基于Z85C30的動(dòng)目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)的串行通信設(shè)計(jì)

0  引言

動(dòng)目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)(MIS)是一種能自動(dòng)識(shí)別運(yùn)動(dòng)目標(biāo)并能獲取目標(biāo)各種信息的系統(tǒng)，同時(shí)，MIS還可以幫助移動(dòng)目標(biāo)將自身信息發(fā)射給別的目標(biāo)。MIS使用的是一種開放式通信網(wǎng)絡(luò)，而且任何使用MIS的移動(dòng)目標(biāo)均無需授權(quán)，可以隨時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)在，這種系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于海事管理中的船舶識(shí)別和通訊。今后，動(dòng)目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)(MIS)的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)變得越來越廣闊。

利用動(dòng)目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)(MIS)的動(dòng)態(tài)信息(本目標(biāo)的方向、位置、速度等信息)及靜態(tài)信息(如本目標(biāo)編號(hào)和目標(biāo)名稱等信息)，再配合全球定位系統(tǒng)(GPS)，然后通過甚高頻(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(biāo)及管理中心能及時(shí)掌握目標(biāo)的動(dòng)靜態(tài)信息，同時(shí)，目標(biāo)也可以獲取這一區(qū)域內(nèi)其它動(dòng)目標(biāo)的動(dòng)靜態(tài)信息。這種系統(tǒng)可使多個(gè)動(dòng)目標(biāo)之間及時(shí)獲取對(duì)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。

1動(dòng)目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)(MIS)的關(guān)鍵技術(shù)

1.1高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程(HDLC)

MIS的數(shù)據(jù)控制采用高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程(HDLC)。HDLC是面向比特的協(xié)議，使用位填充來保證數(shù)據(jù)的透明性。HDLC規(guī)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(tǒng)的HDLC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。


數(shù)據(jù)分組中，分組應(yīng)從左向右發(fā)送。除訓(xùn)練序列以外，這一結(jié)構(gòu)應(yīng)該同普通的HDLC結(jié)構(gòu)完全一樣。采用訓(xùn)練序列的目的是為了VHF接收機(jī)進(jìn)行同步調(diào)整。開始和結(jié)束標(biāo)志采用7Eh來標(biāo)志一幀信息的開始和結(jié)束。數(shù)據(jù)部分的長(zhǎng)度為168bit，信息ID為6 bit，范圍為0～63，主要用于信息類型的標(biāo)識(shí)，也就是標(biāo)識(shí)發(fā)送臺(tái)的模式。該結(jié)構(gòu)的通信狀態(tài)包括同步類型及子信息等。幀校驗(yàn)序列FCS一般采用循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)。

1.2  TDMA協(xié)議

MIS訪問數(shù)據(jù)鏈的控制采用時(shí)分多址(TDMA)技術(shù)。根據(jù)不同的應(yīng)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(jī)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(yīng)用環(huán)境，但它們的操作是連續(xù)的、平行的。

2  串行通信控制器Z85C30簡(jiǎn)介

Z85C30芯片內(nèi)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(shù)寄存器)，兩個(gè)信道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同。

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

Z85C30芯片與MCU的數(shù)據(jù)交換能以許多方式實(shí)現(xiàn)，包括查詢、等待、中斷驅(qū)動(dòng)或DMA驅(qū)動(dòng)方式。具體采用什么方式，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的使用場(chǎng)合來進(jìn)行選擇。

Z85C30芯片可以設(shè)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(jié)同步方式。每一種工作方式的設(shè)定都應(yīng)當(dāng)按相應(yīng)的步驟來實(shí)現(xiàn)。

3  MIS中串行通信部分的硬件結(jié)構(gòu)

動(dòng)目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)(MIS)中的串行通信主要是MIS協(xié)議幀的實(shí)現(xiàn)。圖2所示是其硬件模塊的主要結(jié)構(gòu)。


圖2所示是STC89C58RD+單片機(jī)為處理器，以串行通信控制器Z85C30和GMSK調(diào)制解調(diào)器CMX589為外部電路組成的一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，可用于完成HDLC數(shù)據(jù)的打包和拆包，以及將數(shù)字信號(hào)調(diào)制成GMSK信號(hào)。

4 MIS系統(tǒng)串行通信的軟件實(shí)現(xiàn)

程序運(yùn)行的開始，都要初始化單片機(jī)，并設(shè)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處理才能使程序的執(zhí)行效率達(dá)到最高。

將Z85C30發(fā)射通道設(shè)置成雙字節(jié)同步模式，同步字節(jié)為55H，并且向發(fā)射緩沖寄存器寫入55H，便可實(shí)現(xiàn)MIS系統(tǒng)要求的訓(xùn)練序列。在這種模式下，在使能發(fā)射后，先發(fā)射同步字節(jié)，同步字節(jié)發(fā)射完成后再發(fā)射數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)射緩沖寄存器為空時(shí)，Z85C30會(huì)設(shè)置發(fā)射緩沖寄存器空標(biāo)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(xùn)練序列是否發(fā)射完畢。

要發(fā)射的數(shù)據(jù)必須符合HDLC協(xié)議中規(guī)定的幀格式，所以，在發(fā)射完訓(xùn)練序列后，還必須將Z85C30設(shè)置成HDLC模式。然后將要發(fā)射的數(shù)據(jù)寫入發(fā)射緩沖寄存器。在使能發(fā)射后，數(shù)據(jù)就會(huì)緊接著訓(xùn)練序列從發(fā)射引腳送出。由于Z85C30是以字節(jié)發(fā)射數(shù)據(jù)，所以，在中斷處理程序中必須判斷是否還需發(fā)射數(shù)據(jù)。如果需要發(fā)射數(shù)據(jù)，就應(yīng)向發(fā)射緩沖寄存器中繼續(xù)寫入數(shù)據(jù)：如果不需要，那么，當(dāng)Z85C30檢測(cè)到發(fā)射移位寄存器為空時(shí)，就會(huì)自動(dòng)在數(shù)據(jù)后面增加CRC值和結(jié)束標(biāo)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(xùn)練序列，因?yàn)橛?xùn)練序列用于接收機(jī)同步。Z85C30的接收通道可以直接設(shè)置成HDLC模式，在其接收到起始標(biāo)志后，就意味著后面緊接著接收的就是數(shù)據(jù)。如果Z85C30設(shè)置了接收中斷，那么，當(dāng)數(shù)據(jù)接收寄存器中數(shù)據(jù)寫滿時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生接收中斷，中斷處理程序就應(yīng)將數(shù)據(jù)讀出，以消除中斷狀態(tài)。接收完數(shù)據(jù)后，緊接著應(yīng)該接收CRC值。Z85C30可將16位CRC值以接收數(shù)據(jù)的方式接收，但Z85C30會(huì)自動(dòng)對(duì)比接收的CRC值和計(jì)算的CRC值，如果兩值不一致，就會(huì)設(shè)置CRC錯(cuò)誤位。當(dāng)Z85C30在數(shù)據(jù)流中接收到結(jié)束標(biāo)志時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生幀結(jié)束中斷。因此，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，程序應(yīng)該在幀結(jié)束中斷中判斷CRC是否正確，以便確定是否應(yīng)當(dāng)保留剛接收的一幀數(shù)據(jù)。

Z85C30有兩個(gè)通道，每個(gè)通道可以發(fā)送，也可以接收數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)的拆包只是數(shù)據(jù)打包的逆過程，并且Z85C30也支持HDLC幀數(shù)據(jù)的拆包，所以，在此只介紹如何進(jìn)行數(shù)據(jù)打包。將打包的數(shù)據(jù)發(fā)給GMSK調(diào)制解調(diào)器CMX589，就可以得到很好的GMSK信號(hào)，這樣，GMSK信號(hào)就可以由高頻板調(diào)制發(fā)射出去，以便和其他臺(tái)站實(shí)現(xiàn)通信。本系統(tǒng)的軟件流程如圖3所示。


5實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在對(duì)本文所介紹的設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以發(fā)送具有21個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包。圖4所示是其部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果波形。


6結(jié)束語

目前，筆者在特定的硬件平臺(tái)基礎(chǔ)上，已經(jīng)基本上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)的通信功能?？梢韵嘈?，在不遠(yuǎn)的將來，隨著海上移動(dòng)目標(biāo)的越來越多，今后的動(dòng)目標(biāo)識(shí)別應(yīng)用也將變得越來越重要.