progress towards large scale, diversification and intelligentization. 《STCW 78/95 Convention》 has also emphasized its effect and made a specific regulation of its application to training of maritime personnel. This article has systematically discussed structure and design of bridge console of large scale shiphandling simulator developed by the Nautical Science and Technology Institute of DaLian Maritime University, especially about its interface circuit, and part work of realization of USB communication in bridge console.
During the process of design and development of interface circuit, I mainly studied the design method of microcontroller application system, brought forward a set of scheme of it, and accomplished the development of interface circuit of large scale shiphandling simulator according to the scheme. The whole console comprises CPU module, serial port module, I/O port extension module, A/D module, D/A module, LED display module and rudder input module, etc. During design and development of USB communication applied to console, characteristic and application of USB, general process of development of USB device have been mainly discussed, part work on hardware and software of USB communication have also been done.
引文
【1】潘琢金，施国君编著，《C8051Fxxx高速SOC单片机原理及应用》，北京航空航天大学出版社，2002，(1，5)
【2】王福瑞等编著，《单片微机测控系统设计大全》，北京航空航天大学出版社，1999，(180，183)
【3】何立民编著，《MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术》，北京航空航天大学出版社，1998，(18，23)，(143，149)，(157，158)
【4】《MAXIM“热门”集成电路使用手册》第一册，MAXIM中国代理武汉力源单片机技术研究所，1994，(1，3)
【5】张念淮、江浩编著，《USB总线接口开发指南》，国防工业出版社，2002，(7，20)，(41，45)，(55，66)
【6】Don Anderson编著，《USB系统体系》，中国电力出版社，2002
【7】《TI模数/数模转换器数据手册》第一册，P@S武汉国源电子股份有限公司，1998
【8】蔡美琴、张为民、沈新群、张荣娟编著，《MCS-51系列单片机系统及其应用》，高等教育出版社
【9】马忠梅、籍顺心、张凯、马岩编著，《单片机的C语言应用程序设计》，北京航空航天大学出版社
【10】张毅刚、彭喜源、谭晓昀、曲春波编著，《MCS-51 单片机应用设计》，哈尔滨工业大学出版社，2001
【11】陈龙三编著，《8051单片机C语言控制与应用》，清华大学出版社，1999
【12】吴炳胜、王桂梅等编著，《80C51单片机原理与应用》，冶金工业出版社，2001
【13】ADS1212/ADS1213,Texas Instruments,WWW.ti,com,SBAS064A-NOVEMBER 2000，(1，33)
【14】TLC2543-EP, Texas Instruments, www. ti.com, SGLS125-JULY 2002, (1,3)
【15】TLC7226C/TLC7226I, Texas Instruments, www. ti. com, SLASO6OD-JANUARY 1995-REVISED FEBRUARY 2001, (1, 11)
【16】 AT89S8252, ATMEL, Atmel Corporation 2000, (1, 23)
【17】 PDIUSBD12, 广州周立功单片机发展有限公司， www. zlgmcu.com,
【18】 ICL232, Intersil, JUNE 2001, (1, 6)
【20】 ULN2003A, Texas Instruments, www. ti.com, SLRS027C-DECEMBER 1976-REVISED MAY 2002, (1, 11)
【21】 RS422 and RS485 Application Note, B & B Electronics Manufacturing Company, www. bb-elec, com, October 1997, (33, 36)
【22】唐晓蓉、周俊武、肖玉明，《利用MAX7219驱动LED显示器》，《电子技术应用》，1998年第3期，(55，55)
【23】张俊涛、陈晓莉，《具有ISP功能的单片机AT89S8252》，《现代电子技术》，2001年第8期，(71，72)
【24】王克文、王立石，《新型单片机AT89S8252及其应用》，《电脑学习》， 1998年第6期，(28，29)
【25】朱元清，《TLC2543 11通道12位串行A/D转换器的原理与应用》，《电子技术应用》，1998年第10期，(66，66)
【2】王福瑞等编著，《单片微机测控系统设计大全》，北京航空航天大学出版社，1999，(180，183)
【3】何立民编著，《MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术》，北京航空航天大学出版社，1998，(18，23)，(143，149)，(157，158)
【4】《MAXIM“热门”集成电路使用手册》第一册，MAXIM中国代理武汉力源单片机技术研究所，1994，(1，3)
【5】张念淮、江浩编著，《USB总线接口开发指南》，国防工业出版社，2002，(7，20)，(41，45)，(55，66)
【6】Don Anderson编著，《USB系统体系》，中国电力出版社，2002
【7】《TI模数/数模转换器数据手册》第一册，P@S武汉国源电子股份有限公司，1998
【8】蔡美琴、张为民、沈新群、张荣娟编著，《MCS-51系列单片机系统及其应用》，高等教育出版社
【9】马忠梅、籍顺心、张凯、马岩编著，《单片机的C语言应用程序设计》，北京航空航天大学出版社
【10】张毅刚、彭喜源、谭晓昀、曲春波编著，《MCS-51 单片机应用设计》，哈尔滨工业大学出版社，2001
【11】陈龙三编著，《8051单片机C语言控制与应用》，清华大学出版社，1999
【12】吴炳胜、王桂梅等编著，《80C51单片机原理与应用》，冶金工业出版社，2001
【13】ADS1212/ADS1213,Texas Instruments,WWW.ti,com,SBAS064A-NOVEMBER 2000，(1，33)
【14】TLC2543-EP, Texas Instruments, www. ti.com, SGLS125-JULY 2002, (1,3)
【15】TLC7226C/TLC7226I, Texas Instruments, www. ti. com, SLASO6OD-JANUARY 1995-REVISED FEBRUARY 2001, (1, 11)
【16】 AT89S8252, ATMEL, Atmel Corporation 2000, (1, 23)
【17】 PDIUSBD12, 广州周立功单片机发展有限公司， www. zlgmcu.com,
【18】 ICL232, Intersil, JUNE 2001, (1, 6)
【20】 ULN2003A, Texas Instruments, www. ti.com, SLRS027C-DECEMBER 1976-REVISED MAY 2002, (1, 11)
【21】 RS422 and RS485 Application Note, B & B Electronics Manufacturing Company, www. bb-elec, com, October 1997, (33, 36)
【22】唐晓蓉、周俊武、肖玉明，《利用MAX7219驱动LED显示器》，《电子技术应用》，1998年第3期，(55，55)
【23】张俊涛、陈晓莉，《具有ISP功能的单片机AT89S8252》，《现代电子技术》，2001年第8期，(71，72)
【24】王克文、王立石，《新型单片机AT89S8252及其应用》，《电脑学习》， 1998年第6期，(28，29)
【25】朱元清，《TLC2543 11通道12位串行A/D转换器的原理与应用》，《电子技术应用》，1998年第10期，(66，66)