对基于VHF的数据通信系统的研究与实现探讨

苏宁 朱义昆 代雅婷 陈俊

摘要：本次基于VHF的数据通信系统的设计与实现主要分为两部分展开，其中系统硬件部分主要涉及数据通信系统电路的设计、DSP设置、储存器扩展设计以及电源设计四个方面，软件部分主要包括上位机的软件设计、数据打包方法以及调制解调芯片CMX909B设置几个部分。

关键词：VHF;数据通信系统;电路设计

前言：

现阶段海上通信系统一般包括卫星通信、单边带以及甚高频（VHF）几个部分，其中VHF通信系统凭借自身设备结构简单、通信费用低以及带宽宽等一系列优势特征，在数据通信系统设计中的应用范围不断扩大，其应用价值也逐渐凸显出来。为了深入探究基于VHF的数据通信系统硬件设计与实现，本文分析如下。

一、基于VHF的数据通信系统硬件设计与实现

（一）数据通信系统电路的设计

基于VHF的数据通信系统硬件设计过程中，对于基础电路的设计可以分为串口电路的设计和GMSK电路的设计两个部分来实现。其中串口电路的设计，其核心点在于串口芯片的选型。TL16C550C与TL16C550C1是数据通信系统电路设计中常用的串口芯片类型，由于是异步通信单元基础上进一步升级的产品，所以其功能比传统的TL16C450字符模式具有更大的优势。与此同时，在FIF0模式下对串口芯片进行升级，可以在实现对系统接收以及发送数据进行缓冲的基础上，有效减轻软件计算负荷。在GMSK电路设计过程中，确定一条数据线与DSP低八位数据线相連接，同时在编程寄存器选择过程中，需要综合考虑片选信号线CSN和地址线。GMSK电路的设计中的晶体振荡器确定4.096MHZ。

（二）DSP设置

DSP设置主要包括数据线、地址线、控制引脚等几个部分，按照数据通信系统设计要求，将控制引脚MSTRB、PS、IS以及DS等输入到CPLD中以供译码使用。与此同时，MP/MC与CLKMD1、CLKMD2、CLKMD3需要连接双列直插开关排，以此来对DSP的运行方式以及时钟频率进行控制。设计过程中，选择20MHZ作为DSP的晶体振荡器。在初始化阶段，要求MP/MC设置在MC，也就是处于微计算机状态。在分频（系统运行）模式下，需要额外接入3个LED指示灯，以此来提示程序运行的实际情况[1]。

（三）储存器扩展设计

本次基于VHF的数据通信系统硬件设计，对于储存器的类型选择确定为静态储存器，型号为IDT71V416以及闪存Am29LV400B。其中IDT71V416主要作为256K×16的一个静态储存器，其应用建立在高性能、高可靠性的CMOS技术制造基础之上，因此具备显著的创新性思路优质，整体应用性价比相对较高，有利于更好地满足市场对于高速储存器的实际需求。此外，IDT71V416的全部双向输入、输出端口，均支持与TTL电平实现兼容，即可以在3.3V供电电压下完成一系列操作。

（四）电源设计

基于VHF的数据通信系统硬件设计中，对于电源的设计相对简单。综合考虑数据通信系统工作运行的实际需求，将输入电压设置为5V，提供DSP输出电压设置为1.8V，输出SDP以及其他芯片供电电压设置为3.3V。

二、基于VHF的数据通信系统软件设计与实现

（一）上位机的软件设计

在上位机的软件应用设计过程中，选用的是《Visual C++/Turbo C串口通信编程实践》中提到的串口调试助手来实现。该串口调试助手主要是专门用来对系统设计中各个串口程序展开调试操作的一类工具软件[2]。其中使用该软件平台中的Windows 9X/NT/2003/XP，2.2版本程序，可以将其借助三线制串口调试方案来实现，并且所有功能均处于界面中，所以整个上位机的功能设计与应用变得更加清晰。此外，该界面内还包括串口设置区、接受显示区以及发送输入区等。

（二）数据打包方法

TL16C550设置属于字长8位停止位两位，其缓冲区主要是14字节触发，也就是当系统接收到14字节时会自动出现中断。基于VHF的数据通信系统软件设计工作中，数据打包格式确定为TQB+TQB+TDB+TSB，数据接收格式确定为SFS+RDB。其中TQB主要是指当系统连续发送4字节任务的情况，TDB指的是系统发送240bit数据块的任务形式，TSB指的是系统发送单字节的任务形式，SFS指的是检测帧同步任务形式，RDB指的是系统接收240bit数据块的任务形式。为了保证系统接收和发送数据的安全性与高效性，需要在GMX909B数据块的第18个字节额外设置有效字节数bytecnt550，其他无效字节均以0作为填充。

（三）调制解调芯片CMX909B设置

在数据通信系统软件设计环节，调制解调芯片CMX909B设置非常关键。对于CMX909B的设置要求通过多个特定的可编程寄存器来实现。由于CMX909B设置中的Data Buffer属于一类可读写18字节的数据缓冲区，因此大多被用于系统内DSP和CMX909B之间的数据信息传输。此外，数据通信系统内执行任务与启动位同步检测任务，需要通过设置Command Register这一方式来实现。并且最终系统的执行任务取决于4bit。

总结：

综上所述，基于VHF的数据通信系统硬件设计与实现是一个相对复杂的过程，综合考虑数据通信系统应用的具体需求，分别从串口传输、GMSK调制设计，在此基础上通过VHF电台发射，进行确保了数据通信系统设计与实现的科学性。同时，为了进一步提升系统的应用稳定性，还需要针对高频干扰等问题作出分析。

参考文献：

[1]张安安.新一代无线通信仿真系统资源建模和数据服务的设计与实现[D].北京邮电大学，2018.

[2]祁晓阳.WiFi无线通信和数据采集系统设计[J].计算机产品与流通，2017 （09）：128.