基于MSP430的莫爾斯報(bào)訓(xùn)練裝置設(shè)計(jì)

1 整體設(shè)計(jì)方案
莫爾斯碼的原理是以長短信號(hào)及間隔的不同組合代表數(shù)字、字母等字符。訓(xùn)練器以MSP430單片機(jī)為核心處理攜帶此信息的電鍵信號(hào)，如圖1所示。

訓(xùn)練器設(shè)計(jì)了兩種訓(xùn)練方式：發(fā)報(bào)訓(xùn)練和收?qǐng)?bào)訓(xùn)練。
l．1 發(fā)報(bào)訓(xùn)練
發(fā)報(bào)訓(xùn)練是指報(bào)務(wù)人員根據(jù)指示的一組報(bào)文拍發(fā)，手電鍵敲擊的信號(hào)由訓(xùn)練器采集、處理并識(shí)別出莫爾斯碼，在數(shù)碼管上顯示或通過TUSB3410芯片提供的USB接口傳至電腦上位機(jī)軟件。
在發(fā)報(bào)訓(xùn)練時(shí)，分別使用高、低電平表示間隔和點(diǎn)劃。這樣拍發(fā)出的電鍵信號(hào)實(shí)際上就是一組時(shí)長不等的高、低電平組合，如圖2所示。

圖2中td，th，tm，tz分別表示點(diǎn)碼、劃碼、碼間隔、字間隔信號(hào)的時(shí)長。
用單片機(jī)的I／O口對(duì)整形后的電鍵信號(hào)進(jìn)行不間斷采樣，根據(jù)高、低電平持續(xù)時(shí)間，通過識(shí)別算法解析出碼符號(hào)。同時(shí)，在電鍵信號(hào)的控制下給出頻率為500 Hz的方波作為發(fā)報(bào)監(jiān)聽音送往耳機(jī)。
1．2 收?qǐng)?bào)訓(xùn)練
收?qǐng)?bào)訓(xùn)練是指訓(xùn)練器在電腦的控制下發(fā)出莫爾斯碼對(duì)應(yīng)的電鍵音，報(bào)務(wù)人員通過耳機(jī)或喇叭監(jiān)聽并同時(shí)記錄報(bào)文。
在收?qǐng)?bào)訓(xùn)練時(shí)，將TUSB3410傳來的報(bào)碼實(shí)時(shí)翻譯為點(diǎn)、劃和間隔碼，并在此信號(hào)的控制下發(fā)出500 Hz單音。

2 電鍵信號(hào)預(yù)處理電路
電鍵信號(hào)的預(yù)處理電路如圖3所示。

設(shè)計(jì)中，用一個(gè)上拉電阻將電鍵開關(guān)跳線J4的一腳拉至高電平，另一腳接地。這樣，在發(fā)報(bào)訓(xùn)練中，當(dāng)電鍵抬起時(shí)，輸出高電平，表示間隔信號(hào)；當(dāng)電鍵被按下時(shí)，輸出低電平，表示點(diǎn)劃信號(hào)。為了消除高低電平交替過程中可能出現(xiàn)的毛刺，消除抖動(dòng)，用CD4011芯片中的兩級(jí)與非門(U6A和U6B)對(duì)此信號(hào)進(jìn)行整形處理，此時(shí)來自MSP430 P3．1腳的KEY_CTL控制信號(hào)為應(yīng)高電平。在4腳輸出的信號(hào)連接到MSP430的P3．0腳，利用定時(shí)器A進(jìn)行周期為1 ms的查詢，以獲取各信號(hào)的時(shí)長，再通過譯碼算法譯出字符。電鍵信號(hào)的拍發(fā)過程中還需要提供電鍵音反饋給操作者。同樣利用定時(shí)器在每次查詢的同時(shí)對(duì)P3．2腳取反，能夠得到500 Hz的方波，提供給CD4011的8腳。利用經(jīng)過U6A一次取反后的電鍵信號(hào)(3腳)作為輸出使能，控制與非門U6C的開啟和關(guān)閉，保證只有在按下電鍵開關(guān)時(shí)才輸出電鍵音。電鍵音通過LM386芯片放大后，由耳機(jī)或喇叭輸出。
收?qǐng)?bào)訓(xùn)練時(shí)，電鍵是一直抬起的，而KEY_CTL信號(hào)受MSP430的控制。當(dāng)MSP430解析出點(diǎn)劃或間隔信號(hào)時(shí)，使KEY_CTL相應(yīng)的拉低或拉高，從而使KEY_SND電鍵音同步輸出或斷開。

3 碼識(shí)別算法的設(shè)計(jì)
3．1 算法難點(diǎn)分析
莫爾斯碼中，點(diǎn)碼時(shí)長td、劃碼時(shí)長th之比一般為1：3，碼間隔tm、字間隔tz、詞間隔tc之比通常為1：3：5。人工拍發(fā)的摩爾斯碼信號(hào)，由于報(bào)務(wù)人員熟練程度和使用習(xí)慣的不同，碼速和各信號(hào)實(shí)際時(shí)長都相差很大，比例也不可能非常標(biāo)準(zhǔn)，在拍發(fā)過程中還會(huì)不斷變化，因此，算法對(duì)信號(hào)時(shí)長閾值的選取要因人而異，在運(yùn)行中自動(dòng)調(diào)整適應(yīng)。以往的算法要么采取固定時(shí)長閾值的方法，犧牲了適應(yīng)性，如絕對(duì)比較法；要么采取固定修正因子的方法犧牲了初期的識(shí)別率，如岡瑟算法，難以取得識(shí)別速度、識(shí)別準(zhǔn)確度和適應(yīng)性之間的平衡。
3．2 判定閾值基準(zhǔn)值的選取
電鍵剛開始拍發(fā)時(shí)程序不知曉報(bào)務(wù)人員的情況，因此必須選取合適的判定閾值基準(zhǔn)值，以保證此時(shí)識(shí)別的準(zhǔn)確性。按照一般的拍發(fā)速度和規(guī)定，選擇點(diǎn)碼時(shí)長基準(zhǔn)值td=50 ms，劃碼時(shí)長基準(zhǔn)值th=3td=150 ms，點(diǎn)劃碼的判定閾值Tdh=(td+th)／2=2td=100 ms，碼間隔時(shí)長基準(zhǔn)值tm=50 ms，字間隔時(shí)長基準(zhǔn)值tz=3tm=150 ms，碼、字間隔的判定閾值Tmz=(tm+tz)／2=2tm=100 ms。
3．3 碼識(shí)別方法
莫爾斯碼中的字符由一系列點(diǎn)、劃信號(hào)的組合惟一表示。算法中采用改進(jìn)的查表法來進(jìn)行莫爾斯碼的譯碼。設(shè)計(jì)一個(gè)定長表，將莫爾斯碼放入表項(xiàng)值中。由于莫爾斯碼中長碼、短碼的長度不一，為了方便比較為每項(xiàng)預(yù)留16 b，用10表示點(diǎn)碼，用11表示劃碼，剩余用OO補(bǔ)齊，如圖4所示。