【導(dǎo)讀】1．李艷晴等,《基于GPRS/GPS的車輛監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計》，微計算機(jī)信息，2．鐘章隊.GPRS通用分組無線業(yè)務(wù).人民郵電出版社,2020?！痘贛DK的STM32處理器開發(fā)應(yīng)用》。隨著嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化趨勢和半導(dǎo)。智能車載終端成為可能。無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的快速發(fā)展給相關(guān)產(chǎn)業(yè)和領(lǐng)域的。發(fā)展帶來了極大的機(jī)遇，尤其是對數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)方面的應(yīng)用。本，提高了系統(tǒng)的設(shè)計與運(yùn)行效率。硬件平臺設(shè)計包括：在研究STM32處理器的特性、外。采集與解析，GPRS與監(jiān)控中心的通訊，發(fā)短信，LCD顯示等程序。能以滿足未來發(fā)展的需要。

　　

【正文】 塊通過串口與 STM32 處理器的 USART 2 相連，通過 SPI 接口與 SIM 卡相連，并把 GPRS 模塊的語音接口連出來， 組成一個功能齊全的電路； (2)GPS 模塊 ： 針對所選用的 GPS 模塊設(shè)計相應(yīng)的電路， GPS 模塊通過串口與 STM32 的 USART 3 相連，完成定位信息的傳輸； (3) STM32 模塊：完成 STM32 處 理器必備的復(fù)位電路、電源濾波電路、晶振電路、電池供電電路 等。為系統(tǒng)的正常工作提供必備的條件。 (4) LCD 顯示模塊： 主要涉及 LCD 液晶顯示器和觸摸屏接口的設(shè)計，采用分辨率為 320x240 的 寸的彩色液晶屏，并具有電阻式觸摸屏，為系統(tǒng)的軟件升級提供支持，提供了一個友好的人際接口，更加人性化， (5) 串口模塊：本系統(tǒng)把 USART 1 通過 max3232 引到 DB9 接口上，提供了一個調(diào)試程序、檢測系統(tǒng)運(yùn)行情況 的手段，還可以與其他系統(tǒng)進(jìn)行通信，進(jìn)而完成更加復(fù)雜的功能，也為以后的軟件升級提供接口。 (6) 電源模 塊： 各個模塊的核心器件都有自己的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓，而這些電壓卻不盡相同，所以要針對各種電壓設(shè)計相應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換電路； 采用LM2596 開關(guān)電源芯片，為整個系統(tǒng)供電，可以提供 3A 穩(wěn)定的電源，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 (7) 輔助電路：包括一個 LED 指示燈、兩個鍵盤和一個擴(kuò)展的 AT24C128燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 存儲器，用于終端開發(fā)和調(diào)試用的 JTAG 接口，配合系統(tǒng)的正常工作。 GPRS 模塊硬件設(shè)計 本設(shè)計中采用的 GPRS 模塊為華為的 EM310 模塊，本節(jié)詳細(xì)分析了EM310 模塊，完成無線傳輸模塊的電路接口設(shè)計。 EM310 是一款 小體積 即插即用 兼容型 GSM/GPRS 通信模塊， 模塊內(nèi)嵌TCP/IP 協(xié)議棧， 硬件兼容 MC55， 可工作在 EGSM900 和 GSM1800 兩個頻率， 該模塊特性如下 [17]： 工作頻段： EGSM900/GSM1800 雙頻 最大發(fā)射功率 ： EGSM900/GT800 Class4(2W) GSM1800 Class1(1W) 接收靈敏度 ： =106dBm 協(xié)議：兼容 GSM/GPRS Phase2/2+ 標(biāo)準(zhǔn) SIM 卡接口（ 或 3V）：兩路模擬音頻接口 GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)： GPRS CLASS 10 編碼方式 ： CS1， CS2， CS3， CS4 最大下行速率： 最大上行速率： EM310 GSM 模塊使用 50PIN B2B 連接器接口方式，為外圍設(shè)備提供以下應(yīng)用接口信號： UART 接口、 SIM 卡接口、音頻接口、電源接口、 USB總線接口、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示接口。 UART 接口 EM310 GSM 模塊提供一路串行接口，支持 8 線串行總線接口或 4 線串行總線接口或 2 線串行接口。 EM310 GSM 模塊通過 UART 接口與外界進(jìn)行串行通信，和 AT 指令的輸入。 UART 支持可編程的數(shù)據(jù)寬 度、可編程的數(shù)據(jù)停止位、可編程的奇 /偶校驗或者沒有校驗，該 UART 口最高支持 ， 最低支持 300bit/s 的波特率，默認(rèn)支持 9600bit/s 的速率，支持波特率掉電保存。 DCE 與 DTE 的連接關(guān)系如圖 31 所示 。 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計與開發(fā) 21 / V D D I O/ T X D/ R X D/ R T SD C E / C T S/ D T R/ D S R/ D C D/ R I N G/ V D D I O/ T X D/ R X D/ R T S/ C T S D T E/ D T R/ D S R/ D C D/ R I N GE M 3 1 0 S T M 3 2V D D I O 圖 31 DCEDTE 連接關(guān)系示意圖 EM310 GSM 模塊可以通過使用 232 類芯片與標(biāo)準(zhǔn) RS232C 的接口連接。使用 2 線制串口時推薦使用 MAX3232 芯片，模塊的 /RXD 通過 MAX3232 芯片轉(zhuǎn)換后接 DTE 設(shè)備的 RXD 管腳； DTE 設(shè)備的 TXD 通過 MAX3232 芯片轉(zhuǎn)換后接模塊的 /TXD 管腳。使用 8 線串口時，使用 SP3238或 MAX3238 等芯片。 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示 EM310 GSM 模塊在接到短信息時， RING 管腳會輸出 150ms 低電平，波形如圖 32 所示； 1 5 0 m s 圖 32 收到短消息指示 EM310 GSM 模塊在接到語音呼叫時， RING 管腳會輸出 1s 低電平 4s 高電平，周期變化 。波形如 圖 33 所示： 1 s 1 s 1 s4 s4 s 圖 33 收到語音呼叫指示 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 RING 管腳驅(qū)動 LED 燈時， 需要根據(jù) LED 的壓降和額定電流選擇合適的限流電阻， 將 RING 管腳經(jīng)過一個反向器，電路如圖 34 所示。 Q1470RR21LED3GNDVCC_4V1KR23RING 圖 34 RING 管腳驅(qū)動 lED 電路 SIM 卡接口 EM310 GSM 模塊基帶處理器集成了符合 ISO 78163 標(biāo)準(zhǔn)的 SIM 卡接口，通過 PCB 走線連接到模塊 B2B 連接器上，為外部 SIM 卡座提供SIM 卡接口信號。 EM310 GSM 模塊支持并能夠自動檢測 和 SIM 卡， SIM 卡接口定義如表 31 所示。 表 31 SIM 卡接口定義表 管腳號 信號名 描述 1 SIMCLK SIM 卡時鐘 2 SIMVCC SIM 卡電源 3 SIMIO SIM 卡數(shù)據(jù) 4 SIMRST SIM 卡復(fù)位 6 SIMGND SIM 卡地 為了滿足 3GPPTS 協(xié)議及 EMC 認(rèn)證的要求，建議 SIM 卡座應(yīng)該距離模塊接口較近的位置避免因走線過長，使波形嚴(yán)重變形，從而影響信號的通信。 SIMCLK 和 SIMIO 信號的走線需要用地線包絡(luò)。 EM310 GSM 模塊 SIM 卡接口 ESD 防護(hù)電路如下圖 35 所示 ， 其中圖中的 TVS(瞬態(tài)電壓抑制二極管 )要盡量靠近 SIM 卡座放置， 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計與開發(fā) 23 15234SIMCLKSIMVCCSIMIOSIMRSTTVS 保護(hù) 圖 35 SIM 卡接口 ESD 防護(hù)電路 音頻接口 EM310 模塊提供兩路模擬音頻輸入輸出接口。兩路音頻輸出均可驅(qū)動 32 歐姆 阻抗的 受話 器，如需驅(qū)動 8 歐姆 阻抗的揚(yáng)聲器，需要另外增加音頻功放電路。管腳定義如表 32 所示： 表 32 音頻接口定義表 管腳號 信號名 I/O 描述 49 EARP O 第一路音頻輸出信號正端 50 EARN O 第一路音頻輸出信號負(fù)端 45 MIC1P I 第一路音頻輸入信號正端 46 MIC1N I 第一路音頻輸入信號負(fù)端 48 SPKP O 第二路音頻輸出信號正端 47 SPKN O 第二路音頻輸出信號負(fù)端 43 MIC2 I 第二路音頻輸入信號，單端 44 MICBIAS P 第二路 MIC 的偏置電壓 (1) 第一路音頻接口 第一路音頻輸入輸出通道 (MICP、 MICN； EARP、 EARN)，全部為差分信號， PCB 布線時必須滿足差分信號走線要求，并且走線要盡可能短，避免射頻信號對音頻產(chǎn)生干擾。如果僅使用一路音頻通道的情況下，建議使用第一路音頻通道。電容要盡可能的靠近音頻連接器放置，避免靜電放電對音頻通路造成損壞。 電路如圖 36 所示 (2) 第二路音頻接口 第二路音頻輸入輸出通道 (MIC MICBIAS、 SPKP、 SPKN)，其中輸出通路為差分信號，輸入通路為單端信號。電容要盡可能的靠近音頻連接器燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 放置，避免靜電放電對音頻通路造成損壞。對于差分信號，需要平行等距離的進(jìn)行 PCB 走線，走線長度盡量最短，兩邊濾波 電路盡量對稱，兩差分信號間盡量靠近，外加包地處理，輸出音頻差分對信號與輸入音頻差分對信號通過地的方式有效隔開，同時需要遠(yuǎn)離電源、射頻和天線等電路。電路如圖 37 所示。 MIC1LS133pC1233pC1033pC1133pC1833pC1533pC17GNDGNDMIC1_PMIC1_NEAR_PEAR_N 圖 36 第一路音頻接口電路圖 LS233pC2433pC2133pC23GNDMIC233pC351nC34C33GNDMIC2MICBIASSPK_NSPK_P220RR19R20GND 圖 37 第二路音頻接口電路圖 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計與開發(fā) 25 電源接口 EM310 GSM 模塊正常工作需要外部提供供電電源 VBAT 和實時時鐘備用電源 VDDRTC。 EM310 GSM 模塊電源接口管腳定義如表 33 所示： 表 33 電源接口示意圖 管腳號 信號名 I/O 描述 參數(shù) 26～ 30 VBAT P 電源 ～ ，當(dāng)模塊以最大功率發(fā)射時，電源供電電流將達(dá)到瞬時 左右， VBAT 電壓將會有跌落，但必須保證供電電壓最小值不能低于 。 21～ 25 GND 地 0V 18 VDDRTC P 實時時鐘 (RTC) 備用電源輸入 ～ 5V (1) VBAT 接口 EM310 GSM 模塊需要外部提供供電電源，供電電源電壓輸入范圍為 ～ （典型值 ），外部電源通過 B2B 連接器的 VBAT 管腳為模塊供電。 50PIN B2B 連接器為外部供電電源輸入 提供 5 個 VBAT 管腳和 5 個 GND 管腳，模塊在使用時，務(wù)必保證全部管腳都得到有效使用。 當(dāng)模塊以最大功率發(fā)射時，電源供電電流將達(dá)到瞬時 左右， VBAT 電壓將會有跌落，但必須保證供電電壓最小值不能低于 。要求外部電源能夠提供 GSM 以最大發(fā)射功率發(fā)射時所需的電流。推薦使用輸出電流大于 2A 的 LDO 或開關(guān)電源。并且在模塊的電源端口處并聯(lián)一個 1mF 以上的蓄能電容，推薦添加 以上的電解電容。 (2) VDDRTC 接口 VDDRTC 是 EM310 GSM 模塊 內(nèi)部實時時鐘備用電源輸入接口。當(dāng) VBAT 在位時，實時時鐘可以通過 VBAT 供電；當(dāng) VBAT 不在位時，VDDRTC 為實時時鐘提供備用電源。 VDDRTC 可以使用電池供電（可充電或不可充電），電池電壓范圍是 ～ 5V。如果不使用電池，也可以外接電容，電容的容值大小決定了在 VBAT 不在位時實時時鐘的持續(xù)時間。 USB 總線接口 EM310 GSM 模塊 USB 接口用于升級模塊程序、調(diào)試軟件時使用， 及進(jìn)行模塊的 2 次開發(fā)。 USB 接口定義如表 34 所示： 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 表 34 USB 接口定義 管腳號 信號名 I/O 描述 8 GND P 地 9 USB_D I/O USB 數(shù)據(jù)線 10 USB_D+ I/O USB 數(shù)據(jù)線 11 VBUS P USB 電源 GPRS 模塊整體電路 GPRS 模塊：針對所選用的 GPRS 模塊設(shè)計相應(yīng)的電路， GPRS 模塊通過串口與 STM32 處理器的 USART 2 相連，通過 SPI 接口與 SIM 卡相連，并把 GPRS 模塊的語音接口連出來，組成一個功能齊全的電路； 主框圖電路如圖 38 所示： EM310 無線 GPRS 單元SIMCLKSIMIOSIMRSTLPGEM310IGT104C13104C16330RR15104C14MIC2SIMGNDMICBIASMIC1_PMIC1_NSPK_NSPK_PEAR_PEAR_NSIMVCCEM310Batt+26Batt+27Batt+28Batt+29Batt+30GND21GND22GND8GND23GND24NC5SIM_RST4SIM_DATA3SIM_CLK1SIM_VCC2SIM_GND6NC7USB_D9USB_D+10VBUS11