基于S3C44B0定位跟踪仪

1、  湖南文理学院课程设计报告 课程名称：基于S3C44B0跟踪定位仪课程设计 专业班级： 自动化12101班 02号 学生姓名： 国利芳 指导教师： 王 文 虎 完成时间： 2015年 06 月 12日 报告成绩： 评阅意见： 评阅教师 日期 基于S3C44B0定位跟踪仪摘 要   GPS是全球定位系统英文名词Global Positioning System的缩写。该系统是美国布设的第二代卫星无线电导航系统。它能为用户提供全球性、全天候、连续、实时、高精度的三维坐标、三向速度和时间信息。其目的是在全球范围内对地面和空中目标进行准确定

2、位和监测。现在，GPS接收机作为一种先进的导航和定位仪器，已在军事及民用领域得到广泛的应用。 本设计是基于S3C44B0来实现的简易GPS定位信息显示系统。本控制系统主要完成接受数据、时间显示、经度显示、纬度显示等常规功能。此方案基于S3C44B0、GPS模块和12864液晶显示屏等硬件, 并应用ARM汇编语言实现了GPS信号的提取、显示及基本的键盘控制操作等。经过实践测试 ,这种接收机可以达到基本GPS信息的接收以及显示，可以做到体积小、精度高、连续导航，并可广泛应用于个人野外旅游探险、出租汽车定位及海上作业等领域。  关键词：GPS定位系统

3、，S3C44B0，液晶显示屏 ABSTRACT  GPS is the abbreviation of the English term Global Positioning System global positioning system. The system is the United States laid the second gener

4、ation satellite radio navigation system. It can provide users with continuous, real-time, global, round-the-clock, high precision three dimensional coordinates, three velocity and time 

5、information. Aimed at targets on the ground and in the air around the world an accurate positioning and monitoring. Now, as an advanced GPS receiver navigation and p

6、ositioning equipment, has a wide range of applications in military and civilian areas. This design based on the S3C44B0 is used to implement a simple GPS positioning 

7、;information display system. This control system is mainly done to accept the data, time display, latitude, longitude, and other routine functions. This program is based on

8、60;single-chip, GPS module and 12864 LCD display, hardware, ARM language implementation and application of the GPS signal extraction, display and keyboard control of basic operatio

9、ns. Practice tests, this receiver can receive and display the basic GPS information. small size, high accuracy, continuous navigation can be done, and can be widely appli

10、ed to individuals in the wild tour adventure, hire car positioning and operations at sea, and other areas.  KEY WORDS: GPS positioning system, S3C44B0, LCD display 目录绪论1第

11、1章 GPS系统简介 21.1 GPS的由来及发展 21.2 GPS定位系统的的基本原理 21.3 GPS模块定位流程 21.4 本设计的主要工作 31.5 总体方案的设计 3第二章 系统硬件设计 42.2 GPS模块52.2.1概述52.2.2主要功能52.2.3性能参数52.3人机接口模块62.3.1 LCD12864概述 72.3.2 基本特性 72.4电源模块72.5基本应用模块82.5.1复位82

12、.52时钟92.53JTAG接口9第3章 系统软件设计 10  3.1 系统软件概述10结 论11谢 辞12参考文献 13附录114附录2155 绪论 GPS卫星导航全球定位系统问世以来，在导航、定位领域发展势头迅猛，引起世界各界人士的关注。具备高精度、全天候、全球覆盖、高效率、多功能、操作简便等特点。广泛应用于地面车辆跟踪和城市智能交通管理方面。车载GPS系统配合电子地图，适时掌握自己的方位与目的地，对锁定目标进行跟踪、监控，从而达到防御、求援之目的。满足对机动车辆的指挥、调度、管理、监控、导航、通讯等需求。改变

13、了人们的工作方式，提高了工作效率，带来了巨大的社会效益和经济效益。随着人们对运输载体的监控、跟踪以及智能化管理要求的提高，GPS在中国即将进入爆发性发展阶段，蕴藏着巨大的发展空间。 GPS系统包括三大部分：空间部分GPS卫星星座；地面控制部分地面监控系统；用户设备部分GPS信号接收机。GPS系统通过使用来自多个卫星的信号来确定地面或近地面任何位置的移动接收机的位置。我国的卫星定位技术综合了GPS卫星导航全球定位，GSM全球数字蜂窝移动通信，GIS地理信息，计算机网络技术全方位的技术应用。利用GPS卫星信号接收机，跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，测量传播

14、时间，解译导航电文。接收机24h不间断地接收卫星发送的数据参数，算出接收的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。 全球定位系统GPS是近年来开发的最具有开创意义的高新技术之一，其全球性、全能性、全天候性的导航定位、定时、测速优势必然会在诸多领域中得到越来越广泛的应用。在发达国家，GPS技术已经开始应用于交通运输和道路工程之中。目前，GPS技术在我国道路工程和交通管理中的应用还刚刚起步，相信随着我国经济的发展，高等级公路的快速修建和GPS技术应用研究的逐步深入，其在道路工程中的应用也会更加广泛和深入，并发挥更大的作用。 自20世纪90年代GPS系统向全世界免费开放以来,&

15、#160;GPS系统已广泛应用在导航、大地测量、精确授时、线路巡检及车辆防盗等领域。接收机是获得 GPS系统服务的关键设备,目前已有从手持式到台式数百种型号的接收机可供用户选择。通用接收机功能齐全,除了信号接收单元外,往往还配置有显示单元和人机对话设备。这一方面为用户提供了极大的方便，但 GPS定位接收机价格比较昂贵而且使用灵活性低,难以满足特定条件下的应用需求,造成了资金浪费。因此,众多用户期望按照自己的使用环境和性能要求设计和使用个性化的GPS定位接收。 第1章 GPS系统简介   1.1 GPS的由来及发展 

16、  导航卫星定时测距全球定位系统是美国第二代卫星导航系统。它在 1973年底由美国陆海空三军等单位协调分工提出的能取代旧式的导航设备,为军用舰船、飞机车辆等用户提供全球全天候、连续实时服务的高精度三维导航系统。系统由空间部分、地面监控部分和地面接收机部分组成。定位服务包括精密定位服务(PPS)和标准定位服务(SPS)。PPS授权的精密定位系统用户需要密码设备和特殊的接收机。SPS对于普通民用用户,供全世界用户免费、无限制地使用。 由于GPS具有全球覆盖以及精度高、定位速度快、实时性好、抗干扰能力强等特点,近年来在国内外得到广泛的应用,在各个领域发挥了极大的作用,已

17、成为信息时代不可缺少的一部分。各种GPS民用产品的开发,已是经济和社会发展的必然要求,其前景将会非常广阔和光明,尤其是在我国,通过这些年来对它认识不断加深,我国的GPS开发应用也一定会以科技力量推动经济和社会发展的一颗巨星,对我国的经济和社会的发展产生重大的影响。  1.2 GPS定位系统的的基本原理   每颗GPS卫星时刻发布其位置和时间数据信号，用户接收机可以测量每颗卫星信号到接收机的时间延迟，根据信号传输的速度可以计算出接收机到不同卫星的距离。同时收集至少4颗卫星的数据时，通过变频、放大、 滤波等一系列处理过程,实现对GPS卫星

18、信号的跟踪、锁定和测量,从而产生计算位置的数据信息(包括：纬度、经度、高度、速度、日期、时间、航向、卫星状况等),经由I/O口输出串行数据。  1.3 GPS模块定位流程  （1）搜索可用卫星，接收卫星信号，与卫星信号同步，提取导航电文信息。 （2）从导航电文中获取计算位置所需的信息，这些信息应该包括时钟信息和星历等数据。 （3）计算卫星的准确位置，这包括计算卫星的高度和方位角，从而进行必要的对流层校正。 （4）计算伪距，并进行电离层校正等。 （5）重复上述过程，对所有可用卫星进行相应的计算。 

19、（6）进行其他必要的校正，例如根据卫星信号到达GPS接收机的时间，校正地球旋转所造成的卫星位置的偏差。 （7）根据定位原理，计算出GPS接收机的初始位置，并将其转换成所需的坐标格式进行显示或输出。 （8）加入闰秒和UTC（标准世界时）时间补偿计算当前精确的时间。 （9）分析可用卫星的信息，计算最好的DOP(Dilution of Precision)，进行选星，并计算和修正GPS接收机的位置，给出GPS接收机的三维坐标和准确的时间信息。  1.4 本设计的主要工作   本文的主要目的是在GPS和

20、单片机的理论知识上，选用Atmel公司的AT89C51提取GPS模块的接收数据并由12864液晶显示接收数据。 1.5 总体方案的设计  根据系统的设计要求，要求能够以S3C44B0为核心控制器件，实现GPS设备的定位信息的显示系统。本设计将采用S3C44B0作为处理器。在GPS信号的接收部分，将采用IT500-PCB-0151 GPS信号接收模块与S3C44B0串行接口相连实现数据信号的输出。通过软件的设计，对接收机信号进行筛选、计算、输出，获取定位数据信息。最终的计算结果将通过MCU并行接口模块输出，利用液晶显示器（LCD）构成的显示电路显示出结果。

21、 整个GPS定位信息显示系统的硬件构成主要包括以下几部分：  第一，接收模块电路。主要包括以IT500-PCB-0151 GPS接收模块作为核心构成的GPS接收机，主要负责将锁定卫星，并将捕获码的最大相关输出，然后利用同步技术，通过对伪距、载波相位的估计，计算出用户位置、速度和时间等数据信息；  第二，控制电路模块。主要包括由S3C44B0构成的核心电路，主要负责控制GPS数据读取和传输的过程，并将数据进行滤波等处理，并发送至显示电路；  第三，显示电路部分。主要包括由LCD构成的显示电路，通过与微控制器接口的正确连接实现定位数据的实时显示；&

22、#160; 第四，电源部分。为整个系统提供动力来源，保证系统的正常工作。 设计中还包括一些外围电路，主要负责在接收天线获取卫星信号后，在信号的变换、放大、滤波等一系列处理过程中起到相应辅助作用，与主控电路与接收模块协同工作，锁紧、定位、测量并输出显示结果。 此外，在控制电路完成信息的捕获、跟踪和计算的过程中，无论是卫星导航参数的测量，还是伪距及伪距变化率的测量，以及最终位置信息的计算及经纬度的变换显示，输入输出端口的管理等，都必须通过软件指令进行控制。所以软件设计也是整体方案的重要组成部分。 综上，本文将从硬件电路与软件设计两部分开展具体论述。第二章 系

23、统硬件设计  系统总体结构图2-1见附页1。   课题要求研制的GPS接收机要具有接收、处理、显示信息的功能。硬件上必须有相应的接收处理部分、显示部分和配置输入部分，同时需要处理器实现各部分功能的联合。由于单片机集成度高，系统结构简单，价格低廉，同时技术成熟，处理器部分使用单片机实现。 本课题设计的硬件系统主要由：S3CTTB0、GPS模块、显示部分等组成。如图2-2所示： S3C44B0 键盘 GPPS模块 电源模块 LCD显示模块 复位 时钟 JTAG模块 图2-1系统框图 (1)S3C44B0X是一款基于ARM7TDMI内核技术的16/32位RIS

24、C处理器，扩展了一系列完整的通用外围器件，使系统的费用降至最低，减低了硬件开发的难度。本嵌入式系统配置了2MB的FLASH存储器以及8MB的SDRM存储器。S3C44B0X是在国内广泛使用的Samsung公司的基于ARM7TD内核的SoC。该芯片功能强大，为手持设备和一般类型应用提供了高性价比和高性能的微控制器解决方案。它的低功耗和出色的全静态设计特别适用于对成本和功耗敏感的应用。SAMSUNG公司推出的16、32位RISC处理器S3C44BOX为手持设备和一般类型应用提供了高性价比和高性能的微控制器解决方案。为了降低成本，S3C44BOX提供了丰富的内置部件，包括8KBCache和内部SRA

25、M,LCD控制器，带自动握手的2通道UART，4通道DMA，系统管理器（片选逻辑，FP/EDO/SDRAM控制器）。带PWM功能的5通道定时器和一个内部定时器，I/O端口，RTC，8通道10位ADC，IIC_BUS 接口，IIS_BUS接口，同步SIO接口和PLL倍频器。（2）S3C44B0X特性： 内核2.5V I/O : 3.0 V 到 3.6 V； 最高为66MHz；封装：160 LQFP / 160 FBGA。2.2 GPS模块2.2.1概述 根据设计需要，GPS模块选用IT500-PCB-0151 ，IT500-PCB-0151 是半成品GPS模块， 适合于安装在各种应用中

26、。 本模块集成了 Fastrax GPS模块、天线电路并且把模块的 Uart0 引出来了，非常方便客户快速集成到产品中去。2.2.2主要功能 MTK MT3318 高效能 32 通道 GPS 芯片组极佳的灵敏度: -165Bm(导航)支持 NMEA (默认 9600bps)一个通信串口1 PPS 输出（旧板有，但新板没有因为烧程序使用了 BOOT 引脚替换了 PPS 引脚）支持 WAAS/EGNOS标准的 MCX 天线连接器内置备份电池2.2.3性能参数参数 条件 值更新率 1 fix/s定位 18m(CEP95)速度 01m/s精度时间 +/-50ns RMS冷启动 34s暖启动 33sTT

27、FF热启动 1s捕获（冷） -148dBm再次捕获 -160dBm灵敏度追踪/导航 -165dBm导航（1fix/s） 90mW 功耗备份状态 15uW工作电压 供电电压 +3.03.3V备份电压 +2.03.3V工作温度 -3085储存温度 -4085通信协议 NMEA0183 ，9600baud尺寸： 天线接口 MCX接口说明 1 XRESETGPS与S3C44B0接口电路如图2-3 图2-3 S3C44B0与GPS接口电路2.3人机接口模块人机接口包含：LCD显示模块和3×3矩阵按键人机接口模块电路图如图2-4 图2-4 人机接口与S3C44B0接口电路图 2.3.1

28、 LCD12864概述  带中文字库的LCD12864是一种具有4位、8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块，其显示分辨率为128×64,内置8192个16×16点汉字，和128个16×8点ASCII字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行、16×16点阵的汉字，也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁的多

29、，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。  2.3.2 基本特性 (1)低电源电压：（VDD:+3.0+5.5V）。 (2)显示分辨率：128×64点。 (3)内置汉字字库，提供8192个16×16点阵汉字(简繁体可选)。 (4)内置128个16×8点阵字符。 (5)2MHZ时钟频率。 (6)显示方式：STN、半透、正显。 (7)驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS。 (8)视角方向：6点。 (9)背光方式：侧部高亮白色LED，功耗

30、仅为普通LED的1/51/10。 (10)通讯方式：串行、并口可选。 (11)内置DC-DC转换电路，无需外加负压。 (12)无需片选信号，简化软件设计。 (13)工作温度：0+55；存储温度：-20+60。2.4电源模块电源电路为S3C44B0X及其他需要3.3V电源的外围电路供电。设计电源时要考虑的因素：a.输出的电压、电流、功率；b.输入的电压、电流；c.安全因素；d.输出纹波；e.电磁兼容和电磁干扰；f.体积、功耗、成本限制。 系统采用DC5V稳压电源进行供电，电源输入后经过两个稳压芯片产生3.3V和2.5V 电压，给MCU的I/O和ARM内核供

31、电，如图2-5所示。 图2-5 电源模块电路图2.5基本应用模块 基本应用模块如图所示2-6所示 图2-6 基本应用电路图2.5.1复位 复位电路可完成系统上电复位和在系统工作时用户按键复位。在系统中，复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复位功能。复位电路可由简单的RC电路构成，也可使用其他的相对较复杂，但功能更完善的电路。本系统采用较简单的RC复位电路，如图1-2所示。该复位电路的工作原理如下：在系统上电时，通过电阻R向电容C充电，当C两端的电压未达到高电平的门限电压时，Reset端输出为低电平，系统处于复位状态；当C两端的电压达到高电平的门限电压时，Reset端输出为高电

32、平，系统进入正常工作状态。当用户按下按钮S时，C两端的电荷被泄放掉，Reset端输出为低电平，系统进入复位状态，再重复以上的充电过程，系统进入正常工作状态。两级非门电路用于按钮去抖动和波形整形；通过调整R和C的参数，可调整复位状2.52时钟 晶振电路用于向CPU及其他电路提供工作时钟，S3C44B0X的时钟源来自晶振，也可以是外部时钟。S3C44B0X的内部时钟发生器可产生CPU和外设所需要的时钟信号。时钟发生器有一个振荡器连接到外部的晶体上，同时片内的PLL电路把低频振荡器的输出作为自己的输入，产生S3C44B0X所需要的高频信号，因此，系统可以较低的外部时钟信号获得较高的工作频率，以降低因

33、高速开关时钟所造成的高频噪声。根据S3C44B0X的最高工作频率以及PLL电路的工作方式，选择10MHz的无源晶振，10MHz的晶振频率经过S3C44B0X片内的PLL电路倍频后，最高可以达到66MHz。XTAI0为系统时钟输入信号FXTAI0为系统时钟电路的输出信号2.53JTAG接口 JTAG（Joint Test Action Group，联合测试行动小组）是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试。 JTAG技术是一种嵌入式调试技术，它在芯片内部封装了专门的测试电路TAP（test access port，测试访问口），通过专用的JTAG测试工具对内部节点进行测

34、试。目前大多数比较复杂的器件都支持JTAG协议，如ARM、DSP和FPGA器件等。标准的JTAG接口是4线：TMS、TCK、TDI和TDO，分别为测试模式选择、测试时钟、测试数据输入和测试数据输出。 第3章 系统软件设计   3.1 系统软件概述 结束 开始显示数据液晶初始化处理数据串行口中断初始化 Y开始接收数据数据正确？ 是否接收到帧数据 接收数据N N Y 图3-1系统程序流程图 图3-1为GPS全球定位系统的主程序流程图。系统软件主要由初始化模块、数据接收处理模块组成。软件程序见附录2。 结 论  本课题是在了解了当

35、前GPS导航系统的条件下，自行开发一套GPS接收系统。GPS接收机的开发和研制，主要是了解GPS的原理，熟悉GPS接收机的工作原理及其各部分工作流程。GPS信号处理这一块由M-87实现，通过M-87与MCS-51兼容系列单片机串口相连，配备了所需的外围电路，同时配有液晶显示器，可以显示字符，并详细介绍了该GPS接收机的硬件和软件设计。开发的GPS接收机已经可以正常工作，同时显示的定位精度和定位速度等各方面的指标都满足要求。通过实验模拟仿真，结合本课题的人机界面、参数设置与计算等，能够满足课题要求，可以实现导航功能。  通过本课题的完成，我对GPS的原理有了深入的理解，熟练地掌握了GPS接收机的工作原理。同时，我对单片机的应用有了更深入的掌握，提高了单片机外围电路设计和软件设计的经验和能力。这些对我今后工作的提高都有所帮助。 同时，由于水平有限和时间问题，还存在许多不足。没有进行误差分析，且定位数据可能有误差，这些方面有待改进和提高。 谢 辞  在此，首先我要感谢耐心细致、知识丰富，给我们很大帮助的王文虎老师！其中，在王王文虎老师的反复指导下