【正文】 xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 標(biāo)號 ―5‖表示 經(jīng)度 ，其 格式 為： (度分 )(前面的 0 也將被傳輸 )； 標(biāo)號 ―6‖ 表示 經(jīng)度半球 ，其中包括 east 和 west； 標(biāo)號 ―7‖表示 地面速率 (~*103 節(jié)，前面的 0 也 是 會(huì) 被傳輸 的 )； 標(biāo)號 ―8‖表示 地面航向 (~360 度，參考基準(zhǔn) 為地磁北極 ， 同上 )； 標(biāo)號 ―9‖表示 UTC 日期， 其日期格式為： ddmmyy(日月年 )； 標(biāo)號 ―10‖表示 磁偏角 (0~180 度，前面的 0 跟上面的數(shù)據(jù)一樣會(huì) 被傳輸 )； 標(biāo)號 ―11‖表示 磁偏角方向， 其中包括 east 或 west； 標(biāo)號 ―12‖表示 模式指示 (其中 A 表示 自主定位， D 代表 差分， E 表示 估算，N 代表 數(shù)據(jù)無效 )； 解析內(nèi)容： 1. GPS 上接收到的時(shí)間格式為格林威治時(shí)間，即世界時(shí)間（ UTC），因此我們需要把它轉(zhuǎn)換成北京時(shí)間（ BTC）以便方便我們使用， BTC 和 UTC 的時(shí)差 為 8 個(gè)小時(shí)，因此我們要在這個(gè)時(shí)間基礎(chǔ)上加 8 個(gè)小時(shí)才是北京時(shí)間。 3. 緯度，把緯度轉(zhuǎn)換成度分秒的格式 是很有必要的，因?yàn)橹挥羞@樣我們才能看得懂。 4. 南北緯， 它包括 兩種值 ： north and south； 5. 仿照 上面 緯度的計(jì)算，我們就可以得到經(jīng)度的數(shù)值； 6. 東西經(jīng)，這個(gè)位也有兩種值 east（東經(jīng)）和 west（西經(jīng)）； 7. 速率，這個(gè)速率單位是海里 /時(shí)， 為了把它轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)單位 千米 /時(shí)， 我們應(yīng)該知道換算的比例，因?yàn)?1 海里 = ， 所以我們需要 把 通過計(jì)算 得到的速率 全都乘以 才行，這樣 就可以得到標(biāo)準(zhǔn)的速率； 8. 航向，指的是 我們行駛的方向和正北的夾角 ； 9. 日期 ， GPS 中的日期為準(zhǔn)確日期，因此不需要轉(zhuǎn)換。 GPS 模塊工作原理 GPS 模塊原理圖如下所示： 圖 主芯片原理圖 天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 圖 TTL 電平接口 NEO5Q 的引腳功能： VCC 主電源供電引腳。最大電源紋波峰峰值不得超過 50mV。在 VCC 主電源掉電的期間內(nèi)可以繼續(xù)維持實(shí)時(shí)時(shí)鐘和備用 RAM 的供電。如果備用電池未接入，那么在上電時(shí)接收器將執(zhí)行一個(gè)冷啟動(dòng)。（注： GPS 的熱啟動(dòng) 冷啟動(dòng)和溫啟動(dòng)） GPS 開機(jī)定位分為冷啟動(dòng)、溫啟動(dòng)和熱啟動(dòng)三種方式。初次使用時(shí)的啟動(dòng)；電池耗盡導(dǎo)致星歷信息丟失時(shí)的啟動(dòng)；關(guān)機(jī)狀態(tài)下將接收機(jī)移動(dòng) 1000公里以上距離時(shí)； 溫 啟動(dòng)：距離上次定位的時(shí)間超過兩個(gè)小時(shí)的啟動(dòng)； [6] 熱啟動(dòng)：距離上次定位的時(shí)間小于兩個(gè)小時(shí)的啟動(dòng)。 VDD_USB USB 接口電源，該引腳電壓范圍： 。 電源功耗模式 UBLOX5 提供兩種電源模式：最大性能模式和經(jīng)濟(jì)模式。 系統(tǒng)監(jiān)控 UBLOX5 GPS 和伽利略接收器提供系統(tǒng)監(jiān) 控功能，這允許嵌入式處理器的操作及關(guān)聯(lián)外圍設(shè)備的監(jiān)督。 Class ―MON‖。支持?jǐn)?shù)據(jù)速率： k Bit/s to 天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 115 K Bit/s.。） B、 USB 在主機(jī)的 USB 接口和接收器的 VDD_USB 引腳間必 須接入一個(gè)LDO（輸出 ）。但在總線供電方式下，電流最大約 150mA 左右。 C、 DDC 2I C 2I C 通訊總線， SDA2 和 SCL2引腳內(nèi)置上拉。 D、 SPI I/O 引腳 A、 EXTINT0是一個(gè)有固定輸入電壓閥值的中斷輸入引腳。 B、配置引腳： (CFG_COM0, CFG_COM1, CFG_GPS0) NEO5 模塊提供了一些引腳用于開機(jī)時(shí)間配置。一旦模塊啟動(dòng)，除非系統(tǒng)掉電或者復(fù)位修改后的信息一直保持，否則 UBX 的配置信息就會(huì)被修改。 天線供電： NEO5 RF_IN 引腳不對天線供電。用戶可對極性（上升沿或下降沿）和脈沖寬度進(jìn)行設(shè)置。 UBX TIM （時(shí)間， Time） TP （時(shí)間脈沖， Timepulse）消息為下一個(gè) TIMEPULSE 提供時(shí)間信息，包括時(shí)間 源和量化誤差。 Timemark 功能可用 UBX – CFG – TM 進(jìn)行使能。 芯片的整個(gè)工作流程為： 芯片需要通過 TTL 電平接口的 VDD 引腳給芯片供電，以維持芯片工作，芯片通過電路板連接到天線，天線接收到數(shù)據(jù) 后傳給主芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，將解析天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 好的數(shù)據(jù)通過 TTL 電平接口的 TXD 和 RXD 引腳傳遞給單片機(jī)，通過在單片機(jī)內(nèi)燒入好的程序進(jìn)行處理，最后在液晶屏上進(jìn)行顯示。這樣的存儲器應(yīng)該滿足這樣的要求，首先他的存儲空間一定要大，這樣才能存儲足夠的數(shù)據(jù)，其次要保證存儲的數(shù)據(jù)一定要安全，還有就是存儲下來的數(shù)據(jù)可以保存足夠長的時(shí)間。 對于大容量的非易失性存儲器， EEPROM或 Flash型存儲器是最普遍的選擇，它們不僅可以保證在掉電的情況下不會(huì)丟失所保存的數(shù)據(jù)，確保了數(shù)據(jù)的安全性，并且能夠改寫很多次，價(jià)格低廉，性價(jià)比相對較高。因此在本次的設(shè)計(jì)中采用 ATMEL 公司生產(chǎn)的 ATMEL24c16 做為歷史數(shù)據(jù)存儲器。它通過 SDA（串行數(shù)據(jù)線）及 SCL（串行時(shí)鐘線 )兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別每個(gè)器件：不管是單片機(jī)、存儲器、 LCD 驅(qū)動(dòng)器還是鍵盤接口。芯片的原理圖為： 圖 AT24C16 芯片原理圖 該芯片的前三個(gè)引腳是三條地址線，芯片的硬件地址由他們來確定。天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 第 5腳 SDA為串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出接口，數(shù)據(jù)通過這條雙向 2I C總線串行傳送，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所用到的試驗(yàn)開發(fā)板上和單片機(jī)的 。SDA以及 SCL和正電源連接，在他們中都需要各接一個(gè) 上拉 電阻。 24C16片內(nèi) 自帶 地址寄存器 ,[7]每寫入或讀出一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，該 芯片的 地址寄存器自動(dòng)加 1， 這樣才能 實(shí)現(xiàn)對下一個(gè)存儲單元的讀寫 工做 。為 了 降低 芯片的 總寫入時(shí)間，一次可以對 8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù) 進(jìn)行寫入操作 。顯示電路一般都會(huì)和鍵盤電路相結(jié)合，一起實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳、下載、顯示狀態(tài)等功能。嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域中 LED、 LCD 的顯示技術(shù)都比較成熟，本系統(tǒng)顯示的信息量大、數(shù)據(jù)多、界面較復(fù)雜，因此采用LCD 的顯示方案。 各種顯示器都有自己特殊的功能，每個(gè)顯示器都有自己的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也都有一些小的缺憾，因 此選擇什么樣的顯示器要根據(jù)系統(tǒng)需要而定。顯示器的作用主要是為人機(jī)交流提供即時(shí)的信息，能讓人們與機(jī)器可以進(jìn)行很好的交流。 其中液晶顯示器（ LCD）也分為好多種型號， 按照顯示方式來分 的話，可 以 分為段位式 的 LCD、字符式 的 LCD 以及 點(diǎn)陣式 的 LCD。 考慮到本系統(tǒng)只需要顯示字符與數(shù)字信息，因此 LCD1602 完全可以滿足設(shè)計(jì)的要求。LCD1602 的引腳接口說明如下表： 天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的 點(diǎn)陣 型液晶模塊。 [9] LCD1602 與單片機(jī)連接的部分原理圖如下圖所示： 圖 LCD1602 與單片機(jī)連接的部分原理圖 第五節(jié) 鍵盤模塊 鍵盤是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用最廣泛的一種數(shù)據(jù)輸入設(shè)備。按鍵通常是一種常開型的開關(guān)按鈕，通常情況下，按鍵的兩個(gè)觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)（開路），按下鍵時(shí)它們才閉合（短路）。編碼鍵盤由檢測鍵閉合的硬件電路、去抖動(dòng)的硬件電路以及產(chǎn)生相應(yīng)鍵編碼的硬件電路和一個(gè)選通脈沖組成。此種編碼鍵盤雖然使用起來很方便，但是它硬件開銷大、電路比較復(fù)雜、成本也比較高，因此常常不被單片機(jī)系統(tǒng)所采用，在單片機(jī)系統(tǒng)中一般是用非編碼鍵盤來代替編碼鍵盤。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是按鍵較少，硬件設(shè)計(jì)簡單且相應(yīng)的鍵掃描軟件實(shí)現(xiàn)也比較簡單。獨(dú)立式鍵盤的工作過程與矩陣式鍵盤類似，無論是硬件結(jié)構(gòu)還是軟件設(shè)計(jì)都比較簡單，每個(gè)按鍵占用一條 I/O 線，當(dāng)按鍵數(shù)量較多時(shí)， I/O 口利用率不高，但程序編制簡單，適用于所需按鍵較少的場合。軟件部分主要是由編程語言來實(shí)現(xiàn)，對于單片機(jī)的系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)來說，我們可以用匯編語言和 C 語言程序來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的軟件功能。它用助記符（ Mnemonic）代替操作碼，用地址符或標(biāo)號代替指令 或操作數(shù)的地址，如此就增強(qiáng)了程序的可讀性，且降低了編寫難度，像這樣符號化的程序設(shè)計(jì)語言就是匯編語言，因此亦稱為符號語言。匯編語言通常是為特定的硬件系統(tǒng)而專門設(shè)計(jì)的。 相比于匯編語言的這些缺點(diǎn)，基于單片機(jī)的 C 語言的程序設(shè)計(jì)完全解決了匯編語言的這些缺點(diǎn)。它把高級語言的基本結(jié)構(gòu)和語句與低級語言的實(shí)用性結(jié)合起來。它的應(yīng)用范圍廣泛，具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，不僅可以用在軟件開發(fā)上，編寫系統(tǒng)軟件，也可以用于硬件系統(tǒng)的開發(fā)，具體應(yīng)用比如單片機(jī)以及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)等。雖然在數(shù)據(jù)的封裝性上， C 在數(shù)據(jù)的安全性有很大缺陷，但這對這次要完成的記錄儀的軟件設(shè)計(jì)沒有一點(diǎn)影響，考慮到這些因素，在這次的軟件設(shè)計(jì)中我們用 C 語言做為主要編程語言。如果數(shù)據(jù)無效，返回初始化。 天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 第三節(jié) GPS 接收模塊的軟件設(shè)計(jì) GPS 模塊的程序的軟件設(shè)計(jì)主要是初始化 GPS 模塊的信息，判斷 GPS 模塊初始化是否準(zhǔn)備完畢，準(zhǔn)備完畢則接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，如果沒有初始化完畢的話，延遲一段時(shí)間，繼續(xù)判斷 GPS 模塊是否準(zhǔn)備完畢， 直到 初始化完成結(jié)束，才開始執(zhí)行下面的步驟。 GPS 模塊程序設(shè)計(jì)的流程圖如下圖所示： 圖 GPS 模塊程序設(shè)計(jì)的流程圖 天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 第四節(jié) 數(shù)據(jù)存儲模塊的軟件設(shè)計(jì) 汽車行駛記錄儀所需要存儲的數(shù)據(jù)有車速信息、海拔高度信息、經(jīng)緯度信息等汽車的位置信息以及實(shí)時(shí)的時(shí)鐘信息。在以后的程序運(yùn)行中，初始化后首先應(yīng)等待消息并判斷所接受到的消息的類別，然后按照時(shí)間、車速、經(jīng)緯度，海拔和水平面高度的順序進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，在數(shù)據(jù)的存儲時(shí)首先要判斷存儲空間是否已滿，滿的話先用串口通信方式把所有的存儲數(shù)據(jù)發(fā)送給 PC 機(jī)，并將他們?nèi)看鎯?，然?進(jìn)行 EEPROM的擦除工作。 圖 數(shù)據(jù)存儲流程圖 天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 第五節(jié) 鍵盤和液晶顯示模塊的軟件設(shè)計(jì) 顯示器根據(jù)鍵盤按鍵的不同，可以顯示出不同的內(nèi)容；按鍵的作用主要控制液晶屏的翻頁。鍵盤和液晶顯示模塊的程序流程圖如下圖所示： 圖 鍵盤和液晶顯示模塊的程序流程圖 天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 結(jié) 論 在兩個(gè)多 月的時(shí)間里，經(jīng)過閱讀大量的文獻(xiàn)，借鑒各國的前輩們設(shè)計(jì)的行車記錄儀的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過方案評估，電路設(shè)計(jì)，調(diào)試和總結(jié)等階段，并且在自己不斷的努力和同學(xué)們的幫助下，最終完成了這個(gè)基于單片機(jī)的行車記錄儀的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。即利用 GPS 模塊接收信號和單片機(jī)的處理最終可以在液晶屏上顯示汽車當(dāng)前的位置信息以及車輛的行駛狀態(tài)和當(dāng)前的日期和時(shí)間，并且可以用鍵盤來控制液晶屏顯示的內(nèi)容。通信系統(tǒng)的知識包括對接收到的數(shù)字信號的處理， GPS 方面的知識主要包括 GPS 系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理， GPS 定位儀的設(shè)計(jì)原理和方案等。除此之外，實(shí)際工作中還需要學(xué)習(xí)一些實(shí)用的知識，例如不同集成電路芯片的設(shè)計(jì)指南，包括微控制器 STC90C51RD+， GPS接 收 模塊 NEO5Q 以及其他一些存儲器，外設(shè)等芯片的使用和設(shè)計(jì)指南。 [11]這些東西好多對我來說都是首次接觸， 如果想要對它們靈活運(yùn)用就必須將它們 完全消化 吸收 。在工作中 也要 向老師和同學(xué) 多多的請教 ，通過系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和 實(shí)踐 的鍛煉，積累 一定 的基礎(chǔ)知識和 提高自己 實(shí)際開發(fā) 的 技能。例如，在調(diào)試液晶顯示屏顯示內(nèi)容的時(shí)候，液晶屏只是會(huì)亮，但是不出現(xiàn)任何的內(nèi)容，反復(fù)查程序的錯(cuò)誤所在，卻沒有一點(diǎn)收獲，后來在無意中發(fā)現(xiàn)原來是液晶屏電路圖看錯(cuò)了導(dǎo)致引腳插反，導(dǎo)致在液晶屏上看不到任何的內(nèi)容。當(dāng)時(shí)就覺得，做一個(gè)產(chǎn)品，想法很容易想出來，但是調(diào)試過程真是特別的難。在換過晶振之后，單片機(jī)可以很好的接收來自 GPS 模塊的數(shù)據(jù)并且在液晶屏上顯示出來。例如存儲模塊，本次使用的存儲模塊 為 EEPROM存儲器， EEPROM 的特點(diǎn)是存儲空間小并且存儲速度慢，雖然對于本次的設(shè)計(jì)影響不大，但是當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)更好一點(diǎn)的行車記錄儀的時(shí)候， EEPROM 就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，這就需要存儲空間更大存儲速度更快的存儲器來代替它。假如換成彩色液晶屏來實(shí)現(xiàn)內(nèi)容顯示的話，只是用單片機(jī)又是不能實(shí)現(xiàn)的，必須換成處理速度更快內(nèi)存空間更大的處理設(shè)備，例如基于 32 位嵌入式系統(tǒng)的行車記錄儀的設(shè)計(jì)。在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我了解了行車記錄儀的發(fā)展史以及國內(nèi)外的研發(fā)現(xiàn)狀，知道了行車記錄儀設(shè)計(jì)的國家要求，也知道了行車記錄儀對我們生活的重要性，讓我更進(jìn)一步的對行車記錄儀有了一定的了解，開始只是弱弱的認(rèn)為行車記錄儀只是一個(gè)汽車導(dǎo)航設(shè)備。 本次設(shè)計(jì)的產(chǎn)品并不 是完美的，他只是我在大學(xué)中學(xué)習(xí)到的知識的簡單運(yùn)用