基于異步收發(fā)器MAX3100和OLED的GPS定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　0 引言

　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，串行數(shù)據(jù)通信通常采用芯片8251，但因8251的通信波特率不高，不能應(yīng)用于晶振較高的系統(tǒng)，這就使得要求高運(yùn)行速度、高速收發(fā)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)無法應(yīng)用8251芯片收發(fā)數(shù)據(jù)，而且8251需要有8253提供外部時(shí)鐘信號(hào)。MAXIM公司推出的新型UART芯片MAX3100

　　正好填補(bǔ)了這個(gè)空白。MAX3100支持高速通信，最高通信波特率可達(dá)230KBPS，低功耗，支持低電壓，設(shè)計(jì)后系統(tǒng)體積小，比采用外部時(shí)鐘8253設(shè)計(jì)的印制版尺寸的一半還小。而且能夠使軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)起來更可靠。

　　有機(jī)發(fā)光顯示OLED是比液晶顯示技術(shù)更為先進(jìn)的新一代平板顯示技術(shù)，是被業(yè)界公認(rèn)為最具發(fā)展前景的下一代顯示技術(shù)。有機(jī)發(fā)光顯示OLED(Organic Light Emitting Display)與液晶顯示技術(shù)相比，具有超輕薄、高亮度、廣視角、自發(fā)光、響應(yīng)速度快、適應(yīng)溫度范圍寬、抗震強(qiáng)、功耗低、可實(shí)現(xiàn)柔軟顯示等優(yōu)越性能，因此OLED屏正快速擴(kuò)大其在便攜式電子產(chǎn)品市場(chǎng)上的應(yīng)用份額，能夠應(yīng)用于通訊、測(cè)繪、鐵路以及兵器等野外惡劣環(huán)境。

　　1 主要工作原理

　　系統(tǒng)主要由AT89C52單片機(jī)、MAX3100通用異步收發(fā)器、GPS-OEM板、OLED顯示屏等組成。AT89C52單片機(jī)通過MAX3100接收GPS-OEM板發(fā)出的NEMA語句，經(jīng)過軟件編程計(jì)算出定位信息(包括：緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時(shí)間、航向、衛(wèi)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(biāo)準(zhǔn)串口數(shù)據(jù)輸出。系統(tǒng)電路原理圖如圖1所示。

　　2 單片機(jī)與GPS-OEM板之間的數(shù)據(jù)通信

　　單片機(jī)與GPS-OEM板之間的數(shù)據(jù)通信，是通過MAX3100通用異步收發(fā)器來實(shí)現(xiàn)的，其中單片機(jī)震蕩頻率選用11.0592MHz。首先用MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片，來實(shí)現(xiàn)RS232電平與TTL電平的雙向轉(zhuǎn)換，因?yàn)镚PS OEM板的串口電平是符合RS232標(biāo)準(zhǔn)的電平，而MAX3100采用的是TTL電平。

　　MAX3100的DIN引腳為串行數(shù)據(jù)輸入端，DOUT為串行數(shù)據(jù)輸出端，串行時(shí)鐘的上升沿鎖存DIN數(shù)據(jù)，DOUT數(shù)據(jù)由串行時(shí)鐘的下降沿同步輸出。 MAX3100的DIN和DOUT引腳的串行數(shù)據(jù)序列都是16位數(shù)據(jù)，其中DIN數(shù)據(jù)序列的前兩位表征串的數(shù)據(jù)類型。當(dāng)前兩位是“1，1”時(shí)，表示寫命令，當(dāng)前兩位是“0，0”時(shí)，表示讀數(shù)據(jù)，當(dāng)前兩位是“1，0”時(shí)，表示寫數(shù)據(jù)。

　　對(duì)MAX3100進(jìn)行初始化配置，是單片機(jī)通過寫命令序列來完成的。該命令序列包括奇偶校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、停止位、波特率設(shè)置、數(shù)據(jù)字長(zhǎng)度、校驗(yàn)FIFO、中斷使能等信息。MAX3100具有自己的波特率發(fā)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(dāng)單片機(jī)接收GPS OEM板的串口數(shù)據(jù)時(shí)，是通過讀MAX3100數(shù)據(jù)序列來完成的，單片機(jī)從MAX3100讀出數(shù)據(jù)時(shí)，需要在DIN寫入一個(gè)16位的字(0000H)，再?gòu)腄OUT讀入16位的字，其中的高八位是：接收/發(fā)送緩沖區(qū)的狀態(tài)，數(shù)據(jù)錯(cuò)/溢出狀態(tài)，接收/校驗(yàn)位狀態(tài)和CTS的狀態(tài)，低八位才是接收到的GPS OEM板的串口數(shù)據(jù)。

　　當(dāng)單片機(jī)發(fā)送最終的定位數(shù)據(jù)時(shí)，是通過向MAX3100寫入數(shù)據(jù)序列來完成的，單片機(jī)向MAX3100寫入數(shù)據(jù)時(shí)，在DIN寫入的是一個(gè)16位的字，其中高八位設(shè)置的內(nèi)容是：寫入標(biāo)志、允許TX輸出、RTS引腳設(shè)定以及傳送校驗(yàn)位設(shè)定。低八位才是要傳送的數(shù)據(jù)。

　　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(qū)動(dòng)器和2片列驅(qū)動(dòng)器，其中行驅(qū)動(dòng)器有64行輸出，每片列驅(qū)動(dòng)器有64路輸出。只要提供電源就能產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)和同步信號(hào)，模塊的外部信號(hào)僅與列驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。列驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置64×64位顯示存儲(chǔ)器，顯示屏上各像素點(diǎn)顯示狀態(tài)與顯示存儲(chǔ)器各位數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，顯示存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)直接作為圖形顯示的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，為“1”的時(shí)候顯示，為“O”的時(shí)候不顯示。系統(tǒng)中OLED顯示屏顯示緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時(shí)間、航向、衛(wèi)星狀況等定位信息。

　　4 軟件設(shè)計(jì)

　　4.1 看門狗中斷的應(yīng)用

　　MAX706的6腳與7腳分別與AT89C52的P1.7與復(fù)位腳相連，在軟件程序中，每隔一段程序插入一個(gè)看門狗計(jì)數(shù)器復(fù)位指令，這樣，在程序運(yùn)行過程中，如果進(jìn)入死循環(huán)或非法代碼區(qū)，就會(huì)使系統(tǒng)復(fù)位，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

　　4.2 延時(shí)處理

　　將所要發(fā)送的數(shù)據(jù)送入發(fā)送緩沖器時(shí)，由于MAX3100要等T=1時(shí)，發(fā)送緩沖器為空，才可以接收另一個(gè)需發(fā)送的數(shù)據(jù)，所以此時(shí)加入合適的延時(shí)，是非常必要的，可以保證所發(fā)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤。

　　4.3 建立字庫

　　在實(shí)現(xiàn)OLED顯示時(shí)，先將需要顯示的漢字組成一個(gè)漢字庫，英文字符或阿拉伯?dāng)?shù)字組成一個(gè)西文字庫。

　　如漢字“效”字，設(shè)置宋體12號(hào)，對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣為寬×高=16×16，用取模軟件橫向取模對(duì)應(yīng)的32字節(jié)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?dāng)?shù)字“1”，設(shè)置宋體12號(hào)，對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣為寬×高=8×16，用取模軟件橫向取模對(duì)應(yīng)的16字節(jié)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(diǎn)設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)的時(shí)候，有兩部分關(guān)鍵設(shè)計(jì)，一是對(duì)串口接收到的GPS模塊數(shù)據(jù)進(jìn)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(gè)8位移位的子程序，C語言代碼如下：

　　這個(gè)子程序的任務(wù)就是通過對(duì)MAX3100的DIN和DOUT引腳進(jìn)行8次移位操作，來完成兩個(gè)任務(wù)，首先是接收部分，通過初始化配置后，經(jīng)過RX接收GPS模塊的NEMA語句，送入接收緩沖區(qū)。接下來是發(fā)送部分，接收SPI數(shù)據(jù)并進(jìn)行發(fā)送緩沖，通過TX按異步串行發(fā)送出去。

　　接收NEMA語句時(shí)首先從行首標(biāo)志“$”開始，在沒有進(jìn)一步處理之前，NEMA語句是一長(zhǎng)串字節(jié)流，這些信息在經(jīng)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?qū)⒏鱾€(gè)字段的信息從字節(jié)流中提取出來，將其轉(zhuǎn)化成緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時(shí)間、航向、衛(wèi)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(shè)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(jīng)建立的漢字庫和西文字庫中的序列號(hào)，C語言代碼如下：

　　5 結(jié)束語

　　本系統(tǒng)結(jié)合MAX3100高效的異步收發(fā)通信優(yōu)點(diǎn)，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(fā)光、響應(yīng)速度快、適應(yīng)溫度范圍寬、抗震強(qiáng)、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)開發(fā)出由電池供電的便攜式GPS定位系統(tǒng)，已經(jīng)成功應(yīng)用到產(chǎn)品中，取得很好的效果。