船舶操纵模拟器能实现海员在实验室进行模拟开船演练，现已成为航海领域培养海员的主要教学设备。主控板系统是船舶操纵模拟器的重要组成部分，它是主控计算机与驾驶台之间“沟通”的纽带，其目标就是实现主控计算机对驾驶台各种繁杂信号的采集与控制，它的实时性、稳定性和可靠性直接影响到整个系统的逼真度。因此，设计一款功能完备、实时性能好的主控板系统具有十分重要的现实意义。本文首先介绍了船舶操纵模拟器的组成结构，并重点阐述了主控板系统的工作原理，随后针对目前主控板系统中模拟罗经存在的失步问题，研究了升降频算法在模拟罗经控制中的应用；同时将USB总线技术应用到主控板系统与主控计算机的通信中，可以弥补以往基于串口的主控板系统传输速率慢、误码率高等不足和基于PCI接口的主控板系统安装繁琐、成本高等缺陷。主控板系统的硬件结构是由电源模块、单片机最小系统模块和信号采集控制模块构成。以C8051F340单片机为核心芯片，采用片上A/D转换器，键盘管理芯片CH451，磁旋转编码器AS5040，实现驾驶台上各种模拟量信号、数字量信号以及随动舵角度信号的实时采集；采用串行D/A芯片TLC5628，数码管显示芯片CH451，步进电机功率驱动芯片ULN2003，实现驾驶台上各种仪表指示、数码管显示以及模拟罗经中步进电机的驱动。所有数据和控制命令都通过C8051F340自带的USB控制器实现与主机的传输。软件包括固件程序和上位机程序两部分，设计时采用了模块编程的方法，详尽地描述了上述各功能模块的实现，并给出了各模块的流程图。最后，调试主控板的各模块电路并实现了各模块功能，证明该方案完整有效；综合分析调试过程中所测得的数据后证实数据采集准确、控制方法得当；通过截获的USB通信可以发现数据传输快而准，总体上满足了整个船舶操纵模拟器的需求。