《電子技術應用》
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基于MAX3100和OLED的GPS定位系統設計
摘要: 利用通用異步收發器MAX3100高效的收發特點,和OLED寬溫和抗震的特點開發便攜式GPS定位系統。設計結果表明該系統具有定位準確、適應溫度范圍寬、抗震強、功耗低的特點。
Abstract:
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0 引言

  在單片機應用系統中,串行數據通信通常采用芯片">8251,但因8251的通信波特率不高,不能應用于晶振較高的系統,這就使得要求高運行速度、高速收發數據的系統無法應用">8251芯片收發數據,而且8251需要有MAX3100支持高速通信,最高通信波特率可達230KBPS,低功耗,支持低電壓,設計后系統體積小,比采用外部時鐘8253">8253提供外部時鐘信號。MAXIM公司推出的新型UART芯片MAX3100

  正好填補了這個空白。MAX3100支持高速通信,最高通信波特率可達230KBPS,低功耗,支持低電壓,設計后系統體積小,比采用外部時鐘8253設計的印制版尺寸的一半還小。而且能夠使軟件設計實現起來更可靠。

  有機發光顯示OLED是比液晶顯示技術更為先進的新一代平板顯示技術,是被業界公認為最具發展前景的下一代顯示技術。有機發光顯示 OLED(Organic Light Emitting Display)與液晶顯示技術相比,具有超輕薄、高亮度、廣視角、自發光、響應速度快、適應溫度范圍寬、抗震強、功耗低、可實現柔軟顯示等優越性能,因此OLED屏正快速擴大其在便攜式電子產品市場上的應用份額,能夠應用于通訊、測繪、鐵路以及兵器等野外惡劣環境。

  1 主要工作原理

  系統主要由AT89C52單片機、MAX3100通用異步收發器、GPS-OEM板、OLED顯示屏等組成。AT89C52單片機通過 MAX3100接收GPS-OEM板發出的NEMA語句,經過軟件編程計算出定位信息(包括:緯度、經度、高度、速度、日期、時間、航向、衛星狀況等) 后,在OLED顯示屏上顯示出來。并且通過MAX3100將這些定位信息以RS232標準串口數據輸出。系統電路原理圖如圖1所示。

  2 單片機與GPS-OEM板之間的數據通信

  單片機與GPS-OEM板之間的數據通信,是通過MAX3100通用異步收發器來實現的,其中單片機震蕩頻率選用11.0592MHz。首先用 MAX232電平轉換芯片,來實現RS232電平與TTL電平的雙向轉換,因為GPS OEM板的串口電平是符合RS232標準的電平,而MAX3100采用的是TTL電平。

  MAX3100的DIN引腳為串行數據輸入端,DOUT為串行數據輸出端,串行時鐘的上升沿鎖存DIN數據,DOUT數據由串行時鐘的下降沿同步輸出。  MAX3100的DIN和DOUT引腳的串行數據序列都是16位數據,其中DIN數據序列的前兩位表征串的數據類型。當前兩位是“1,1”時,表示寫命令,當前兩位是“0,0”時,表示讀數據,當前兩位是“1,0”時,表示寫數據。

  對MAX3100進行初始化配置,是單片機通過寫命令序列來完成的。該命令序列包括奇偶校驗位、數據位、停止位、波特率設置、數據字長度、校驗 FIFO、中斷使能等信息。MAX3100具有自己的波特率發生器,其振蕩器可以用頻率為1.843 2 MHZ或3.6864 MHZ的晶振。波特率由寫命令序列的后4位B0~B3位決定的。

  當單片機接收GPS OEM板的串口數據時,是通過讀MAX3100數據序列來完成的,單片機從MAX3100讀出數據時,需要在DIN寫入一個16位的字(0000H),再從DOUT讀入16位的字,其中的高八位是:接收/發送緩沖區的狀態,數據錯/溢出狀態,接收/校驗位狀態和CTS的狀態,低八位才是接收到的GPS OEM板的串口數據。

  當單片機發送最終的定位數據時,是通過向MAX3100寫入數據序列來完成的,單片機向MAX3100寫入數據時,在DIN寫入的是一個16位的字,其中高八位設置的內容是:寫入標志、允許TX輸出、RTS引腳設定以及傳送校驗位設定。低八位才是要傳送的數據。

  3 OLED顯示屏顯示定位信息

  顯示模塊顯示屏為128列、64行,有1片行驅動器和2片列驅動器,其中行驅動器有64行輸出,每片列驅動器有64路輸出。只要提供電源就能產生驅動信號和同步信號,模塊的外部信號僅與列驅動器有關。列驅動器內置64×64位顯示存儲器,顯示屏上各像素點顯示狀態與顯示存儲器各位數據一一對應,顯示存儲器的數據直接作為圖形顯示的驅動信號,為“1”的時候顯示,為“O”的時候不顯示。系統中OLED顯示屏顯示緯度、經度、高度、速度、日期、時間、航向、衛星狀況等定位信息。

  4 軟件設計

  4.1 看門狗中斷的應用

  MAX706的6腳與7腳分別與AT89C52的P1.7與復位腳相連,在軟件程序中,每隔一段程序插入一個看門狗計數器復位指令,這樣,在程序運行過程中,如果進入死循環或非法代碼區,就會使系統復位,保證系統正常運行。

  4.2 延時處理

  將所要發送的數據送入發送緩沖器時,由于MAX3100要等T=1時,發送緩沖器為空,才可以接收另一個需發送的數據,所以此時加入合適的延時,是非常必要的,可以保證所發數據準確無誤。

  4.3 建立字庫

  在實現OLED顯示時,先將需要顯示的漢字組成一個漢字庫,英文字符或阿拉伯數字組成一個西文字庫。

  如漢字“效”字,設置宋體12號,對應的點陣為寬×高=16×16,用取模軟件橫向取模對應的32字節為: {O×10,0×20,0×08,0×30,O×08,0×20,0×7F,O×20,0×14,0×7E,0×12,0×44,0×21,0×C4,O×22,0×44,O×62,0×28,O x 14,0×28,O×08,0×10,0×0C,0×10,O×12,0×28,0×20,0×CE,0×C3,0×04,O×00,0×00}。

  阿拉伯數字“1”,設置宋體12號,對應的點陣為寬×高=8×16,用取模軟件橫向取模對應的16字節為:{0×00,0 x0o,0×00,0×10,0×70,0×10,0×10,O×10,0×10,0×10,0×10,O×10,0×10,0×7C,O×00,O×00}。

  4.4 軟件要點設計

  軟件設計的時候,有兩部分關鍵設計,一是對串口接收到的GPS模塊數據進行處理;二是將所需的定位信息在OLED顯示屏上顯示出來。軟件流程圖如圖2所示。


  在MAX3100中定義一個8位移位的子程序,C語言代碼如下:

  這個子程序的任務就是通過對MAX3100的DIN和DOUT引腳進行8次移位操作,來完成兩個任務,首先是接收部分,通過初始化配置后,經過 RX接收GPS模塊的NEMA語句,送入接收緩沖區。接下來是發送部分,接收SPI數據并進行發送緩沖,通過TX按異步串行發送出去。

  接收NEMA語句時首先從行首標志“$”開始,在沒有進一步處理之前,NEMA語句是一長串字節流,這些信息在經過分類提取之前是無法加以利用的,因此,必須通過軟件程序將各個字段的信息從字節流中提取出來,將其轉化成緯度、經度、高度、速度、日期、時間、航向、衛星狀況等定位信息。

  在OLED顯示屏上某一位置顯示某一定位信息,是通過軟件設置來完成的,其中Row代表所要顯示位置的開始行,Column代表所要顯示位置的開始列,a代表在已經建立的漢字庫和西文字庫中的序列號,C語言代碼如下:

  5 結束語

  本系統結合MAX3100高效的異步收發通信優點,吸取了其功耗低、體積小、傳輸快以及OLED顯示屏超輕薄、高亮度、廣視角、自發光、響應速度快、適應溫度范圍寬、抗震強、功耗低等優點。設計開發出由電池供電的便攜式GPS定位系統,已經成功應用到產品中,取得很好的效果。

 

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