對基于VHF的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)探討

蘇寧 朱義昆 代雅婷 陳俊

摘要：本次基于VHF的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)主要分為兩部分展開，其中系統(tǒng)硬件部分主要涉及數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)、DSP設(shè)置、儲存器擴(kuò)展設(shè)計(jì)以及電源設(shè)計(jì)四個(gè)方面，軟件部分主要包括上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)打包方法以及調(diào)制解調(diào)芯片CMX909B設(shè)置幾個(gè)部分。

關(guān)鍵詞：VHF;數(shù)據(jù)通信系統(tǒng);電路設(shè)計(jì)

前言：

現(xiàn)階段海上通信系統(tǒng)一般包括衛(wèi)星通信、單邊帶以及甚高頻（VHF）幾個(gè)部分，其中VHF通信系統(tǒng)憑借自身設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、通信費(fèi)用低以及帶寬寬等一系列優(yōu)勢特征，在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，其應(yīng)用價(jià)值也逐漸凸顯出來。為了深入探究基于VHF的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，本文分析如下。

一、基于VHF的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（一）數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)

基于VHF的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)過程中，對于基礎(chǔ)電路的設(shè)計(jì)可以分為串口電路的設(shè)計(jì)和GMSK電路的設(shè)計(jì)兩個(gè)部分來實(shí)現(xiàn)。其中串口電路的設(shè)計(jì)，其核心點(diǎn)在于串口芯片的選型。TL16C550C與TL16C550C1是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)中常用的串口芯片類型，由于是異步通信單元基礎(chǔ)上進(jìn)一步升級的產(chǎn)品，所以其功能比傳統(tǒng)的TL16C450字符模式具有更大的優(yōu)勢。與此同時(shí)，在FIF0模式下對串口芯片進(jìn)行升級，可以在實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)接收以及發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖的基礎(chǔ)上，有效減輕軟件計(jì)算負(fù)荷。在GMSK電路設(shè)計(jì)過程中，確定一條數(shù)據(jù)線與DSP低八位數(shù)據(jù)線相連接，同時(shí)在編程寄存器選擇過程中，需要綜合考慮片選信號線CSN和地址線。GMSK電路的設(shè)計(jì)中的晶體振蕩器確定4.096MHZ。

（二）DSP設(shè)置

DSP設(shè)置主要包括數(shù)據(jù)線、地址線、控制引腳等幾個(gè)部分，按照數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，將控制引腳MSTRB、PS、IS以及DS等輸入到CPLD中以供譯碼使用。與此同時(shí)，MP/MC與CLKMD1、CLKMD2、CLKMD3需要連接雙列直插開關(guān)排，以此來對DSP的運(yùn)行方式以及時(shí)鐘頻率進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)過程中，選擇20MHZ作為DSP的晶體振蕩器。在初始化階段，要求MP/MC設(shè)置在MC，也就是處于微計(jì)算機(jī)狀態(tài)。在分頻（系統(tǒng)運(yùn)行）模式下，需要額外接入3個(gè)LED指示燈，以此來提示程序運(yùn)行的實(shí)際情況[1]。

（三）儲存器擴(kuò)展設(shè)計(jì)

本次基于VHF的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，對于儲存器的類型選擇確定為靜態(tài)儲存器，型號為IDT71V416以及閃存Am29LV400B。其中IDT71V416主要作為256K×16的一個(gè)靜態(tài)儲存器，其應(yīng)用建立在高性能、高可靠性的CMOS技術(shù)制造基礎(chǔ)之上，因此具備顯著的創(chuàng)新性思路優(yōu)質(zhì)，整體應(yīng)用性價(jià)比相對較高，有利于更好地滿足市場對于高速儲存器的實(shí)際需求。此外，IDT71V416的全部雙向輸入、輸出端口，均支持與TTL電平實(shí)現(xiàn)兼容，即可以在3.3V供電電壓下完成一系列操作。

（四）電源設(shè)計(jì)

基于VHF的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，對于電源的設(shè)計(jì)相對簡單。綜合考慮數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)工作運(yùn)行的實(shí)際需求，將輸入電壓設(shè)置為5V，提供DSP輸出電壓設(shè)置為1.8V，輸出SDP以及其他芯片供電電壓設(shè)置為3.3V。

二、基于VHF的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（一）上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

在上位機(jī)的軟件應(yīng)用設(shè)計(jì)過程中，選用的是《Visual C++/Turbo C串口通信編程實(shí)踐》中提到的串口調(diào)試助手來實(shí)現(xiàn)。該串口調(diào)試助手主要是專門用來對系統(tǒng)設(shè)計(jì)中各個(gè)串口程序展開調(diào)試操作的一類工具軟件[2]。其中使用該軟件平臺中的Windows 9X/NT/2003/XP，2.2版本程序，可以將其借助三線制串口調(diào)試方案來實(shí)現(xiàn)，并且所有功能均處于界面中，所以整個(gè)上位機(jī)的功能設(shè)計(jì)與應(yīng)用變得更加清晰。此外，該界面內(nèi)還包括串口設(shè)置區(qū)、接受顯示區(qū)以及發(fā)送輸入?yún)^(qū)等。

（二）數(shù)據(jù)打包方法

TL16C550設(shè)置屬于字長8位停止位兩位，其緩沖區(qū)主要是14字節(jié)觸發(fā)，也就是當(dāng)系統(tǒng)接收到14字節(jié)時(shí)會自動出現(xiàn)中斷?；赩HF的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)工作中，數(shù)據(jù)打包格式確定為TQB+TQB+TDB+TSB，數(shù)據(jù)接收格式確定為SFS+RDB。其中TQB主要是指當(dāng)系統(tǒng)連續(xù)發(fā)送4字節(jié)任務(wù)的情況，TDB指的是系統(tǒng)發(fā)送240bit數(shù)據(jù)塊的任務(wù)形式，TSB指的是系統(tǒng)發(fā)送單字節(jié)的任務(wù)形式，SFS指的是檢測幀同步任務(wù)形式，RDB指的是系統(tǒng)接收240bit數(shù)據(jù)塊的任務(wù)形式。為了保證系統(tǒng)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的安全性與高效性，需要在GMX909B數(shù)據(jù)塊的第18個(gè)字節(jié)額外設(shè)置有效字節(jié)數(shù)bytecnt550，其他無效字節(jié)均以0作為填充。

（三）調(diào)制解調(diào)芯片CMX909B設(shè)置

在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，調(diào)制解調(diào)芯片CMX909B設(shè)置非常關(guān)鍵。對于CMX909B的設(shè)置要求通過多個(gè)特定的可編程寄存器來實(shí)現(xiàn)。由于CMX909B設(shè)置中的Data Buffer屬于一類可讀寫18字節(jié)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，因此大多被用于系統(tǒng)內(nèi)DSP和CMX909B之間的數(shù)據(jù)信息傳輸。此外，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行任務(wù)與啟動位同步檢測任務(wù)，需要通過設(shè)置Command Register這一方式來實(shí)現(xiàn)。并且最終系統(tǒng)的執(zhí)行任務(wù)取決于4bit。

總結(jié)：

綜上所述，基于VHF的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是一個(gè)相對復(fù)雜的過程，綜合考慮數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)應(yīng)用的具體需求，分別從串口傳輸、GMSK調(diào)制設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上通過VHF電臺發(fā)射，進(jìn)行確保了數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的科學(xué)性。同時(shí)，為了進(jìn)一步提升系統(tǒng)的應(yīng)用穩(wěn)定性，還需要針對高頻干擾等問題作出分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]張安安.新一代無線通信仿真系統(tǒng)資源建模和數(shù)據(jù)服務(wù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京郵電大學(xué)，2018.

[2]祁曉陽.WiFi無線通信和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通，2017 （09）：128.