【正文】 能夠走到今天，離不開老師同學們的幫助、親人朋友們的支持！感激之心拳拳，然而文字單薄，僅能承載萬一 ! 參考文獻 [1] 張毅剛，劉杰 . 單片機原理及應用 [M].哈爾濱工業(yè)大學出版社 . 20xx : 219226 [2] 周荷琴，吳秀清 .微型計算機原理與接口技術 [M].中國科 學技術大學出版社 .20xx [3] 劉建清 . 從零開始學單片機技術 [M].國防工業(yè)出版社 . 20xx : 249257 [4] 楊恢先，黃輝先 .單片機原理及應用 [M]. 人民郵電出版社 . 20xx: 146149 [5] 張鑫 . 單片機原理及應用 [M].電子工業(yè)出版社 . 20xx : 1422 [6] 何宏 . 單片機原理與接口技術 [M].國防工業(yè)出版社 . 20xx : 256262 [7] 潘永雄 . 新編單片機原理與應用 [M].電子科技大學出版社 .20xx: 5463 [8] 雷思孝 . 單片機系統(tǒng)設計及工程應用 [M].西安電子科技大學出版社 .20xx:156168 [9] 龍威山 . 單片機應用入門 [M].北京大學出版社 .20xx: 1628 [10] 張桂紅 . 單片機原理與應用 [M].福建科學技術出版社 .20xx。張述杰教授獨特的視野，讓我明白做人要有自己的特點。李軒 副 教授激情洋溢的授課，將 精彩豐呈的 電子學世界展現(xiàn)給我。所有的經(jīng)歷，無論成敗喜憂，都會成為我面對未來生活的財富儲備。這半年的畢業(yè)設計時間，讓我學到 很多，也成長了很多，相信在電子設計這條道路上，我會越走越遠。所以設計系統(tǒng)的過程要求我們應該擁有很大的耐心去不斷的調(diào)試和改正。 原理圖設計、軟硬件調(diào)試的過程，要求我擁有細心和耐心。這些知識不是從書本上就能學到的，是自己在實際設計和操作中不斷的總結得出，對日后的工作具有很大的用處。 通過半年的畢業(yè)設計，過 程雖然辛苦，但收獲頗豐。 雖然系統(tǒng)還不是很完善，比如在存儲數(shù)據(jù)時有丟失數(shù)據(jù)的問題，但調(diào)試結果 基本完成了任務書所要求的各項功能和技術指標 。 所以 基于 GPS 的車輛 行駛信息記錄系統(tǒng) 的設計 有著很大的經(jīng)濟、社會效益。廣泛應用于地面車輛跟蹤和城市智能交通管理方面。如何加強對車輛的管理，規(guī)范駕駛員的駕駛行為，減少交通事故的發(fā)生，營造一個和諧、通暢的行車環(huán)境己成為交通運輸和安全管理部門面臨的一個重要問題 而 GPS 衛(wèi)星導航全球定位系統(tǒng)自問世以來，在導航、定位領域發(fā)展勢頭迅猛，引起世界各界人士的關注。 總之，整個系統(tǒng) 具有硬件電路簡單、成本低廉、編程方便、性能穩(wěn)定的特點，具有一定的使用價值。 整個系統(tǒng)的主要器件都比較常見，價格比較合理，尤其存儲 部分采用的 SD 卡讀寫模塊在能夠很好的完成顯示的前提下，更具有成本較低的優(yōu)勢。但從最后存儲的數(shù)據(jù)可以看到系統(tǒng)在存儲數(shù)據(jù)時有數(shù)據(jù)缺失，造成此現(xiàn)象的可能原因有： （ 1） 解析信號時解析不完整； （ 2） 在存儲過程中造成數(shù)據(jù)丟失。 調(diào)試 結果與分析 給系統(tǒng)上電之后 通過 串口調(diào)試助手發(fā)送數(shù)據(jù)，硬件整體效果如圖 所示： 圖 上電 時電路 斷開電源后 取出 SD 卡插入到計算機中打開 ，可以看到創(chuàng)建的 文件。不需要通過鍵盤和顯示模塊來調(diào)試，只需要將 GPS OEM 接收板用串口線與計算機相連就可以進行調(diào)試。在進行串行通信接口模塊的調(diào)試時使用的是串口調(diào)試助手軟件。 串行通信接口模塊主要完成的功能是單片機與計算機之間的數(shù)據(jù)傳送。具體步驟如下： (1)檢查電路連接； (2)打開 程序下載軟件； (3)設置串口； (4)裝 載生成的 .txt 文件； (5)執(zhí)行。 如果沒有錯誤，則編譯、連接成功，并且信息窗口給出提示信息。在 Option 中選擇 單片機 芯片型號（ 如選擇 芯片 MSP430F149）和需要的相關生成文件（如 生成可下 載到芯片 中的 .txt 文件 ） 。在 Workspace 中創(chuàng)建新文件命名并 保存 到指定的文件夾中 。 軟件調(diào)試方法及步驟 系統(tǒng)在 IAR軟件的調(diào)試 使用該軟件進行開發(fā)的過程為，啟動軟件后先建立工程文件，命名并保存 到指定的文 件夾中 。從中可以了解和評估 IAR EWARM 的功能和使用方法。 IAR EWARM 中包含一個全軟件的模擬程序 (simulator)。硬件調(diào)試的目的是 把 系統(tǒng) 的各個部分 有機的組合起來 ，成為一個整體。 軟件調(diào)試主要是檢查 程序編寫的 語法錯誤，即能否正確編譯、單步運行時邏輯上是否正確；然后要把程序下載單片機內(nèi)，看能否實現(xiàn)系統(tǒng) 預期 的功能，這一部分是最為關鍵的環(huán)節(jié)。 它提供一個方便的窗口界面用于迅速的開發(fā)和調(diào)試嵌入式 。 本課題采用的是 “ $GPRMC” 語句，內(nèi)含所需要的時間、經(jīng)度、緯度及日期等 信息。 對數(shù)據(jù)幀處理，是先對幀頭進行判 斷 ，然后只對感興趣的幀 進行數(shù)據(jù)的提取處理。這些幀頭標識了后續(xù)幀內(nèi)數(shù)據(jù)的組成和結構特點。數(shù)據(jù)幀主要由幀頭、幀尾和幀內(nèi)數(shù)據(jù)組成。因此，必須通過程序?qū)⒏鱾€字段的信息從接收到的字節(jié)流中提取出來，將其轉(zhuǎn)換成實際意義的，可供高層決策使用的定位信息數(shù)據(jù)。 GPS 定位信息的接收只負責從串口接收數(shù)據(jù)并將其放置于緩存，在沒有進一步處理之前緩沖中是一長串 ASCII 碼字節(jié)流，這些信息在沒有經(jīng)過分類提取之前是無法加以利用的。 注：接收到應答，其中 8 位任何一位不為 0，表示命令執(zhí)行失敗，原因參考位標識。在創(chuàng)建文件、創(chuàng)建文件夾、打開文件之前要求關閉 當 前打開的文件，才可以執(zhí)行這些命令，否則返回失敗。 例： 55 AA 04 00 00 04 保存文件。 注：接收到應答，其中 8 位任何一位不為 0，表示命令執(zhí)行失敗，原因參考位標識。 0x04 該命令為主機提供保存當前打開文件的功能，為了防止頻繁寫 SD 卡，每次送入模塊的數(shù)據(jù)先是保存在模塊的 512 字節(jié)的扇區(qū)緩沖中，所以為了防止數(shù)據(jù)丟失，完成所有數(shù)據(jù)的傳輸后，要發(fā)送保存文件命令來保存文件。 如果要連續(xù)寫入文件，只要把寫命令中的地址信息置最大值， 0xffffffff就可以了。 注：接收到應答，其中 8 位任何一位不為 0，表示命令執(zhí)行失敗，原因參考位標識。每寫一個數(shù)據(jù)文件指針自動加 1，當數(shù)據(jù)寫完， 文件指針指向最后一個數(shù)據(jù)地址加 1 的位置。 例： 55 AA 06 0D 00 31 32 33 34 35 36 37 38 2E 74 78 74 00 45 打開 。命令格式如下，其中個數(shù)占 2字節(jié)，低字節(jié)先發(fā)送： 0x55 0xaa 0x06 個數(shù) (2 字節(jié)，低字節(jié)在前 ) 校驗和 應答的數(shù)據(jù)為 1 個字節(jié)的狀態(tài)信息，各位分別代表不同的狀態(tài)： Bit 0， SD 卡不存在狀態(tài)， 1 表示 SD 卡不存在； Bit 1，文件打開狀態(tài)， 1 表示當前有文件打開，打開失敗，先關閉文件在調(diào)用該命令； Bit 2，文件名狀態(tài)， 1 表示文件名不是標準的 文件格式； Bit 3，文件存在狀態(tài)， 1 表示無該文件； Bit 4，無定義； Bit 5，文件系統(tǒng)類型， 1 表示不為 FAT文件系統(tǒng)； Bit 6，系統(tǒng)忙狀態(tài)， 1 表示系統(tǒng)正處在 忙狀態(tài)； Bit 7，校驗和狀態(tài)， 1 表示發(fā)送命令的校驗和不正確。 0x06 該命令為主機提供打開文件的功能。 注：接收到應答，其中 8 位任何一位不為 0，表示命令執(zhí)行失敗 。參數(shù)為 N字節(jié) 文件格式的文件名（ 字符串格式，即文件名以 0 結尾 ），即 8 字節(jié)的基本文件名（模塊不支持漢字編碼，字母不區(qū)分大小寫）， 3 字節(jié)擴展名。 類似問題還有保存命令，關閉命令。 對于 FAT協(xié)議來講，文件數(shù)越多造成得尋址和判斷（判斷文件重命名）時間越來越長，使建立文件命令執(zhí)行時間增長，所以在使用命令時一定要判斷模塊的BUSY腳，如果處于 BUSY狀態(tài)發(fā)送的后續(xù)命令就會被模塊丟棄，直到不為 BUSY狀態(tài)時，后續(xù)命令才可被模塊執(zhí)行。本系統(tǒng)的主程序 流程圖 如圖 所示。 系統(tǒng)各部分程序 主程序 設計系統(tǒng)時，一般會設計系統(tǒng)的主程序。 整體硬件電路實物圖如圖 所示 ： 圖 整體硬件電路實物圖 第 4 章 系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)軟件總體設計概述 本次課題是基于 GPS 的車輛行駛信息記錄系統(tǒng)的設計，主要實現(xiàn) GPS 數(shù)據(jù)接收、 GPS 數(shù)據(jù)信息處理以及 GPS 有效數(shù)據(jù)信息存儲等功能，而這些功能通過使用 IAR Embedded Workbench 集成調(diào)試軟件編寫程序來實現(xiàn)。 電源模塊 電路 由于整個系統(tǒng)采用 5V 和 供電，又考慮到硬件系統(tǒng)要求電源具有穩(wěn)壓功能和波紋小等特點，另外也考慮到硬件系統(tǒng)的低功耗等特點，因此該硬件系統(tǒng)的電源先用 LM7805 穩(wěn)壓為 5V給外圍模塊電路供電，再用 SPX1117 芯片穩(wěn)壓得到 電壓，給 CPU 和 設備供電。通過命令提供給主機有如下功能： (1)文件的創(chuàng)建（注：文 件名只支持 文件格式： 持中文，文件名長度為最大 8個字符）； (2)文件的打開（ 文件名格式）； (3)文件的連續(xù)寫入和文件的給定起始地址寫入； (4)文件的連續(xù)讀取和文件的給定起始地址讀??； (5)當前打開文件的保存； (6)當前文件的關閉； (7)文件指針的設置； (8)當前打開文件信息的讀取，包括文件的大小和當前文件指針值； (9)獲取系統(tǒng)的狀態(tài)（有無 SD卡，是否為 FAT32文件格式，系統(tǒng)是否繁忙）； (10)通過模塊上的撥碼開關設置串口波特率（ 2400， 9600， 19200， 57600，115200）。由于 SD卡規(guī)范和 FAT規(guī)范是非常復雜，如果在項目中要單獨來寫這兩個規(guī)范的非常費時和費力，而且非常占用系統(tǒng)資源；現(xiàn)在的便攜儀采集的數(shù)據(jù)種類越來越多，數(shù)據(jù)量越來越大，而其大部分要求在計算機上備份數(shù)據(jù)或者后期用計算機處理數(shù)據(jù)；而 SD 卡以其容量大，速度快，接口簡單，加之配套的讀卡器便宜而發(fā)展迅速；這些主觀和客觀的因素促使項目中迫切要求使用 SD 卡加 FAT文件系統(tǒng)來存儲數(shù)據(jù)，也促使本模塊的誕生。其電路設計圖如圖 所示。 GPS 接收機的實物圖如圖 所示 ： 圖 GPS接收機實物圖 GPS 接收機引腳圖如圖 所示： 圖 GPS 接收機管腳配置圖 各引腳功能如表 所示。輸出數(shù)據(jù)為多種格式，如 GPGRS、 GPGGA、 GPGSA 等。在獲取了衛(wèi)星的位置信息和測算出衛(wèi)星信號傳輸時間之后，就可算出輸出定位、導航和其他數(shù)據(jù)。 GPS 接收板主要由變頻器、信號通道、存儲器、中央處理器和輸入輸出接口構成。 GPS 接收機功耗非常小，數(shù)據(jù)更新率 為 4HZ，即 為每秒 4 次。 此公司生產(chǎn) 的 GPS OEM 產(chǎn)品的優(yōu)良的性能既能夠滿足靈敏度需求，也能夠滿足動態(tài)需求，所以本項目選擇 RCB4H 作為 GPS 定位模塊。目前，有很多廠商都能提供 GPS OEM 板產(chǎn)品，如 SiRF、 Conexant、 Sychip、 GARMIN 等公司。按接收機的用 途進行分類可分為導航型接收機，測地型接收機，授時型接收機等；按接收機的載波頻率進行分類可分為單頻接收機，雙頻接收機；由于 GPS 接收機的定位原理多樣，應用范圍廣泛，所以分類方法也多種多樣，需要根據(jù)實際應用來選擇適當?shù)慕邮諜C。下面分別介紹 GPS 接收機的分類 、 選擇 與各種特性 。 GPS定位信息接收電路 在進行硬件設計時，應根據(jù)系統(tǒng)的需要來選擇適合的硬件。本文實現(xiàn)了最小系統(tǒng)的基本功能，介紹了各模塊的硬件電路。 復位電路 如圖 所示 ： 圖 復位電路 最小系統(tǒng)可以直接作為核心部件應用與工程和科研中，具有良好的通用性和可擴展性。 由于 MSP430F149 單片機是低電平復位，在復位鍵未按下時，由于電容對直流電的阻隔作用，復位端口 REST 為高電平，因此單片機不執(zhí)行復位功能；當按下復位鍵 S2 時， 電容 C3 通過 S2 放電，此時 REST 為低電平，單片機進入復位狀態(tài)，當釋放 S2 時，電源通過電阻 R8 給電容再次充電，復位端口的點位由低電平緩慢的上升的高電平，在未達到單片機規(guī)定的閾值之前，單片機均認為是低電平，保持復位狀態(tài)當充電完成后，復位端口為高電平，復位結束。會引起產(chǎn)生 PUC 信號的事件： POR 信號發(fā)生時 ； 啟動看門狗 時，看門狗定時器計滿時 ； 向看門狗寫入錯誤的安全參數(shù)值時 ； 向片內(nèi) FLASH 寫入錯誤的安全參數(shù)值時。 POR信號是器件的復位信號，此信號只有在以下的事件發(fā)生時才會產(chǎn)生： 器件上電時 ： RST/NMI 引腳配置為復位模式，當 RST/NMI 引腳 產(chǎn)生 低電平時。 在電源電壓穩(wěn)定之后，再插入一個延時，給予時鐘振蕩器從起振到穩(wěn)定的一 個等待時間。 晶振電路 如圖 所示 ： 圖 晶振電路 在單片機每次初始加電時，首先投入工作的功能部件是復位電路。 高速晶體振蕩器 (HFXT2)也稱為第二振蕩器 XT2，它為 MSP430F149 工作在高頻模式時提供時鐘， XT2 最高可達 8MHz。 低速晶體振蕩器 (LFXTl)滿足了