對基于VHF的數據通信系統的研究與實現探討

蘇寧 朱義昆 代雅婷 陳俊

摘要：本次基于VHF的數據通信系統的設計與實現主要分為兩部分展開，其中系統硬件部分主要涉及數據通信系統電路的設計、DSP設置、儲存器擴展設計以及電源設計四個方面，軟件部分主要包括上位機的軟件設計、數據打包方法以及調制解調芯片CMX909B設置幾個部分。

關鍵詞：VHF;數據通信系統;電路設計

前言：

現階段海上通信系統一般包括衛星通信、單邊帶以及甚高頻（VHF）幾個部分，其中VHF通信系統憑借自身設備結構簡單、通信費用低以及帶寬寬等一系列優勢特征，在數據通信系統設計中的應用范圍不斷擴大，其應用價值也逐漸凸顯出來。為了深入探究基于VHF的數據通信系統硬件設計與實現，本文分析如下。

一、基于VHF的數據通信系統硬件設計與實現

（一）數據通信系統電路的設計

基于VHF的數據通信系統硬件設計過程中，對于基礎電路的設計可以分為串口電路的設計和GMSK電路的設計兩個部分來實現。其中串口電路的設計，其核心點在于串口芯片的選型。TL16C550C與TL16C550C1是數據通信系統電路設計中常用的串口芯片類型，由于是異步通信單元基礎上進一步升級的產品，所以其功能比傳統的TL16C450字符模式具有更大的優勢。與此同時，在FIF0模式下對串口芯片進行升級，可以在實現對系統接收以及發送數據進行緩沖的基礎上，有效減輕軟件計算負荷。在GMSK電路設計過程中，確定一條數據線與DSP低八位數據線相連接，同時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電路的設計中的晶體振蕩器確定4.096MHZ。

（二）DSP設置

DSP設置主要包括數據線、地址線、控制引腳等幾個部分，按照數據通信系統設計要求，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，MP/MC與CLKMD1、CLKMD2、CLKMD3需要連接雙列直插開關排，以此來對DSP的運行方式以及時鐘頻率進行控制。設計過程中，選擇20MHZ作為DSP的晶體振蕩器。在初始化階段，要求MP/MC設置在MC，也就是處于微計算機狀態。在分頻（系統運行）模式下，需要額外接入3個LED指示燈，以此來提示程序運行的實際情況[1]。

（三）儲存器擴展設計

本次基于VHF的數據通信系統硬件設計，對于儲存器的類型選擇確定為靜態儲存器，型號為IDT71V416以及閃存Am29LV400B。其中IDT71V416主要作為256K×16的一個靜態儲存器，其應用建立在高性能、高可靠性的CMOS技術制造基礎之上，因此具備顯著的創新性思路優質，整體應用性價比相對較高，有利于更好地滿足市場對于高速儲存器的實際需求。此外，IDT71V416的全部雙向輸入、輸出端口，均支持與TTL電平實現兼容，即可以在3.3V供電電壓下完成一系列操作。

（四）電源設計

基于VHF的數據通信系統硬件設計中，對于電源的設計相對簡單。綜合考慮數據通信系統工作運行的實際需求，將輸入電壓設置為5V，提供DSP輸出電壓設置為1.8V，輸出SDP以及其他芯片供電電壓設置為3.3V。

二、基于VHF的數據通信系統軟件設計與實現

（一）上位機的軟件設計

在上位機的軟件應用設計過程中，選用的是《Visual C++/Turbo C串口通信編程實踐》中提到的串口調試助手來實現。該串口調試助手主要是專門用來對系統設計中各個串口程序展開調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試方案來實現，并且所有功能均處于界面中，所以整個上位機的功能設計與應用變得更加清晰。此外，該界面內還包括串口設置區、接受顯示區以及發送輸入區等。

（二）數據打包方法

TL16C550設置屬于字長8位停止位兩位，其緩沖區主要是14字節觸發，也就是當系統接收到14字節時會自動出現中斷。基于VHF的數據通信系統軟件設計工作中，數據打包格式確定為TQB+TQB+TDB+TSB，數據接收格式確定為SFS+RDB。其中TQB主要是指當系統連續發送4字節任務的情況，TDB指的是系統發送240bit數據塊的任務形式，TSB指的是系統發送單字節的任務形式，SFS指的是檢測幀同步任務形式，RDB指的是系統接收240bit數據塊的任務形式。為了保證系統接收和發送數據的安全性與高效性，需要在GMX909B數據塊的第18個字節額外設置有效字節數bytecnt550，其他無效字節均以0作為填充。

（三）調制解調芯片CMX909B設置

在數據通信系統軟件設計環節，調制解調芯片CMX909B設置非常關鍵。對于CMX909B的設置要求通過多個特定的可編程寄存器來實現。由于CMX909B設置中的Data Buffer屬于一類可讀寫18字節的數據緩沖區，因此大多被用于系統內DSP和CMX909B之間的數據信息傳輸。此外，數據通信系統內執行任務與啟動位同步檢測任務，需要通過設置Command Register這一方式來實現。并且最終系統的執行任務取決于4bit。

總結：

綜上所述，基于VHF的數據通信系統硬件設計與實現是一個相對復雜的過程，綜合考慮數據通信系統應用的具體需求，分別從串口傳輸、GMSK調制設計，在此基礎上通過VHF電臺發射，進行確保了數據通信系統設計與實現的科學性。同時，為了進一步提升系統的應用穩定性，還需要針對高頻干擾等問題作出分析。

參考文獻：

[1]張安安.新一代無線通信仿真系統資源建模和數據服務的設計與實現[D].北京郵電大學，2018.

[2]祁曉陽.WiFi無線通信和數據采集系統設計[J].計算機產品與流通，2017 （09）：128.