基于GPS-OEM的GPS定位终端系统设计

摘 要：本文对基于GPS-OEM板的GPS定位系统整个硬件电路的设计作了详细的描述。硬件系统主要包括以下几个模块：S3C44B0X基本工作电路，串口电路，存储器电路，JTAG调试电路和GPS接口电路。论文首先进行了总体方案介绍，然后分别对主要电路模块进行详细介绍，包括模块功能、芯片选择以及管脚连接方式，并分别给出实际的电路原理图。最后对整个硬件调试过程做了概述。

关键词：GPS－OEMGPS 定位终端

中图分类号：TP3文献标识码：A文章编号：1674-098X(2011)12(a)-0000-00

*基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助（编号2010-Ⅳ-036）

本文采用GPS-OEM板代替传统的GPS接收机接收卫星导航信号。首先根据需要对OEM板进行初始化设计，即让OEM板工作在设定工作模式下，捕获并跟踪待测卫星，对接收到的信号进行变换、放大和处理，测量出GPS信号从卫星到接收天线的传播时间并解译出GPS卫星所发送的导航电文，最后实时解算出测量站的三维位置、速度和时间等数据信息。再经OEM板标准I/O口输出该串行定位数据（NMEA-0183格式）。然后由微处理器ARM单片机串行口对前向通道传送来的串行信号（经度、纬度）进行接收、校验、显示、存储等。即通过所编制的单片机软件程序实现对所接收的数据进行读取、判断、运算等一系列处理，以及对本身工作参数的设定，最后将最终处理数据送到输出端口、控制外围驱动电路及上位PC机通讯。上位机信息处理系统用于人机交互，存储数据形成历史记录，以供需要时调用参考或其它高端处理等。

本系统硬件接口元件包括： THALES（泰雷兹）公司生产的AC12 GPS-OEM板、ARM7为核心技术的微处理器三星S3C44B0X、、RS232接口芯片MAX232、电源专用芯片、大功率驱动芯片、FLASH ROM、SRAM扩展芯片及其他外围辅助芯片等。

整个系统硬件包含以下几个部分：S3C44B0X基本工作电路，串口电路，存储器电路， GPS接口电路。此外该硬件系统还预留了USB接口，A/D转换接口及网卡口，这些接口是留给以后按需要作功能扩展时用。以下分别对各个电路模块的设计与实现进行详细阐述。

1 S3C44B0X基本工作电路与存储模式选择

本系统的核心控制单片机芯片，采用的是ARM7TDMI系列三星S3C44BOX。以下简称44B0。44B0共160只引脚，采用LQFP封装，尽管引脚较多，但根据各自的功能，分布很有规律，主要有电源、地、地址总线、数据总线和通用I/O口，以及一些专用模块的接口，如LCD,UART,IIC,IIS,DMA,JTAG等；S3C44BOX的引脚类型分为三类，即输入(I)、输出(O)、输入/输出(I/0),输出类型的引脚主要用于对外设的控制或通讯，由S3C44BOX主动发出，这些引脚的连接不会对S3C44BOX自身的运行有太大的影响，输入/输出类型的引脚主要是S3C44BOX与外设的双向数据传输通道，输入类型的引脚用于外设信号的输入，某些输入类型的引脚，其电平信号的设置是S3C44BOX本身正常工作的前提，在系统设计是必须小心处理。

S3C44BOX的主要控制信号如下:

ENDIAN：大、小端模式选择引脚。高电平=大端模式，低电平=小端模式；

OM[1:0]：在生产时设置S3C44BOX的测试模式，在工作时确定nGCS0的总线宽度，其逻辑电平在复位期间由其管脚上拉和下拉电阻确定，其中：

00：8 bit；

01：16 bit；

10：32 bit；

11：Test mode

OM[3:2]：确定时钟模式，模式为:

00：Crystal(连XTALO,EXTALO),PLL(锁相环)ON；

01：连EXTCLK，接外部时钟，PLLON；

10,11：系统测试模式；

在系统硬件电路设计中，以上OM[3：0]这几个控制引脚的具体连接方式如图1所示。

图1 44B0 OM[3：0]控制模式电路图

按图1的电路连接方式，则OM[1:0」为01，表示nGCS0总线宽度为16 bit，OM[3:2]为00，表示接系统时钟，且PLL打开;XTALO,EXTALO接系统时钟晶振，XTAL1,EXTALI接32KHz的RTC(实时时钟)。在实际系统中在系统中S3C44BOX使用两个无源晶振，一个用于实时时钟，频率为32MHz,另一个用于PLL电路，频率为10MHz，经PLL电路倍频后，最高可以达到66MHz。

2 串口电路

几乎所有的微控制器、PC都提供串行接口，使用电子工业协会(EIA)推荐的RS-232C标准，这是一种很常用的串行数据传输总线标准。RS-232C标准采用的接口是9芯或25芯的D型插头，9芯D型插头较常用。要完成最基本的串行通信功能，实际上只需要RXD,TXD和GND即可，但由于RS-232C标准所定义的高、低电平信号与ARM单片机的TTL电路所定义的高、低电平信号完全不同，TTL的标准逻辑“1”对应2V～3.3V电平，标准逻辑“0”对应0V～0.4V电平，而RS-232C标准采用负逻辑方式，标准逻辑“1”对应-5V~-15V电平，标准逻辑“0”对应+5V～+15V电平，显然，两者间要进行通信必须经过信号电平的转换，目前常使用的电平转换电路。由于本电路硬件系统所用的芯片均为贴片式，顾将双列直插式MAX232芯片换成相对应的贴片式芯片MAX3232。考虑系统的轻巧便捷，采用9芯的D型插头，同时设计数据发送与接收的状态指示LED,当有数据通过串行口传输时，LED闪烁，便于掌握其工作状态以及进行软、硬件的调试。本系统有两个串口，一个用于和GPS模块通讯，接收GPS数据信号；另一个和PC机通讯，用于系统调试、状态设置及存储数据等。

3 存储器电路

存储器电路主要存储芯片采用了FLASH ROM和SDRAM。与FLASH存储器相比较，SDRAM不具有掉电保持数据的特性，但其存储速度大大高于FLASH存储器，且具有读/写的属性。因此，SDRAM在系统中的作用主要用作程序的运行空间、数据及堆栈。当系统启动时，CPU首先从复位地址0X0处读取启动代码，在完成系统的初始化后，将程序代码调入SDRAM中运行，以提高系统的运行速度。同时，系统及用户堆栈、运行数据也都放在SDRAM中。

FLASH存储器是一种可在系统(In-System)进行电擦写，掉电后信息不丢失的存储器。它具有低功耗、大容量、擦写速度快、可整片或分扇区在系统编程(烧写)、擦除等特点，并且可由内部嵌入的算法完成对芯片的操作，因而在各种嵌入式系统中得到了广泛的应用，作为一种非易失性存储器，FALSH在系统中通常用于存放程序代码、常量表以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据等。常用的FLASH为8位或16位的数据宽度，编程电压为单3.3V，主要厂商为ATMEL,AMD,HYUNDAI等，他们生产的同型器件一般具有相同电气特性和封装形式，可通用。

本系统选用一片FLASH存储器芯片己足够，其容量为2M。FLASH存储器在系统中用于存放程序代码，系统上电或复位后要从此获取指令并开始执行，我们将它配置到S3C44BOX的BANK0，即将S3C44BOX的nRCS0接至HY29LV160的CE片选端。OE端接S3C44BOX的nOE；WE端接S3C44BOX的nWBE；地址总线[A19-A0]与S3C44BOX的地址总线[ADDR20-ADDR1]相连；16位数据总线[DQ15-DQ0]与S3C44BOX的数据总线[DATA15-DATA0]相连。

4 GPS接口电路

4.1 OEM板AC12基本描述

GPS电路的目标主要是获得GPS数据信息，系统中通过GPS模块实现该功能。GPS模块采用THALES(泰雷兹)导航定位公司的AC12 GPS-OEM板。如图2所示。

该型号OEM板为12通道，C/A码，L1频段的GPS信号接收模块, 尺寸为40×61.2× 13.3 mm (1.58×2.41×0.52 英寸)，重量(包括屏蔽盒)1.6 盎司 (45.4g),具有高性能低功耗等众多优点，其技术指标如下：

接口特性

RS-232输出，输入可为RS-232或者具有RS-232极性的TTL电平。可选波特率为300，600，1200，2400，4800，9600，19200，38400。串口1接口协议：输出：NMEA0183版本2.00或3.00（可选）的ASCII码语句，包括GPALM，GPGGA，GPGLL，GPGSA，GPGSV，GPRMC，GPVTG（NMEA标准语句）；PGRMB，PGRME，PGRMF，PGRMM，PGRMT，PGRMV（GARMIN定义的语句）。还可以将串口1设置为输出包括GPS载波相位数据的二进制数据。输入：初始位置、时间、秒脉冲状态、差分模式、NMEA输出间隔等设置信息。串口2接口协议：输入：实时差分改正数据（RTCM SC-104信息类型1，2，3，7，9）秒脉冲PPS特性：1Hz，脉宽可调，精度±1微秒。

环境特性

操作温度 :–30°C 到 +70°C (–22°F to 158°F)

存储温度 :–40°C 到 +85°C (–40°F to 185°F)

4.2 AC12接口设计

AC12的GPS－OEM板从硬件和软件上都十分易于使用，非常适合做系统集成。与GPS系统的通讯可以通过RS232或CMOS电平的串行口来实现,本系统采用RS232串行通讯。

该模块（GARMIN15L）外有8根裸线提供给用户，用户可按照自己的开发意向集成使用。其中主要管脚是电源、地和串口引脚，电源采用5V，数据通过串口传输，在系统中我按照规定的引脚定义和使用规则下共焊接了两个串口，串口1用于和CPU通讯（S3C44B0X单片机或PC机）串口2连线方式与串口1一样，用于差分DGPS定位时接收通讯链（本文采用Trimble公司的Trimmark3数传电台）传过来的差分校正信息。

参考文献

[1] 王惠南.GPS导航原理与应用.北京:科学出版社.2003年8月.

[2] Jorgensen P S.An Access of Ionospheric Effects on the User.Journal of the Institute of Navigation,2009,1(2):45-48.

[3] 何光林,马宝华.计算机与GPS-OEM板之间的通讯研究.探测与控制学报.2010,24(2):54-57

推荐访问： 终端 定位 设计 系统 GPS