基于GPS-OEM的GPS定位終端系統(tǒng)設計

1、基于GPS-OE啲GPS定位終端系統(tǒng)設計摘要：本文對基于gps-oem板的gps定位系統(tǒng)整個硬件電路的設計作了詳細的描述。硬件系統(tǒng)主要包括以下幾個模塊：s3c44b0x基本工作電路，串口電路，存儲器電路，jtag調試電路和gps接口電路。論文首先進行了總體方案介紹，然后分別對主要電路模塊進行詳細介紹，包括模塊功能、芯片選擇以及管腳連接方式，并分別給出實際的電路原理圖。最后對整個硬件調試過程做了概述。關鍵詞：gpsoemgps定位終端*基金項目：中央高校基本科研業(yè)務費專項資金資助（編號2010-iv-036）本文采用gps-oem板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的gps接收機接收衛(wèi)星導航信號。首先根據(jù)需要對oem板進

2、行初始化設計，即讓oem板工作在設定工作模式下，捕獲并跟蹤待測衛(wèi)星，對接收到的信號進行變換、放大和處理，測量出gps信號從衛(wèi)星到接收天線的傳播時間并解譯出gps衛(wèi)星所發(fā)送的導航電文，最后實時解算出測量站的三維位置、速度和時間等數(shù)據(jù)信息。再經(jīng)oem板標準i/o口輸出該串行定位數(shù)據(jù)（nmea-0183格式）。然后由微處理器arm單片機串行口對前向通道傳送來的串行信號（經(jīng)度、緯度）進行接收、校驗、顯示、存儲等。即通過所編制的單片機軟件程序實現(xiàn)對所接收的數(shù)據(jù)進行讀取、判斷、運算等一系列處理，以及對本身工作參數(shù)的設定，最后將最終處理數(shù)據(jù)送到輸出端口、控制外圍驅動電路及上位pc機通訊。上位機信息處理系統(tǒng)用

3、于人機交互，存儲數(shù)據(jù)形成歷史記錄，以供需要時調用參考或其它咼端處理等。本系統(tǒng)硬件接口元件包括：thales(泰雷茲)公司生產(chǎn)的ac12gps-oem板、arm7為核心技術的微處理器三星s3c44b0x、rs232接口芯片max232電源專用芯片、大功率驅動芯片、flashrom、sram擴展芯片及其他外圍輔助芯片等。整個系統(tǒng)硬件包含以下幾個部分：s3c44b0x基本工作電路，串口電路，存儲器電路，gps接口電路。此外該硬件系統(tǒng)還預留了usb接口，a/d轉換接口及網(wǎng)卡口，這些接口是留給以后按需要作功能擴展時用。以下分別對各個電路模塊的設計與實現(xiàn)進行詳細闡述。1s3c44b0x基本工作電路與存儲模

4、式選擇本系統(tǒng)的核心控制單片機芯片，采用的是arm7tdmi系列三星s3c44box。以下簡稱44b0。44b0共160只引腳，采用lqfp圭寸裝，盡管引腳較多，但根據(jù)各自的功能，分布很有規(guī)律，主要有電源、地、地址總線、數(shù)據(jù)總線和通用i/o口，以及一些專用模塊的接口，如lcd,uart,iic,iis,dma,jtag等；s3c44box的引腳類型分為三類，即輸入(i)、輸出(o)、輸入/輸出(i/0),輸出類型的引腳主要用于對外設的控制或通訊，由s3c44box主動發(fā)出，這些引腳的連接不會對s3c44box自身的運行有太大的影響，輸入/輸出類型的引腳主要是s3c44box與外設的雙向數(shù)據(jù)傳輸通

5、道，輸入類型的引腳用于外設信號的輸入，某些輸入類型的引腳，其電平信號的設置是s3c44box本身正常工作的前提，在系統(tǒng)設計是必須小心處理。s3c44box的主要控制信號如下endian:大、小端模式選擇引腳。高電平二大端模式，低電平二小端模式；om1:0:在生產(chǎn)時設置s3c44box的測試模式，在工作時確定ngcsO的總線寬度，其邏輯電平在復位期間由其管腳上拉和下拉電阻確定，其中：00：8bit；01：16bit；10：32bit；11：testmodeom3:2:確定時鐘模式，模式為：00：crystal（連xtalo,extalo）,pll（鎖相環(huán)）on;01:連extclk，接外部時鐘，

6、pllon；10,11:系統(tǒng)測試模式；在系統(tǒng)硬件電路設計中，以上om3:0這幾個控制引腳的具體連接方式如圖1所示。圖144b0om3:0控制模式電路圖按圖1的電路連接方式，則om1:0為01，表示ngcs0總線寬度為16bit，om3:2為00,表示接系統(tǒng)時鐘，且pll打開;xtalo,extalo接系統(tǒng)時鐘晶振，xtal1,extali接32khz的rtc（實時時鐘）。在實際系統(tǒng)中在系統(tǒng)中s3c44box使用兩個無源晶振，一個用于實時時鐘，頻率為32mhz,另一個用于pll電路，頻率為10mhz經(jīng)pll電路倍頻后，最高可以達到66mhz2串口電路幾乎所有的微控制器、pc都提供串行接口，使用電

7、子工業(yè)協(xié)會(eia)推薦的rs-232c標準，這是一種很常用的串行數(shù)據(jù)傳輸總線標準。rs-232c標準采用的接口是9芯或25芯的d型插頭，9芯d型插頭較常用。要完成最基本的串行通信功能，實際上只需要rxd,txd和gnd即可，但由于rs-232c標準所定義的高、低電平信號與arm單片機的ttl電路所定義的高、低電平信號完全不同，ttl的標準邏輯“1”對應2v3.3v電平，標準邏輯“0”對應0v0.4v電平，而rs-232c標準采用負邏輯方式，標準邏輯“T對應-5v-15v電平，標準邏輯“0”對應+5v+15v電平，顯然，兩者間要進行通信必須經(jīng)過信號電平的轉換，目前常使用的電平轉換電路。由于本電

8、路硬件系統(tǒng)所用的芯片均為貼片式，顧將雙列直插式max232芯片換成相對應的貼片式芯片max3232考慮系統(tǒng)的輕巧便捷，采用9芯的d型插頭，同時設計數(shù)據(jù)發(fā)送與接收的狀態(tài)指示led,當有數(shù)據(jù)通過串行口傳輸時，led閃爍，便于掌握其工作狀態(tài)以及進行軟、硬件的調試。本系統(tǒng)有兩個串口，一個用于和gps模塊通訊，接收gps數(shù)據(jù)信號；另一個和pc機通訊，用于系統(tǒng)調試、狀態(tài)設置及存儲數(shù)據(jù)等。3存儲器電路存儲器電路主要存儲芯片采用了flashrom和sdram。與flash存儲器相比較，sdram不具有掉電保持數(shù)據(jù)的特性，但其存儲速度大大高于flash存儲器，且具有讀/寫的屬性。因此，sdram在系統(tǒng)中的作用主

9、要用作程序的運行空間、數(shù)據(jù)及堆棧。當系統(tǒng)啟動時，cpu首先從復位地址0x0處讀取啟動代碼，在完成系統(tǒng)的初始化后，將程序代碼調入sdram中運行，以提高系統(tǒng)的運行速度。同時，系統(tǒng)及用戶堆棧、運行數(shù)據(jù)也都放在sdram中。flash存儲器是一種可在系統(tǒng)(in-system)進行電擦寫，掉電后信息不丟失的存儲器。它具有低功耗、大容量、擦寫速度快、可整片或分扇區(qū)在系統(tǒng)編程(燒寫)、擦除等特點，并且可由內(nèi)部嵌入的算法完成對芯片的操作，因而在各種嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，作為一種非易失性存儲器，falsh在系統(tǒng)中通常用于存放程序代碼、常量表以及一些在系統(tǒng)掉電后需要保存的用戶數(shù)據(jù)等。常用的flash為8

10、位或16位的數(shù)據(jù)寬度，編程電壓為單3.3v，主要廠商為atmel,amd,hyundai等，他們生產(chǎn)的同型器件一般具有相同電氣特性和封裝形式，可通用。本系統(tǒng)選用一片flash存儲器芯片己足夠，其容量為2mflash存儲器在系統(tǒng)中用于存放程序代碼，系統(tǒng)上電或復位后要從此獲取指令并開始執(zhí)行，我們將它配置到s3c44box的bank0，即將s3c44box的nrcs0接至hy29lv160的ce片選端。oe端接s3c44box的noe;we端接s3c44box的nwbe地址總線a19-a0與s3c44box的地址總線addr20-addr1相連；16位數(shù)據(jù)總線dq15-dq0與s3c44box的數(shù)據(jù)

11、總線data15-data0相連。4gps接口電路4.1oem板ac12基本描述gps電路的目標主要是獲得gps數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)中通過gps模塊實現(xiàn)該功能。gps模塊采用thales（泰雷茲）導航定位公司的ac12gps-oem板。如圖2所示。該型號oem板為12通道，c/a碼，11頻段的gps信號接收模塊，尺寸為40X61.2X13.3mm（1.58X2.41X0.52英寸），重量（包括屏蔽盒）1.6盎司（45.4g）,具有咼性能低功耗等眾多優(yōu)點，其技術指標如下：接口特性rs-232輸出，輸入可為rs-232或者具有rs-232極性的ttl電平?？蛇x波特率為300,600,1200,2400,

12、4800,9600,19200,38400。串口1接口協(xié)議：輸出：nmea0183版本2.00或3.00（可選）的ascii碼語句，包括gpalm,gpgga,gpgll,gpgsa,gpgsv,gprmc,gpvtg（nmea標準語句）；pgrmb,pgrme,pgrmf,pgrmmpgrmt,pgrmv（garmin定義的語句）。還可以將串口1設置為輸出包括gps載波相位數(shù)據(jù)的二進制數(shù)據(jù)。輸入：初始位置、時間、秒脈沖狀態(tài)、差分模式、nmea輸出間隔等設置信息。串口2接口協(xié)議：輸入：實時差分改正數(shù)據(jù)（rtcmsc-104信息類型1,2,3,7,9）秒脈沖pps特性：1hz,脈寬可調，精度士1

13、微秒。環(huán)境特性操作溫度：-30°c到+70c（-22°fto158f）存儲溫度：-40°c到+85°c（-40°fto185°f）4.2ac12接口設計ac12的gpsoem板從硬件和軟件上都十分易于使用，非常適合做系統(tǒng)集成。與gps系統(tǒng)的通訊可以通過rs232或cmos電平的串行口來實現(xiàn)，本系統(tǒng)采用rs232串行通訊。該模塊(garmin15l)外有8根裸線提供給用戶，用戶可按照自己的開發(fā)意向集成使用。其中主要管腳是電源、地和串口引腳，電源采用5v，數(shù)據(jù)通過串口傳輸，在系統(tǒng)中我按照規(guī)定的引腳定義和使用規(guī)則下共焊接了兩個串口，串口1用于和cpu通訊(s3c44b0x單片機或pc機)串口2連線方式與串口1一樣，用于差分dgps定位時接收通訊鏈(本文采用trimble公司的trimmark3數(shù)