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1、全套protel程序，翻译，答辩，开题报告，加153893706山东理工大学 毕业设计（论文）题 目：公交车报站器的设计 申请山东理工大学工学学士学位论文学 院： 电气与电子工程学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 指导教师： 毕业设计（论文）时间：二七年三月五日六月十八日 共十六周摘 要近年来，GPS(Global Positioning System)全球定位系统在各种行业，特别是车辆监控与定位系统的应用中蓬勃发展。随着经济的持续发展，对公交运输也提出更高的要求。随着我国各大城市公交公司的人员精减，目前各公交公司都在每辆公交车上只配备了一个司机，进行无人售票。为了公交系统的安全考虑，目
2、前迫切需要智能化、自动化的公交语音报站系统。本次设计的公交车报站器是以凌阳十六位单片机SPCE061A为控制核心，结合GPS全球定位系统，对车辆的运行状态（位置、方向、速度、时间等）进行实时采集，对数据进行分析，当车辆达到预定位置时，通过凌阳单片机语音功能进行播报站名、音乐、广告、提示语、时间等信息，并在LED点阵上显示，实现全自动报站功能，当GPS信号遇外界影响时，还可通过键盘操作进行手动报站功能。此外，利用SPR4096模组存储大量的语音素材，使报站器更人性化。该报站器不仅可以提供自动报站，而且对公交车的行车安全提供了一定的保障。且不仅可以应用到公交车上，还可以应用到火车及长途汽车上，结合
3、LED点阵进行报站显示，提供车上的宣传用语及车厢广告等文字服务。关键词：自动报站，GPS，凌阳单片机AbstractSince recent years, GPS (Global Positioning System) has vastly been used and developed in every industry, especially in the vehicle-monitoring and positioning system. With the sustained growing of the economy, the demand to the bus transporta
4、tion is increasing too. Nowadays the bus company allocates only one driver on every bus because of the cutting of the whole industry. Considering the safe of the bus industry, it urgently needs an intelligent; automate voice-broadcast system for bus transport.Voice-broadcast equipment for bus in thi
5、s design gather parameters(such as location, direction, velocity, time) of the bus in real time and then analyze the data the design uses Sunplus MCU as its core, which integrates GPS as part of it. When the bus reaches one location, it takes advantage of the voice function of Sunplus MCU and LED Ma
6、trix Screen when it broadcasts and displays the location name, music, ad, note, time and other information automatically. When the signal of GPS being affected by the outer factor, we can handle it by manual operation. In addition, we can make it more humanization by making good use of great wave ma
7、terials it stores.This equipment not only provides the service of auto-broadcast, but also guarantees the safe of the bus. It applies the bus as well as the train and the coach. It provides promotional speech and advertisement on the vehicle associate with LED Matrix Screen.Key words: Automatic bus-
8、stop announcer, GPS, Sunplus MCU目 录摘 要ABSTRACT（英文摘要）目 录III第一章 绪论11.1 公交车报站器近年来国内外的研制状况11.2 主要设计内容21.3 设计技术指标与参数2第二章 设计方案及论证42.1 公交车报站器的硬件框图42.2 公交车报站器工作流程及各部分功能52.3 设计方案的可行性分析和预期目标5第三章 系统硬件设计73.1 SPCE061A单片机控制系统设计73.1.1 SPCE061A单片机简介73.1.2 SPCE061A单片机最小系统设计93.1.3 SPCE061A单片机电源设计103.2 LED点阵显示电路设计103.
9、2.1 LED点阵扫描原理113.2.2 SPCE061A实现点阵显示方案113.2.3 LED点阵显示电路设计123.3 音频输出电路设计143.4 键盘电路设计143.5 SPR4096模组设计153.5.1 SPR4096芯片简介163.5.2 SPR4096硬件连接框图163.5.3 SPR4096模组电路原理图163.6 GPS接收电路设计173.6.1 GPS系统组成173.6.2 GPS基本工作原理193.6.3 GPS器件的选择203.6.4 GARMIN GPS 25LP的引脚排列和说明213.6.5 GARMIN GPS 25LP的输入输出语句格式23第四章 系统数据的压缩
10、与处理264.1 数据的压缩与预存264.1.1凌阳音频的压缩与存储264.1.1显示文字信息的压缩与存储274.1.3定位信息的压缩与存储274.2 GPS距离差距的处理与识别284.3 公交车运行状态分析与处理28第五章 系统软件设计305.1 系统主程序设计315.2 初始化程序设计325.3 播放语音程序设计335.4 LED点阵显示程序的设计345.5 时间的更新与设置程序设计355.6 GPS自动报站程序375.7 程序清单40第六章 系统可靠性设计和误差分析436.1 系统可靠性设计436.2 GPS误差源的分析436.3 车辆行进中产生的偏差44第七章 结论及展望45参考文献4
11、6致谢47附录 电路原理图48第一章 绪论城市公共交通是城市建设和发展的重要组成部分，是影响国民经济和社会发展的具有全局性、先导性的基础产业，加快城市公共交通事业的发展，也是加快城市化进程的一项重要内容。随着国民经济的飞速发展，公交系统也日新月异，目前各公交公司都在每部公交车上只配备了一个司机，进行无人售票，报站也由原来的由随车售票员报站改为由司机按键报站了。但是由于公交司机又要开车，又要兼顾按键报站，所以常常出现误报、漏报等现象，不能够满足公交系统的要求；另一方面，由于司机开车时为报站分散精力，也对公交的安全运行埋下了隐患。因此，对智能化、自动化的公交语音报站系统的需求也日益强烈。应用自动报
12、站系统即可以节省员工开支，增强公司效益，又可以利用报站器播报标准的普通话站名，使各城市更利于交流和发展。利用全球定位系统进行公交车自动报站系统是近几年的一个热门课题。GPS卫星定位语音报站系统具有定位精度高、语音自动播报等特点。此系统设计要求车辆的定位精度要高于60m，每台公交车报站器的成本价格不能高于1000元。自动报站要适合全国各大城市使用，如遇外界影响GPS信号还可恢复成手动操作进行报站。本次设计的目标是利用现有的GPS系统结合凌阳单片机语音技术研制一套车辆自动报站的系统，包括系统的软件与硬件，要求系统具有建设费用少、维护费用低、定位精度高等特点。系统的研究内容包括：车辆定位系统的软件与
13、硬件的设计与制作，即结合GPS和凌阳单片机，对GPS接收机接收的数据进行处理，结合LED点阵显示和SPCE061A的语音播报功能，并使用控制键盘电路来实现报站器的全自动报站和手动报站的功能，以及系统的整体测试与实际运行。1.1 公交车报站器近年来国内外的研制状况近些年来，公交车自动报站器的设计主要是为了弥补传统人工语音报站的落后方式，能够在进站、出站时自动播报站名及服务用语，为市民提供更人性化，更完善的服务。目前语音报站器技术主要有以下几种：一般语音报站器,到站前由乘务人员按进站按钮开始报站，出站时由乘务人员按下出站按钮，开始预报下站的站名，通过序号来记录各个站点；第二种是门控语音报站器，将开
14、门、关门时转换信号和语音报站器连接，开门和关门时自动报站；第三种是无线信标语音报站器，它是在每个公交车站点设置发射信标点，公交车临近到站点左右会收到信标信号，开始自动报站，出站后信号消失，开始预报下一站，此报站器报站准确，但需要为每个站点组建无线发射信标，建设复杂、费用高，大部分站点无电源供应，公交车数量多时存在频率干扰问题，且较严重，用户修改站点非常不方便，系统维护成本高；第四种就是GPS自动语音报站器，此报器是在公交车上安装GPS自动语音报站器，自动识别站点并报告站点信息。由于报站精准，无须人工操作，无须建设任何车外设施，被广泛使用。1.2 主要设计内容公交车报站器的设计包括以下设计内容：
15、1可以完整地播报一条公交线路的站名，包括上行线路与下行线路。2使用凌阳SPCE061A单片机进行语音播报，利用SPR4096模组存储大量的语音素材，使报站器更人性化。3可以在LED点阵显示屏上显示时间、日期、报站信息、提示语和广告。4有手动按键报站和自动报站两种报站方式。5采用GPS卫星定位技术，自动、准确地播报站名、服务用语、广告等。1.3 设计技术指标与参数主要技术指标如下：1要求设置多个功能按键，以便在GPS信号受到外界干扰时报站器能够正常工作。2使用16128的LED点阵，可以同时显示8个汉字。3利用SPR4096(512K8Bits Bus Flash)模组扩展存储空间。4GPS定位
16、精度在60m以内。5电源为5V直流。第二章 设计方案及论证随着GPS卫星定位技术的成熟，定位的精度与稳定性的提高，使得利用卫星定位进行车辆自动报站成为可能。通过查阅有关资料，分析近年来国内外电公交车报站器的发展及实际应用情况，本设计中采用了手动按键报站和全自动报站两种工作方式，由凌阳单片机对数据进行采集和分析，控制显示屏显示和语音播报，来实现公交车报站器的功能设计。2.1 公交车报站器的硬件框图图2-1所示为公交车报站器的硬件框图，主要由凌阳SPCE061A单片机、GPS信号接收电路、SPR4096存储电路、LED点阵显示电路、音频输出电路和键盘控制电路组成。音频输出电路GPS接收机控制键盘L
17、ED点阵显示屏SPR4096 凌阳单片机电 源图2-1 公交车报站器设计方框图2.2 公交车报站器工作流程及各部分功能工作流程：首先将站名信息、提示信息和广告信息存入凌阳单片机系统的外扩存储器中，凌阳单片机上电工作后首先检查是全自动报站工作方式还是手动按键报站工作方式，手动按键方式则由键盘直接控制显示和语音播报。当系统工作在全自动报站方式时，凌阳单片机接收GPS的信息，其中包括时间、地理位置、速度和方向等信息，GPS通信遵循NMEA0138协议，凌阳单片机按照协议提取有用信息，根据公交车的实时运行信息，进行上行、下行判断，并准确播报报站信息、广告及提示语，在LED点阵显示屏显示，并通过扬声器播
18、放出来。凌阳SPCE061A单片机：是整个系统的控制核心，主要是接收GPS信息和键盘控制电路发出的控制指令，对数据信息进行分析处理，然后控制显示屏幕显示和语音的播报。由于SPCE061A内部集成了D/A转换器，不需任何语音芯片就可直接实现语音播报功能。GPS接收部分：捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并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，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，以及速度、时间、航向等定位信息。点阵显示部分：采用LED点阵显示形式，利用单片机对其逐点扫描，实现报站信
19、息和广告的显示。单片机外部扩展部分：主要是按键和SPR4096模组，按键主要是实现对系统的人为控制。SPR4096模组主要是为了扩展单片机的存储空间，以便存储大量的语音素材，使报站器更人性化。2.3 设计方案的可行性分析和预期目标凌阳SPCE061A单片机最高可工作在49MHz的主频下，较高的处理速度使nSP能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号，并且内置A/D、D/A转换器，这使得SPCE061A具有灵活的语音处理能力，可以很容易的实现语音播报功能。SPCE061还具有32位通用可编程输入/输出端口，一个通用串口，有多达十四个中断源等丰富的片内资源，可扩展键盘和SPR4096模组，实现LE
20、D点阵显示。GPS接收机选用单点模式产品GARMIN GPS 25LP集成芯片，它的价格相对便宜，而且速度限制为515m/s，加速度限制为6g，位置精度为15m，可以提供位置、时间、航向等数据，满足车载要求，并且能够达到设计的技术指标。该设计方案从理论上符合实际运行的要求，工作原理可行，各单元电路采用模块化设计，实用性强，易检修，若能用于实际应该对公交行业提供较好的技术支持。设计的预期目标：全面了解GPS接收原理和凌阳单片机的开发设计流程，按照任务书的设计要求，结合公交车报站器运行的实际情况，力求从理论上研究出更先进、实用、廉价的公交车报站器，争取设计出实物。第三章 系统硬件设计公交车报站器硬
21、件电路包括：凌阳SPCE061A单片机、GPS信号接收电路、SPR4096存储电路、LED点阵显示电路、音频输出电路和键盘控制电路组成。3.1 SPCE061A单片机控制系统设计本设计中采用了凌阳16位单片机SPCE061A作为控制芯片，CPU最高可工作在49MHz的主频下，较高的处理速度使nSP能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号，这使得SPCE061A具有灵活的语音处理能力，是适用于有数字语音功能的应用领域产品的一种经济的选择。3.1.1 SPCE061A单片机简介SPCE061A 是继nSP系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一款16位结构的微控制器。与SPCE500A不同
22、的是，在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求以及便于程序调试等功能。SPCE061A的主要性能特点是：采用16位nSP微处理器，工作电压(CPU) VDD为2.43.6V，(I/O)VDDH为2.45.5V，当系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)，耗电仅为2A3.6V，CPU时钟为0.32MHz49.152MHz，内嵌32K字（Word）闪存（FLASH），2K字（Word）SRAM，内置十位ADC、DAC，可编程音频处理，2个16位可编程定时器/计数器，32位通用可编程输入/输出端口，1个UART和SIO接口，有多达十四个中断源等丰富的片内资源，同时还具备触键唤醒、在线仿真、文件保密、
23、WatchDog等功能。SPCE061A有两种封装模式，一种为84个引脚，PLCC84封装形式；另一种为80个引脚，LQFP80封装。本系统中采用PLCC84封装，在PLCC84封装中，有15个空余脚，用户使用时这15个空余脚悬浮。在LQFP80封装中有9个空余脚，用户使用时这9个空余脚接地。SPCE061A的结构如图3-1所示：16位微控制器nSPICEFlashRAM双16位定时器/计数器时基中断控制器锁相环振荡器CPU时钟实时时钟7通道10ADC单通道ADC+AGC双通道10位DAC串行输入输出接口32管脚的通用输入输出管脚低电压检测/低电压复位Watchdog串行异步通信接口IOB7(
24、RXD)IOB10(TXD)IOB0(SCK)IOB1(SDA)IOA150IOB150AUD2MIC_INAUD1ICE_ENICE_SCKICE_SDAXI/RVcpXO图3-1 SPCE061A的结构根据公交车报站器的硬件设计要求，对SPCE061A单片机的硬件资源分配见表3-1。表3-1 硬件资源分配表WATCHDOG使用，复位时间：0.75s。IOA口IOA7IOA0用于LED点阵的八位列控制线。IOA11IOA8用于LED点阵的页控制线。IOA15IOA12用于LED点阵的行控制线。IOB口IOB0用于SPR4096的SCK信号。IOB1用于SPR4096的SDK信号。IOB10用
25、于通用串口Tx。IOB7用于通用串口Rx。IOB3、IOB4、IOB5、IOB6、IOB8、IOB9、IOB11、IOB12接键盘。Timer使用情况TimerA放音时使用。DAC音频输出。中断使用情况FIQ_TimerA中断用于放音。IRQ4_4KHz中断驱动刷新LED点阵。IRQ5_4KHz中断在设置时间时的闪烁效果。IRQ6_TMB(128Hz)中断扫描键盘。3.1.2 SPCE061A单片机最小系统设计最小系统接线如图3-2所示，在OSCO、OSCI端接上晶振及谐振电容，在锁相环压控振荡器的阻容输入VCP端接上相应的电容电阻后即可工作，其他不用的电源端和地端接上0.1F的去耦电容提高抗
26、干扰能力。图3-2 SPCE061A最小系统原理图3.1.3 SPCE061A单片机电源设计图3-3是SPCE061A单片机的电源电路，SPCE061A的工作电压要求为3.3V，而I/O端口的电压可以选择3.3V也可以选择5V。所以，在电路设计上具有两种工作电压：5V和3.3V。对应的SPCE061A引脚中15、36和7必须为3.3V,对于I/O端口的电平参考引脚51、52、75可以为3.3V也可以是5V，这两种电平的选择通过跳线J501来选择。图3-3 SPCE061A电源电路原理图SPY0029是凌阳公司设计的电压调整IC，采用CMOS工艺。SPY0029具有静态电流低、驱动能力强、线性调
27、整出色等特点。图3-3图中的VDDH为SPCE061A的I/O电平参考，接SPCE061A的51、52、75脚；VDDP为PLL锁相环电源，接SPCE061A的7脚；VDD和VDDA分别为数字电源与模拟电源，分别接SPCE061A的15脚和36脚；AVSS1是模拟地，接SPCE061A的24脚；VSS是数字地，接SPCE061A的38脚；AVSS2接音频输出电路的AVSS2。3.2 LED点阵显示电路设计LED(Light Emitting Diode发光二极管)电子显示屏是由发光二极管排列组成的显示器件，它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、发热量少、单色发
28、光、反应速率快、耐冲撞、机械特性好、体积小、视角大、可视距离远等特点。广泛应用于汽车、通讯新产品、资讯新产品、消费性新产品、交通信号标志及大型资讯显示屏等方面。本次设计采用可8个1616型的LED点阵，整个显示屏共16路行线和128路列线，可以同时显示8个汉字。3.2.1 LED点阵扫描原理本系统中的LED点阵屏采用动态扫描的方式显示，即逐行扫描，工作时先将一行点阵字模文件通过列输出，然后运用译码器选中对应行，使该行得以显示，接着再送下一行数据，再选中下一行有效，直到16行全被扫描一遍。至此，一幅完整的文字信息就显现出来。然后在多次扫描这16行直至显示新的信息。采用这种方式的优点是耗电少，成本
29、低，寿命长，但是也存在显示亮度及内容显示稳定的问题。根据视觉滞留原理，根据视觉滞留原理，每屏的完整的显示时间应控制在20ms之内，即50Hz，人眼看上去才不会觉得闪烁。由于要扫描16行的点阵，所以每行的时间绝不能超过20ms16=1.25ms，同时也不是每行的扫描时间越短越好，因为LED的亮度同电流的大小和维持时间的长短有关。LED点阵块的单点静态电流一般在10mA左右，由于占空比是1/16，所以单点的动态电流最大可以达到160mA。在维持时间恒定的情况下，电流越大（不超过额定电流），点阵亮度也越亮，而在电流恒定的情况下，需要一段维持时间来保持亮度。实验表明当输入LED的电流为15mA时，维持
30、时间至少需要1ms，否则LED呈微亮状态。由于设计时设置SPCE061A单片机的系统时钟频率为24MHz，而每次传送移行的字模数据有64位，经计算传输所需的时间小于1ms，这样就能充分利用列驱动的锁存功能，即在它接收下一行待显示的数据，还没有锁存新数据的这段时间来显示本行的内容，这样就不需要额外加延时来增加显示屏的亮度。采用这个方法就不要再增加LED的列驱动器件，从而使整个硬件结构更简化，成本降低。3.2.2 SPCE061A实现点阵显示方案鉴于SPCE061A单片机比传统的51系列8位单片机具有更加丰富的资源，而且数据处理速度快，将显示数据通过并行(一般为8位)方式送入驱动电路，这样的好处是
31、：相对于串行控制而言，数据的刷新速度快，在处理同等数量的数据时，对处理速度要求可以大大降低，从而提高了系统的稳定性。要用LED点阵来显示数字、字母和汉字等信息，首先要能够提取出其字模数据，即一个16*8的点阵数字、字母的字模数据共有16个字节，一个16*16的点阵汉字的字模数据共有32个字节。首先要确定点阵信息提取方案。方案一：固定汉字显示，就是将要显示的语句中全部汉字和字母数据依次提取出来，按顺序存放在存储器中，当有显示任务时，直接取出字模数据送至显示器即可。这种方法占用空间少，程序实现简单，显示速度快。本系统中的显示数据较少，对预存点阵信息的提取和存储就是采用这种方案。但是，要想显示大量的
32、汉字信息或直接对显示信息进行更新，则几乎是不可能的事。因此，要实现这样的功能就要采用第二种方案。方案二：将标准的点阵信息字模数据的字库文件（可以采用汉字库文件HZK16、ASCII码库文件ASC16）装入外扩ROM存储器，采用与PC机相同的编码（机内码），先进行基于PC机的预处理，提取需显示内容的机内码，通过串口发给单片机，单片机首先进行判断，若是ASCII码，则直接计算出起始地址，在ASC16文件中指定位置取出连续的16个字节即为其字模信息；若为汉字，单片机将机内码转换为区码和位码，再计算出起始地址，在HZK16文件中指定位置取出连续的32个字节即为其字模信息，然后送到显示器去显示。另外，P
33、C机与单片机之间串口通信只是传输机内码，而不是传输字模信息，传输信息量小，不需要复杂的通信协议。这样既可以减轻单片机的负担，而且可以根据要求随时改变显示内容，非常简单灵活，但对于本系统设计要求来说，第一种方案就可以很容易实现，且编程简单，显示速度也能达到设计要求。3.2.3 LED点阵显示电路设计本系统共16路行线和128路列线，采用凌阳SPCE061A单片机的IOA(015)共16个口对LED点阵显示屏进行控制，LED点阵显示控制电路原理图如图3-4所示。图3-4 LED点阵显示电路原理图行信号控制：由IOA15IOA12通过一片4-16译码器74LS154芯片译码，再通过两片74LS240
34、芯片，逐行选中点阵的16路行信号。列信号控制：点阵的128路列信号，可分为16页，每页8路信号，为了分别扫描16页中的每一列信号，采用凌阳单片机的IOA11IOA8对显示页进行控制，通过一片4-16译码器74LS154芯片译码，对16页中的每一页逐一选通，再通过凌阳单片机的IOA7IOA0对每一页中的8列信号进行选通。电路逻辑分析：OA15IOA12通过一片4-16译码器74LS154芯片译码后，再通过74LS240后，16路输出信号中，只有1路信号是高电平，15路是低电平，再通过NPN三极管，可以实现某一路的选通，同时其他的15路截至。通过凌阳单片机的IOA11IOA8控制4-16译码器可以
35、唯一的选通16片74LS240芯片中的某一片，即仅选通一页，其他各页中的各路信号表现为高阻态，同时，凌阳单片机通过IOA7IOA0对唯一选中的某一页8路进行选通，如果表现为低电平，行信号为高电平，发光二极管导通，该点被点亮。如果为高电平，则发光二极管不被点亮。通过循环，可以实现16128点阵中每个发光二极管的选通。3.3 音频输出电路设计SPCE061A内置2路10位精度的DAC，只需要外接功放电路即可完成语音的播放。图3-5 SPCE061A音频输出电路原理图图3-5是音频输出电路图。图中的SPY0030也是凌阳公司的产品,和LM386相比，SPY0030还具有下述优势，比如LM386工作电
36、压需在4V以上,SPY0030仅需2.4V即可工作(两颗电池即可工作)；LM386输出功率100mW以下,SPY0030约700mW。3.4 键盘电路设计由于凌阳SPCE061A单片机具有可编程的I/O口，所以只需将要接按键的I/O口设置为带下拉电阻的输入口，按键的另一端接到高电平上即可。电路原理图如图3-6所示。图3-6 键盘电路原理图各按键的功能定义如下：1在公交车报站状态：K1：逐次播放上行各站提示语，每按一次按顺序播放一个。K2：逐次播放下行各站提示语，每按一次按顺序播放一个。K3：播放警告用语“车辆拐弯，请注意安全”。K4：播放提示语“车上有老弱病残孕乘客，请让座”。K5：播放娱乐音
37、乐或广告。K6：进入设置时间状态。K7：启用GPS自动报站控制。K8：打开或关闭点阵显示。2在时间设置状态： K1、K2、K3、K4：无效。K5：接收GPS上的时间K6：设置切换。K7：增加。K8：减小。在启用GPS自动报站控制时，按K1K6、K8任意键，执行该键的操作，并关闭串口接收GPS数据，启用手动报站方式。在播放语音时，按任意键可以停止播放。3.5 SPR4096模组设计为了使报站器更加人性化，需要存储大量的语音文字信息，这就要求系统扩展外部存储空间，本次设计采用凌阳公司的SPR4096模组电路，配合PC机使用ResWriter工具，通过EZ-probe下载线，完成对R4096存储器芯
38、片的擦除、写入、校验等功能。并且SPR4096可以直接与SPCE061A单片机相连，实现SPCE061A单片机存储空间的扩展。3.5.1 SPR4096芯片简介SPR4096内嵌512K*8位高性能flash存储器同时内嵌4K*8位SRAM。芯片具有BMI（Bus Memory Interface）并行接口总线与SIF（Serial Interface）串行接口总线。在SPR4096芯片中，使用两种电源供电，VDDI与VDDQ。VDDI范围在2.25V-2.75V，这个电源是给内部的flash与逻辑控制单元供电的。VDDQ范围在2.25V-3.6V，只给I/O口供电。SPR4096可以工作在5
39、.0MHz频率下，最大读电流为2.0mA，最大编程/擦写电流6.0mA。3.5.2 SPR4096硬件连接框图PC机SPR4096SCKSDASPCE061AIOB0IOB1图3-7 SPR4096硬件连接框图SPR4096模组连接框图如图3-7所示，SPR模组有两个接口，一个接口是EZ-probe，这是在使用ResWriter工具对SPR4096进行烧写时连接使用的，另一个接口主要提供电源以及SCK和SDA与SPCE061A连接使用。3.5.3 SPR4096模组电路原理图SPR模组的硬件电路主要分成两部分，下面分别介绍：第一部分：ResWriter工具对SPR4096进行烧写的下载缓冲电路
40、，此部分电路主要是控制SCK、SDA信号的作用，通过74HC244可以控制SDA信号的高低电平，这样可以使用ResWriter工具发出符合烧写芯片的时序信号，完成对芯片的擦除、写入与校验功能。第二部分：SPR4096的工作电路，此部分电路是为了使SPR4096存储器正常工作的外围电路，通过SCK、SDA与SPCE061A单片机相连。SPR模组电路原理图如图3-8所示。图3-8 SPR4096模组电路原理图3.6 GPS接收电路设计GPS是英文Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System的缩写，译为利用卫星导航
41、进行测时和测距/全球卫星定位系统。全球定位系统(Global Positioning System-GPS)是美国从20世纪70年代开始研制，历时20年，耗资300亿美元，于1994年全面建成，为高精度导航和定位而研制的全球被动式无线电卫星系统，是集成无线电导航、定位和定时于一体的多功能系统。GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大使用者的信赖，并成功地应用于导航、授时、高精度测量等领域。3.6.1 GPS系统组成GPS定位技术是利用高空中的GPS卫星，向地面发射L波段的载频无线电测距信号，由地面上用户接收机实时地连续接收，并计算出接收机天线所在的位置。因此，GPS定位系统是
42、由以下三个部分组成：GPS卫星星座（空间部分）、地面监控系统（地面控制部分）和GPS信号接收机（用户设备部分）。1GPS卫星星座GPS卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成，记作（21+3）GPS星座。24颗卫星距地表20200公里的上空，均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度，即轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度，同一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。卫星每11小时58分环绕地球一次，即当地球对恒星来说自转一周时，它们绕地球运行两周。位于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同，最
43、少可见到4颗，最多可见到11颗。卫星提供全球全天候，每秒一次，持续不断的定位讯号。2地面监控系统地面监控系统负责监控全球定位系统的工作：监测卫星是否正常工作，是否沿预定的轨道运行；跟踪计算卫星的轨道参数并发送给卫星，由卫星通过导航电文发送给用户；保持各颗卫星的时间同步；必要时对卫星进行调度。GPS的地面监控系统由分布在全球的5个地面站组成，其中包括：五个卫星监测站、一个主控站和三个注入站。监测站是主控站直接控制下的数据自动采集中心。观测资料由计算机进行初步处理，存储并传输到主控站，以确定卫星轨道。主控站协调和管理地面监控系统，主要任务：(1) 根据本站和其它监测站的观测资料，推算编制各卫星的星
44、历、卫星钟差和大气修正参数，并将数据传送到注入站。(2) 提供全球定位系统的时间基准。各监测站和GPS卫星的原子钟，均应与主控站的原子钟同步，测出其间的钟差，将钟差信息编入导航电文，送入注入站。(3) 调整偏离轨道的卫星，使之沿预定轨道运行。(4) 启用备用卫星代替失效工作卫星。注入站主要任务是在主控站的控制下，将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其它控制指令等，注入到相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性。3GPS信号接收机GPS信号接收机（用户部分）是接收、跟踪、变换和测量GPS信号的无线电设备，由天线、接收机、处理器控制显示单元、电源组成，GPS信号接收机接收GPS卫星发射
45、的无线电信号，以获得必要的定位信息和观测量，并经过数据处理而完成定位工作。用户使用GPS信号接收机定位导航时，为了计算出三维坐标（包括：经纬度坐标、高度、速度、加速度、时间等），必须接收到3颗以上GPS卫星信号。接收到卫星信号的数量和几何位置分布对定位精度有一定的影响。3.6.2 GPS基本工作原理GPS的基本定位原理是：每颗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的信号到接收机的时间延迟，根据信号传输的速度就可以计算出接收机到不同卫星距离。同时收集至少4颗卫星的数据时，就可以计算出三维坐标、速度和时间。民用导航系统常常采用的GPS定位方法是伪距法。GPS接收机根据接收所选
46、的卫星发来的导航信息和时钟校正参数的时间，能计算出接收机到卫星的“距离”。如果测量到3颗卫星的“距离”，则分别以3颗卫星发射时刻的卫星位置（根据发射的星历参数确定）为中心，根据测得的“距离”画出3个球，其交点就是用户的三维位置。但是，由于接收机的本机钟对星载原子钟存在偏差，上面所测的“距离”并不是卫星接收机的真实距离，因此称为“伪距离”，伪距法由此得名。正因为用户钟与GPS时间不能精确同步，故每次测量总会存在一个固定的偏差，这使得定位产生不定性。如果在测量出到第4颗卫星的伪距，则此时由用户钟偏差造成的定位不定性就产生一个由4个相交球面所围成的误差体积。从每个伪距测量中加上或减去这个固定的值就消去了该体积，结果使得4个球面相交于一点，这就是用户的三维位置。3.6.3 GPS器件的选择在实际使用中，并不是需要关心如何去计算坐标数据，GPS器件本身会提供详细的定位信息。GPS技术目前已经较为成熟，市场上的GPS产品很多，可以分为下面的3类。单点模式产品，如MOTOROLA M12、GARMIN GPS 25LP等，其定位精度为15m左右。GPS/GLONASS双系统产品，如ARGO-16GPS/GLONASS，其定位精度与单点
