0 引 言
GPS(全球定位系統(tǒng))是為海上、陸地和空中各種運(yùn)輸工具和移動(dòng)設(shè)備的導(dǎo)航和定位而開發(fā)的，具有高精度、全天候、全球性和點(diǎn)間無需通視等優(yōu)點(diǎn)，使測(cè)量技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。GPS技術(shù)引入我國(guó)后，特別是美國(guó)取消SA政策后的這幾年發(fā)展十分迅速。目前，GPS已被廣泛應(yīng)用在工程測(cè)量、地理測(cè)繪、交通運(yùn)輸和軍事等諸多領(lǐng)域，取得了明顯的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，發(fā)展前景十分廣闊。在GPS的行業(yè)應(yīng)用中，數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)是最基本的設(shè)備。目前的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)具有智能化和可擴(kuò)展性不斷增強(qiáng)的發(fā)展趨勢(shì)，表現(xiàn)為內(nèi)嵌的MCU性能越來越強(qiáng)大，外圍接口越來越豐富，但軟硬件成本不斷上升，減緩了GPS接收系統(tǒng)平民化的趨勢(shì)。本文介紹一種基于AVR單片機(jī)ATmega16和Motorola M12 Oncore模塊的GPS數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)由ATmega16、M12模塊、LCD顯示器和一些外圍電路組成，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。ATmega16具有1個(gè)功能完整的異步串行通信接口(UART)，在直流5V供電時(shí)，其I／O操作電壓范圍約為0～5V；M12模塊提供一個(gè)用于輸入控制信息和輸出定位與狀態(tài)信息串行通信接口，在直流3V供電時(shí)，其I／O電平符合TTL電平范圍，為0～3V。因此，可以將ATmega16串行接口經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)接后與M12模塊的串行口相連，進(jìn)行異步串行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)采用一塊16×2字符型LCD顯示經(jīng)緯度信息。系統(tǒng)中的ATmega16和LCD采用直流5V供電，5V電源經(jīng)過由三端穩(wěn)壓芯片LM317組成的穩(wěn)壓電路將電壓轉(zhuǎn)換成3V后給M12模塊供電。
1．1 ATmega16與M12模塊的硬件接口
由于ATmega16和M12模塊的I／O操作電壓范圍不相同，所以兩者的串行口之間需經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換才能確保穩(wěn)定通信，其電平轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。
這里采用光電耦合器件TLP521進(jìn)行5V和3V之間的電平轉(zhuǎn)換，以增強(qiáng)抗干擾能力。ATmega16的I／O驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)(最大輸出40mA電流)，可以直接驅(qū)動(dòng)TLP521。M12模塊的I／O驅(qū)動(dòng)能力較弱，需加一級(jí)驅(qū)動(dòng)緩沖器才能驅(qū)動(dòng)TLP521，這里使用7406反相驅(qū)動(dòng)緩沖器。
1．2 ATmega16與LCD的硬件接口
系統(tǒng)中采用基于HD44780液晶控制芯片的16×2字符型LCD，該器件內(nèi)置了字符產(chǎn)生器，能顯示192個(gè)常用字符(包括阿拉伯?dāng)?shù)字和大小寫英文字母)和16個(gè)用戶自定義字符，它與ATmega16的接口如圖3所示。
HD44780的數(shù)據(jù)總線DB7～DB0與ATmega16的PA7～PA0相接，RS、R／W和EN分別與單片機(jī)的PD3、PD4和PD5相連。利用ATmega16的I／O口控制LCD進(jìn)行指令和數(shù)據(jù)輸入，正確地顯示出經(jīng)緯度數(shù)據(jù)。
2 ATmega16與M12模塊的接口程序設(shè)計(jì)
系統(tǒng)使用ATmega16的串行口向M12模塊發(fā)出控制指令和接收定位信息。M12模塊支持。Motorola二進(jìn)制格式和NMEA0183格式兩種數(shù)據(jù)輸出模式。在Motorola二進(jìn)制模式下，M12以9600bps的速率輸出數(shù)據(jù)和接收指令；在NMEA0183，M12以4800bps的速率輸出數(shù)據(jù)和接收指令。默認(rèn)狀態(tài)下，M12模塊工作在Motorola二進(jìn)制模式下。為了獲取更高的數(shù)據(jù)傳輸速度，這里使用M12模塊默認(rèn)的工作模式，即Motorola二進(jìn)制模式。在該模式下，串行數(shù)據(jù)傳輸格式為：8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗(yàn)和硬件流控制。
ATmega16以通過向M12發(fā)送AT指令的方式對(duì)其進(jìn)行控制。Motorola的AT I／O指令一共有69條，其中M12模塊所支持的指令有51條。利用這些指令可以很方便的對(duì)M12模塊進(jìn)行日期時(shí)間設(shè)定、自定義坐標(biāo)設(shè)定和定位信息讀取等操作。在本系統(tǒng)中，只需要讀取M12模塊的定位信息，因此程序中只用到51條指令中的1條指令：
