基于一種動(dòng)目標識別系統的串行通信設計

0  引言
    動(dòng)目標識別系統(MIS)是一種能自動(dòng)識別運動(dòng)目標并能獲取目標各種信息的系統，同時(shí)，MIS還可以幫助移動(dòng)目標將自身信息發(fā)射給別的目標。MIS使用的是一種開(kāi)放式通信網(wǎng)絡(luò )，而且任何使用MIS的移動(dòng)目標均無(wú)需授權，可以隨時(shí)接入網(wǎng)絡(luò )�，F在，這種系統已經(jīng)應用于海事管理中的船舶識別和通訊。今后，動(dòng)目標識別系統(MIS)的應用領(lǐng)域會(huì )變得越來(lái)越廣闊。

　　利用動(dòng)目標識別系統(MIS)的動(dòng)態(tài)信息(本目標的方向、位置、速度等信息)及靜態(tài)信息(如本目標編號和目標名稱(chēng)等信息)，再配合全球定位系統(GPS)，然后通過(guò)甚高頻(VHF)信道向附近的一定范圍及管理中心進(jìn)行廣播，使鄰近的動(dòng)目標及管理中心能及時(shí)掌握目標的動(dòng)靜態(tài)信息，同時(shí)，目標也可以獲取這一區域內其它動(dòng)目標的動(dòng)靜態(tài)信息。這種系統可使多個(gè)動(dòng)目標之間及時(shí)獲取對方信息并可立刻互相通訊，以便在必要的時(shí)候采取必要行動(dòng)，避免各種事故的發(fā)生。電阻計 | 電池測試儀 | 酸堿度計 | 折射儀 | 傳感器 | 采樣儀 | 多用表 | 粗糙度儀 | 粘度計 | 糖度計 | 測高儀 | 彈簧鉗 | 電力分析儀 | 露點(diǎn)儀 | 變送器 | 折射計 | 無(wú)紙記錄儀 |

　　1動(dòng)目標識別系統(MIS)的關(guān)鍵技術(shù)

　　1.1高級數據鏈路控制規程(HDLC)

　　MIS的數據控制采用高級數據鏈路控制規程(HDLC)。HDLC是面向比特的協(xié)議，使用位填充來(lái)保證數據的透明性。HDLC規程具有透明傳輸、控制簡(jiǎn)單、可靠性高、傳輸效率高的特點(diǎn)，因而具有極大的靈活性。圖1所示是MIS系統的HDLC數據結構。

　　數據分組中，分組應從左向右發(fā)送。除訓練序列以外，這一結構應該同普通的HDLC結構完全一樣。采用訓練序列的目的是為了VHF接收機進(jìn)行同步調整。開(kāi)始和結束標志采用7Eh來(lái)標志一幀信息的開(kāi)始和結束。數據部分的長(cháng)度為168bit，信息ID為6 bit，范圍為0～63，主要用于信息類(lèi)型的標識，也就是標識發(fā)送臺的模式。該結構的通信狀態(tài)包括同步類(lèi)型及子信息等。幀校驗序列FCS一般采用循環(huán)冗余校驗(CRC)。

　　1.2  TDMA協(xié)議

　　MIS訪(fǎng)問(wèn)數據鏈的控制采用時(shí)分多址(TDMA)技術(shù)。根據不同的應用和操作模式，可采用不同的四種TDMA協(xié)議，包括SOTDMA(Self-or-ganized TDMA自組織時(shí)分多址)、ITDMA (Incre-ment TDMA增量時(shí)分多址)、RATDMA(RandomAccess TDMA隨機接入時(shí)分多址)、FATDMA(Fixed Access TDMA固定接人時(shí)分多址)。這四種協(xié)議可以適用不同的應用環(huán)境，但它們的操作是連續的、平行的。

　　2  串行通信控制器Z85C30簡(jiǎn)介

　　Z85C30芯片內部有兩個(gè)完全分離的信道(信道A和信道B)，每個(gè)信道都有15個(gè)控制寄存器(包括發(fā)射緩存器、2個(gè)同步字寄存器和2個(gè)波特率定時(shí)常數寄存器)，兩個(gè)信道的內部結構基本相同。

　　對寄存器的讀寫(xiě)操作一般需要一次寫(xiě)操作和一次讀(寫(xiě))操作。其中第1次寫(xiě)操作是給寄存器WRO賦值，以使其指向需要讀寫(xiě)的寄存器。第2次(讀)寫(xiě)操作才是對需要讀寫(xiě)的寄存器進(jìn)行的操作。Z85C30芯片復雜的功能就是建立在對這些寄存器的不同初始化的基礎上的。

　　Z85C30芯片與MCU的數據交換能以許多方式實(shí)現，包括查詢(xún)、等待、中斷驅動(dòng)或DMA驅動(dòng)方式。具體采用什么方式，應當根據不同的使用場(chǎng)合來(lái)進(jìn)行選擇。

　　Z85C30芯片可以設置為4種工作模式，包括同步方式、異步方式、HDLC方式以及面向字節同步方式。每一種工作方式的設定都應當按相應的步驟來(lái)實(shí)現。

　　3  MIS中串行通信部分的硬件結構

　　動(dòng)目標識別系統(MIS)中的串行通信主要是MIS協(xié)議幀的實(shí)現。圖2所示是其硬件模塊的主要結構。

　　圖2所示是STC89C58RD+單片機為處理器，以串行通信控制器Z85C30和GMSK調制解調器為外部電路組成的一個(gè)嵌入式系統，可用于完成HDLC數據的打包和拆包，以及將數字信號調制成GMSK信號。

　4 MIS系統串行通信的軟件實(shí)現

　　程序運行的開(kāi)始，都要初始化單片機，并設置中斷和初始化串口。Z85C30的各種狀態(tài)都使用中斷處理程序來(lái)處理才能使程序的執行效率達到最高。

　　將Z85C30發(fā)射通道設置成雙字節同步模式，同步字節為55H，并且向發(fā)射緩沖寄存器寫(xiě)入55H，便可實(shí)現MIS系統要求的訓練序列。在這種模式下，在使能發(fā)射后，先發(fā)射同步字節，同步字節發(fā)射完成后再發(fā)射數據。當發(fā)射緩沖寄存器為空時(shí)，Z85C30會(huì )設置發(fā)射緩沖寄存器空標志位，如果Z85C30允許發(fā)射中斷，這時(shí)就可產(chǎn)生中斷。在中斷處理程序中可以判斷訓練序列是否發(fā)射完畢。

　　要發(fā)射的數據必須符合HDLC協(xié)議中規定的幀格式，所以，在發(fā)射完訓練序列后，還必須將Z85C30設置成HDLC模式。然后將要發(fā)射的數據寫(xiě)入發(fā)射緩沖寄存器。在使能發(fā)射后，數據就會(huì )緊接著(zhù)訓練序列從發(fā)射引腳送出。由于Z85C30是以字節發(fā)射數據，所以，在中斷處理程序中必須判斷是否還需發(fā)射數據。如果需要發(fā)射數據，就應向發(fā)射緩沖寄存器中繼續寫(xiě)入數據：如果不需要，那么，當Z85C30檢測到發(fā)射移位寄存器為空時(shí)，就會(huì )自動(dòng)在數據后面增加CRC值和結束標志。

　　Z85C30接收通道的初始化和發(fā)射通道不一樣，它不需要考慮接收訓練序列，因為訓練序列用于接收機同步。Z85C30的接收通道可以直接設置成HDLC模式，在其接收到起始標志后，就意味著(zhù)后面緊接著(zhù)接收的就是數據。如果Z85C30設置了接收中斷，那么，當數據接收寄存器中數據寫(xiě)滿(mǎn)時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生接收中斷，中斷處理程序就應將數據讀出，以消除中斷狀態(tài)。接收完數據后，緊接著(zhù)應該接收CRC值。Z85C30可將16位CRC值以接收數據的方式接收，但Z85C30會(huì )自動(dòng)對比接收的CRC值和計算的CRC值，如果兩值不一致，就會(huì )設置CRC錯誤位。當Z85C30在數據流中接收到結束標志時(shí)，它會(huì )產(chǎn)生幀結束中斷。因此，在軟件設計時(shí)，程序應該在幀結束中斷中判斷CRC是否正確，以便確定是否應當保留剛接收的一幀數據。

　　Z85C30有兩個(gè)通道，每個(gè)通道可以發(fā)送，也可以接收數據。由于數據的拆包只是數據打包的逆過(guò)程，并且Z85C30也支持HDLC幀數據的拆包，所以，在此只介紹如何進(jìn)行數據打包。將打包的數據發(fā)給GMSK調制解調器，就可以得到很好的GMSK信號，這樣，GMSK信號就可以由高頻板調制發(fā)射出去，以便和其他臺站實(shí)現通信。本系統的軟件流程如圖3所示。

　　5實(shí)驗結果

　　在對本文所介紹的設計進(jìn)行實(shí)驗時(shí)，可以發(fā)送具有21個(gè)字節數據的數據包。圖4所示是其部分實(shí)驗結果波形。

　　6結束語(yǔ)

　　目前，筆者在特定的硬件平臺基礎上，已經(jīng)基本上實(shí)現了自動(dòng)目標識別系統的通信功能�？梢韵嘈�，在不遠的將來(lái)，隨著(zhù)海上移動(dòng)目標的越來(lái)越多，今后的動(dòng)目標識別應用也將變得越來(lái)越重要。