基于MAX3100和OLED的GPS定位系統(tǒng)設計

0 引言

　　在單片機應用系統(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，不能應用于晶振較高的系統(tǒng)，這就使得要求高運行速度、高速收發(fā)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)無法應用8251芯片收發(fā)數(shù)據(jù)，而且8251需要有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(tǒng)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(xiàn)起來更可靠。

　　有機發(fā)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(yè)界公認為最具發(fā)展前景的下一代顯示技術。有機發(fā)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(fā)光、響應速度快、適應溫度范圍寬、抗震強、功耗低、可實現(xiàn)柔軟顯示等優(yōu)越性能，因此OLED屏正快速擴大其在便攜式電子產(chǎn)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(huán)境。

　　1 主要工作原理

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

　　2 單片機與GPS-OEM板之間的數(shù)據(jù)通信

　　單片機與GPS-OEM板之間的數(shù)據(jù)通信，是通過MAX3100通用異步收發(fā)器來實現(xiàn)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(xiàn)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(shù)據(jù)輸入端，DOUT為串行數(shù)據(jù)輸出端，串行時鐘的上升沿鎖存DIN數(shù)據(jù)，DOUT數(shù)據(jù)由串行時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。當前兩位是“1，1”時，表示寫命令，當前兩位是“0，0”時，表示讀數(shù)據(jù)，當前兩位是“1，0”時，表示寫數(shù)據(jù)。

　　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(shù)據(jù)位、停止位、波特率設置、數(shù)據(jù)字長度、校驗 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。

　　當單片機接收GPS OEM板的串口數(shù)據(jù)時，是通過讀MAX3100數(shù)據(jù)序列來完成的，單片機從MAX3100讀出數(shù)據(jù)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(fā)送緩沖區(qū)的狀態(tài)，數(shù)據(jù)錯／溢出狀態(tài)，接收／校驗位狀態(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)。

　　當單片機發(fā)送最終的定位數(shù)據(jù)時，是通過向MAX3100寫入數(shù)據(jù)序列來完成的，單片機向MAX3100寫入數(shù)據(jù)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(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(chǎn)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(tài)與顯示存儲器各位數(shù)據(jù)一一對應，顯示存儲器的數(shù)據(jù)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(tǒng)中OLED顯示屏顯示緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時間、航向、衛(wèi)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(shù)器復位指令，這樣，在程序運行過程中，如果進入死循環(huán)或非法代碼區(qū)，就會使系統(tǒng)復位，保證系統(tǒng)正常運行。

4．2 延時處理

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

　　4．3 建立字庫

　　在實現(xiàn)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(shù)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(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}。

　　阿拉伯數(shù)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(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(shù)據(jù)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(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(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，必須通過軟件程序將各個字段的信息從字節(jié)流中提取出來，將其轉化成緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時間、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，C語言代碼如下：

　　5 結束語

　　本系統(tǒng)結合MAX3100高效的異步收發(fā)通信優(yōu)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(fā)光、響應速度快、適應溫度范圍寬、抗震強、功耗低等優(yōu)點。設計開發(fā)出由電池供電的便攜式GPS定位系統(tǒng)，已經(jīng)成功應用到產(chǎn)品中，取得很好的效果。