【導(dǎo)讀】目前GPS已經(jīng)在生產(chǎn)、生活等領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。GPS不僅能夠提供接收機(jī)的。在現(xiàn)代測(cè)繪工作中發(fā)揮著重要作用。夠達(dá)到毫米級(jí)，該設(shè)備可應(yīng)用于地質(zhì)勘探、測(cè)繪等方面。GPS經(jīng)過多年的發(fā)展，已向多媒體、高精度、實(shí)時(shí)性等方向發(fā)展。此ARM與GPS相結(jié)合成為現(xiàn)代GPS設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)。圖及系統(tǒng)控制軟件說(shuō)明等，為測(cè)試的工程化做了有益的嘗試。為數(shù)據(jù)來(lái)源，搭建了適用于GPS數(shù)據(jù)采集的硬件系統(tǒng)。在這個(gè)硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用5作為操作系統(tǒng)，進(jìn)行了系統(tǒng)。了主機(jī)數(shù)據(jù)采集程序，然后根據(jù)GPS定位原理及計(jì)算技術(shù)編寫了數(shù)據(jù)分析軟件。廣泛應(yīng)用于高精度地理位置信息的測(cè)量。

　　

【正文】 ash 一片 4M NOR Flash 串口 一個(gè)五線異步串口，一個(gè)三線串口，一個(gè)三線擴(kuò)展引出 存儲(chǔ)接口 一個(gè) SD卡接口 ,一個(gè) IDE 接口可直接掛接硬盤 LCD 和觸摸屏接口 集成了 4 線電阻式觸摸屏接口的相關(guān)電路 目前支持 寸、 寸、 寸、 8 寸 TFT 液晶屏 ，可為多款液晶提供電壓支持 電源接口 5V 電源供電，帶電源開關(guān)和指 示燈 AD 轉(zhuǎn)換 一個(gè)可調(diào)電阻接到 ADC 引腳上用來(lái)驗(yàn)證模數(shù)轉(zhuǎn)換 EEPROM 一片 IIC 接口的 EEPROM 其他 五個(gè)用戶按鍵 ,五個(gè)用戶 LED,一個(gè) PWM 控制蜂鳴器 基于 ARM 的 GPS測(cè)量數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第三章 GPS測(cè)量數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 22 平臺(tái)分為兩部分，一部分是為了增加通用性而獨(dú)立出來(lái)的核心板，上面包括了CPU、內(nèi)存等關(guān)鍵部分，并且作用專注于計(jì)算的核心；另外一部分是擴(kuò)展的接口部分，稱之為“底板”，把核心板上提供的功能轉(zhuǎn)為日常通用的接口，比如核心板提供了 USB功能，但不能直接使用，需要擴(kuò)展為實(shí)際應(yīng)用的 USB 接口，那么接口就放在了 底板上。這種結(jié)構(gòu)與一般臺(tái)式電腦的設(shè)計(jì)思想是一樣的，在底板上可以插入 CPU、顯卡、硬盤等部件，可以根據(jù)需要進(jìn)行功能的擴(kuò)展。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概述 本系統(tǒng)運(yùn)行的操作系統(tǒng)是 5，可以編寫和運(yùn)行基于 Windows 精簡(jiǎn)指令集的 windows 程序。一般應(yīng)用的導(dǎo)航軟件是基于電子地圖的 GIS 軟件，本系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，可以方便的接入導(dǎo)航軟件；另外，對(duì)于面向測(cè)量專業(yè)應(yīng)用的軟件是本文的重點(diǎn)。 軟件的工作流程如圖 所示 ： 圖 軟件的工作流程 軟件的數(shù)據(jù)處理流程如圖 所示 ： 基于 ARM 的 GPS測(cè)量數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第三章 GPS測(cè)量數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 23 圖 軟件的數(shù)據(jù)處理流程 軟件實(shí)現(xiàn)的功能是：運(yùn)行在 下，監(jiān)測(cè)串口數(shù)據(jù)，當(dāng)檢索到是 GPS 數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)行兩種處理：一是對(duì)位置信息進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)行地學(xué)應(yīng)用；另外是保持原始測(cè)量數(shù)據(jù)，將來(lái)下載到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行軟件后處理。具體的處理方法將在下面的章節(jié)中介紹。 基于 ARM 的 GPS測(cè)量數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 24 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 電路的總體結(jié)構(gòu)是以主控制器為核心的，主控器控制著所有外圍器件，選擇主控器對(duì)系統(tǒng)性能起著關(guān)鍵作用。本文選用 ARM 架構(gòu)的嵌入式微處理器作為系統(tǒng)的主控制器。整個(gè)系統(tǒng)的硬件分為兩大部分：一部分是主機(jī)部分，即控制、存儲(chǔ)、顯示、通信等功能 模塊；另一部分是數(shù)據(jù)源，即 GPS 模塊。 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ARM 微處理器本文選用的是三星公司的 S3C2440A，系統(tǒng)以 S3C2440A 為核心實(shí)現(xiàn) GPS 測(cè)量數(shù)據(jù)接收，下面分別對(duì)各部分電路進(jìn)行闡述。 核心處理模塊 ARM CPU 已經(jīng)在核心板上集成，需要使用底板把核心板上提供的功能轉(zhuǎn)為日常通用的接口，這種結(jié)構(gòu)與一般臺(tái)式電腦的設(shè)計(jì)思想是一樣的，在底板上可以插入 CPU、顯卡、硬盤等部件，可以根據(jù)需要進(jìn)行功能的擴(kuò)展。 GPS 功能模塊通過串口與 ARM接口板進(jìn)行通 信 ，運(yùn)行于 ARM 上的軟件發(fā)送指令控制 GPS 模塊，而 GPS 模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)流交給軟件進(jìn)行解析和運(yùn)用，連接的原理如圖 所示： 基于 ARM 的 GPS測(cè)量數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 25 圖 主機(jī)連接原理 底板電源電路 底板使用 5V/ 直流進(jìn)行供電， 帶電源開關(guān)和指示燈 ， 可為多款液晶提供電壓支持 。存儲(chǔ)器、外部 I/O 口及多數(shù)器件都使用 供電，所以在電路中使用了[13]低壓差電壓調(diào)節(jié)器進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)端通過一個(gè)旁路電容接地增強(qiáng)對(duì)紋波的抑制，防止輸出電壓放大倍數(shù)的增加；同時(shí)，使用電容保持輸出電壓的穩(wěn)定性，提高了回路的穩(wěn)定性。電源 電路原理如圖 所示： 圖 底板電源電路原理 CPU內(nèi)核需要 供電，采用 電壓調(diào)節(jié)器將 電壓調(diào)節(jié)至 ，電源電路原理如圖 所示： 基于 ARM 的 GPS測(cè)量數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 26 圖 電源原理 CPU 控制 ARM CPU 選用 S3C2440A，它是三星公司出品的 32 位 RISC 嵌入式處理器，滿足了嵌入式系統(tǒng)對(duì)低成本、小體積、低功耗、高性能的需求。它采用了 AMBA（ ADVANCEDMICROCONTROLLER BUS ARCHITECTURE），這是一種全新的總 線設(shè)計(jì)，提供完整的系統(tǒng)外圍使得 S3C2440A 能夠盡可能的減少系統(tǒng)整體成本和另外的設(shè)備組件。其外圍電路框圖如圖 (a)和 (b)所示： (a) S3C2440A 外圍的數(shù)據(jù)與地址總線 基于 ARM 的 GPS測(cè)量數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 27 (b) S3C2440A 外圍控制 圖 S3C2440A 的外圍接口 存儲(chǔ)電路 與臺(tái)式電腦類似，嵌入式系統(tǒng)為了與高速 CPU 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，需要把數(shù)據(jù)放在基于 ARM 的 GPS測(cè)量數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 28 SDRAM 中運(yùn)行，相當(dāng)于臺(tái)式電腦的“內(nèi)存”；而數(shù)據(jù)需要進(jìn)行較低速度的存取及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，因此數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 Flash 中，相當(dāng)于臺(tái)式電腦中的“硬盤”，這樣系統(tǒng)掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。 1. SDRAM 存儲(chǔ)器 本系統(tǒng)選用兩片 K4S561632ETC75[14]并聯(lián)構(gòu)建 32 位的內(nèi)存系統(tǒng)，共 64M SDRAM空間，可以滿足嵌入式系統(tǒng)復(fù)雜的功能運(yùn)行需求， 其電路連接如圖 所示： A023A124A225A326A429A530A631A732A833A934A 1 035A 1 136A 1 236B A 020B A 121L D Q M15UDQM39C K E37C L K38V S S 028V S S 141V S S 254V S S Q 06V S S Q 112V S S Q 246V S S Q 352DQ02DQ14DQ25DQ37DQ48DQ510DQ611DQ713DQ842DQ944D Q 1 045D Q 1 147D Q 1 248D Q 1 350D Q 1 451D Q 1 553WE16C A S17R A S18CS19VDD01VDD114VDD227VDDQ03VDDQ19VDDQ243VDDQ349N .C / R F U40A?K 4 S 5 6 1 63 2 EP or tP or tP or tP or tC K EC L KN W B E 0N W B E 1A D D R 02A D D R 03A D D R 04A D D R 05A D D R 06A D D R 07A D D R 08A D D R 09A D D R 10A D D R 11A D D R 12A D D R 13A D D R 14A D D R 24A D D R 25D A T A 0 0D A T A 0 1D A T A 0 2D A T A 0 3D A T A 0 4D A T A 0 5D A T A 0 6D A T A 0 7D A T A 0 8D A T A 0 9D A T A 1 0D A T A 1 1D A T A 1 2D A T A 1 3D A T A 1 4D A T A 1 5D A T A [ 0 0 15 ]P or tP or tP or tP or tCSR A SC A SWE3 .3 VA023A124A225A326A429A530A631A732A833A934A 1 035A 1 136A 1 236B A 020B A 121L D Q M15UDQM39C K E37C L K38V S S 028V S S 141V S S 254V S S Q 06V S S Q 112V S S Q 246V S S Q 352DQ02DQ14DQ25DQ37DQ48DQ510DQ611DQ713DQ842DQ944D Q 1 045D Q 1 147D Q 1 248D Q 1 350D Q 1 451D Q 1 553WE16C A S17R A S18CS19VDD01VDD114VDD227VDDQ03VDDQ19VDDQ243VDDQ349N .C / R F U40A?K 4 S 5 6 1 63 2 EP or tP or tP or tP or tC K EC L KN W B E 0N W B E 1A D D R 02A D D R 03A D D R 04A D D R 05A D D R 06A D D R 07A D D R 08A D D R 09A D D R 10A D D R 11A D D R 12A D D R 13A D D R 14A D D R 24A D D R 25D A T A 0 0D A T A 0 1D A T A 0 2D A T A 0 3D A T A 0 4D A T A 0 5D A T A 0 6D A T A 0 7D A T A 0 8D A T A 0 9D A T A 1 0D A T A 1 1D A T A 1 2D A T A 1 3D A T A 1 4D A T A 1 5D A T A [ 0 0 15 ]P or tP or tP or tP or tCSR A SC A SWE3 .3 VA D D R [0 2 2 5] 圖 SDRAM 連接圖 2. Flash 存儲(chǔ)器 由于 FLASH 存儲(chǔ)器具 有體積小、容量大、掉電數(shù)據(jù)不丟失、成本低等優(yōu)點(diǎn)，作為一種安全、快速的存儲(chǔ)介質(zhì)，已經(jīng)逐步取代其它半導(dǎo)體存儲(chǔ)元件，成為嵌入式系統(tǒng)中主要的數(shù)據(jù)和程序的存儲(chǔ)媒體。 Intel 生產(chǎn)的 JS28F320J3D75[15]作為嵌入式 Flash內(nèi)存來(lái)使用，包含 256 個(gè) 128Kbytes的塊，可進(jìn)行快速的擦寫，總?cè)萘窟_(dá)到 32Mbytes，外圍電路較簡(jiǎn)單。 JS28F320J3D75芯片接入系統(tǒng)的電路如圖 所示： 基于 ARM 的 GPS測(cè)量數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 29 圖 JS28F320J3D75 外部電路 接口轉(zhuǎn)換電路 藍(lán)牙、其他控制設(shè)備與主機(jī)的通 信 都采用串 口方式。 RS232 采用的是負(fù)邏輯，導(dǎo)致信號(hào)電壓不匹配 ， 無(wú)法直接進(jìn)行通信，需要接口電路實(shí)現(xiàn)電平標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換。 MAX202E[16]是 +5V 供電的雙路 RS232 驅(qū)動(dòng)器，可以實(shí)現(xiàn) TTL 到 RS232 的 電平 轉(zhuǎn)換，電路如圖 及圖 所示： 基于 ARM 的 GPS測(cè)量數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 30 圖 串口轉(zhuǎn)換電路 1 圖 串口轉(zhuǎn)換電路 2 顯示電路 系統(tǒng)顯示電路采用液晶屏。液晶的顯示方式是被動(dòng)式顯示，其本身并不能發(fā)光，基于 ARM 的 GPS測(cè)量數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 31 而是依賴周圍環(huán)境的光線進(jìn)行顯示。液晶具有無(wú)閃爍，體積小，功耗低，適用范圍廣等特點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)逐步取代傳統(tǒng)的 CRT 成為了一種常用的顯示 方式。本系統(tǒng)采用了三星的真彩色 TFT 液晶屏 LTV350QVF04[17]，它具有 26 萬(wàn)色 ， 分辨率 為 320*240，自帶4 線 觸摸屏 ，采用 6 個(gè) LED 作為背景光源。 LCD 控制信號(hào)連接匹配電阻，可以實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離傳送數(shù)據(jù)。其中， TSXP， TSXM 用于連接標(biāo)準(zhǔn)四線電阻式觸摸屏的 X 組引腳，TSYP， TSYM 用于連接 Y 組引腳。電路原理如圖 所示： 圖 液晶外圍電路 LTV350QVF04 自帶的 4 線觸摸屏電路如圖 所示： 基于 ARM 的 GPS測(cè)量數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 32 圖 觸摸屏電路 鍵盤 鍵盤是標(biāo)準(zhǔn)的輸入設(shè)備