基于C8051F021的定位和報(bào)警移動(dòng)終端設(shè)計(jì)

   摘要：C8051F021是美國Cygnal公司生產(chǎn)的單片機(jī)。具有雙串口、低功耗、高速度等優(yōu)點(diǎn)。本文以GSM的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，設(shè)計(jì)一種具有報(bào)警和定位的移動(dòng)終端，并介紹該終端的結(jié)構(gòu)框圖、工作原理以及I/O配置和初始化程序。

    關(guān)鍵詞：C8051F021 GSM模塊 GPS模塊 移動(dòng)終端 定位報(bào)警

引言

GSM網(wǎng)是目前移動(dòng)通信體制中最成熟、最完善、應(yīng)用最廣的一種系統(tǒng)。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)作為GSM網(wǎng)絡(luò)的一種基本業(yè)務(wù)，已得到越來越多的系統(tǒng)運(yùn)營商和開發(fā)商的重視，基于這種業(yè)務(wù)的各種應(yīng)用也蓬勃發(fā)展起來。以GSM網(wǎng)絡(luò)作為無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，可開發(fā)出多種前景極其樂觀的應(yīng)用，如無線遠(yuǎn)程檢測(cè)和控制、無線自動(dòng)警報(bào)等。本文基于GSM的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)一種實(shí)時(shí)性比較強(qiáng)、數(shù)據(jù)率為9.6kbps的具有報(bào)警和定位的終端。

1 C8051F021簡(jiǎn)述

C8051F021是集成在一塊芯片上的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)單片機(jī)，芯片上有32位數(shù)字I/O端口（引腳），與標(biāo)準(zhǔn)8051的端口（P0～3）相同。C8051F021在功能上有所增強(qiáng)，每個(gè)I/O端口都可獨(dú)立地設(shè)置為推挽或開漏輸出和弱上拉，這為一些低功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了節(jié)省電源的手段，而其最突出優(yōu)點(diǎn)就是改進(jìn)了可以控制片內(nèi)數(shù)字資源與外部I/O引腳相連的交叉開頭網(wǎng)絡(luò)。通過設(shè)置交叉開關(guān)控制寄存器，將人的數(shù)字資源輸入輸出配置為端口I/O引腳，這就允許用戶根據(jù)自己的特定應(yīng)用將通用I/O端口與所需數(shù)字資源相結(jié)合。C7051F021具有雙串口、多中斷源、低功耗、高速度、低電壓工作（3.3V）、高容量存儲(chǔ)器等特性，這些特性滿足本終端核心處理器的要求：低功耗、集成度高、可擴(kuò)展性好等。

2 終端結(jié)構(gòu)框圖

終端系統(tǒng)是由C8051F021單片機(jī)、GSM模塊、GPSOEM接收模塊、鍵盤和液晶顯示器組成，如圖1所示。C8051F021單片機(jī)是用來實(shí)時(shí)采集終端外圍設(shè)備數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)的處理；GSM模塊即GSM無線調(diào)制解調(diào)器，完成和GSM網(wǎng)的接續(xù)，負(fù)責(zé)通過串口接收來自單片機(jī)所采集到的數(shù)據(jù)，并以無線電磁波的形式發(fā)送，或接收來自遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)發(fā)來的信息并傳遞給單片機(jī)處理；GPSOEM的主要功能是接收衛(wèi)星發(fā)射導(dǎo)航電文的信號(hào)，并進(jìn)行碼測(cè)量或相位測(cè)量，然后根據(jù)導(dǎo)航電文提供的衛(wèi)星位置和時(shí)鐘差校正信息，計(jì)算GPS接收機(jī)的當(dāng)前位置，在單片機(jī)的控制下傳輸定位數(shù)據(jù)；鍵盤包括數(shù)字鍵和功能鍵，數(shù)字鍵用來設(shè)置呼叫遠(yuǎn)程主機(jī)的號(hào)碼，功能鍵具有相應(yīng)的報(bào)警功能如火警、匪警等和輔助功能；液晶顯示器用來顯示操作信息和提示信息。由于移動(dòng)終端不需采集和存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，僅采集GPS-OEM模塊的導(dǎo)航數(shù)據(jù)、報(bào)警類型數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)呼叫遠(yuǎn)程主機(jī)的號(hào)碼數(shù)據(jù)和系統(tǒng)程序，所以C8051F021自帶的存儲(chǔ)器容量即64KB+128 Flash和4KB+256B RAM已滿足本終端的需要，故不需擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器。

3 工作原理

在終端中，由GPS-OEM模塊完成位置定位。GSM模塊完成與GSM網(wǎng)通信接續(xù)，用戶按鍵盤上的報(bào)警按鈕后，單片機(jī)通過串口實(shí)時(shí)讀取來自GPS-OEM發(fā)出的導(dǎo)航電文，從中提取經(jīng)度、緯度、速度、時(shí)間、航向定位數(shù)據(jù)，并和相應(yīng)的報(bào)警類型數(shù)據(jù)重新組合形成新的數(shù)據(jù)格式。同時(shí)，以ATD<號(hào)碼>指令進(jìn)行撥號(hào)在接，連接成功后通過所建立的數(shù)據(jù)鏈路實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行經(jīng)緯度數(shù)據(jù)坐標(biāo)變換、誤差校正等處理，在電子在圖上實(shí)時(shí)顯示出當(dāng)前監(jiān)控的終端地理位置，并實(shí)時(shí)地跟蹤移動(dòng)終端，并以聲光的形式提示工作人員，以便及時(shí)處理警情。移動(dòng)終端也可隨時(shí)接來自監(jiān)控中心的控制命令，并依命令執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。

4 終端I/O配置和初始化程序

由于本系統(tǒng)需要配置UART0、SMBus、UART1、INT0和INT1（8位），存儲(chǔ)器的工作模式為片內(nèi)方式。P1端口作為4×4鍵盤的接口，P2、P3口作為通用的I/O端口，其中INT0用作遠(yuǎn)程主機(jī)呼叫終端時(shí)的中斷處理，INT1用作鍵盤中斷處理。故C8051F021單片機(jī)的EMIF和I/O端口配置如下。

①設(shè)EMI的配置寄存器EMI0CF=0x00，因?yàn)楸緫?yīng)用無擴(kuò)展存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器映像的I/O設(shè)備，即存儲(chǔ)器工作模式為片內(nèi)方式；同時(shí)將EMIFLE（XBR2.5）設(shè)置為0，這樣P037、P0.6、P0.5的引腳將由交叉開關(guān)或端口鎖存器來決定，不被交叉開關(guān)忽略。

②按UART0EN=1、UART1EN=1、SMB0EN=1、INT0E=1、INT1E和EMIFLE=0設(shè)置XBR0、XBR1和XBR2為XBR0=0x05、XBR1=0x14、XBR2=0x04。

③配置P1端口為數(shù)字輸入模式，即P1MDIN=0xFF。P1端口低4位為鍵盤輸出，高4位為輸入，P1MDOUT=0x0FH(P1.0～P1.3為推挽方式，P1.4～P1.7為漏極開路方式)，P1|=0xF0。

④使能交叉開關(guān)，即XBARE=1，XBR2=0x44。因?yàn)镋MIFLE=0，交叉開關(guān)譯碼器將不跳過P0.7、P0.6、P0.5引腳，所以按優(yōu)先權(quán)交叉開關(guān)譯碼表進(jìn)行分配。UART0具有最高優(yōu)先權(quán)，故P0.0分配給TX0、P0.1分配給RX0；SMBus的SDA、SCL分別分配在P0.2、P0.3引腳；UART1的TX1、RX1分別分配在P0.4、P0.5引腳；INT0分配在P0.6引腳；INT1分配在P0.7引腳。

⑤設(shè)置UART0的TX0引腳（TX0，P0.0）、UART1的TX1引腳（TX1、P0.4）為推換輸出方式，即P0MDOUT=0x11。RX0、SDA、SCL、RX1、INT0和INT1是由交叉開關(guān)分配輸入的，因此與其端口配置寄存器的值無關(guān)。

⑥P2、P3作為一般I/O端口初始化輸入狀態(tài)，即P2MDOUT=0x00、P2=0xFF和P3MDOUT=0x00、P3=0xFF。

引腳分配如表1所列。

表1 單片機(jī)引腳分配

引腳	P0.0	P0.1	P0.2	P0.3	P0.4	P0.5	P0.6	P0.7	P1	P2	P3
功能	TX0	RX0	SDK	SCL	TX1	RX1	INT0	INT1	鍵盤	通用	通用

初始化程序如下：

void System_init(){

WDTCN=0xdeh; //禁止看門狗

WDTCN=0xadh；

EMI0CF=0x00；

XBR0=0x05; //使能UART0、SMBus

XBR1=0x14; //使能UART1，使能交叉開關(guān)和弱上拉，禁止外部寄存器低端口ALE、WR、RD由交叉開關(guān)寄存器或地址鎖存器決定I/O端口配置

P0MDOUT=0x11; //TX0、TX1為推挽輸出，RX0、SDA、SCL、RX1、INT0和INT1是由交叉開關(guān)分配輸入的，因此與其端口配置寄存器的值無關(guān)

P2MDOUT.0=0x0； //把P2.0位初始化為輸入方式，用作LCD的命令/數(shù)據(jù)的辨別

P2.0=1；

//初始化為4×4鍵盤接口

P1MDIN=0xFFH; //配置P1端口為數(shù)字輸入模式

P1MDOUT=0x0FH； //配置P1.0～P1.3為推挽方式，P1.4～P1.7為漏極開路方式

P1|=0xF0; //P1端口低4位為輸出，高4位為輸入

P3MDOUT=0x00； //將P3口設(shè)置為輸入方式

P3=0xFF；

IE=0x85; //使能INT0、INT1并按默認(rèn)的優(yōu)先權(quán)進(jìn)行切換

}

；UART0初始化函數(shù)；定時(shí)器1為UART0波特率源

void UART0_init(){

SCON0=0x50; //UART工作模式為1，8位數(shù)據(jù)位，使能RX

TMOD=0x20； //定時(shí)器1工作模式2，8位自動(dòng)重載

TH1=-(SYSCLK/9600/16);//按波特率設(shè)置定時(shí)器1的重載值

TL1=TH1; //設(shè)置定時(shí)器1的初始值

CKCON|=0x10； //使用系統(tǒng)時(shí)鐘SYSCLK作為時(shí)基

PCON|=0x80; //SCOD0=1

TR1=1; //啟動(dòng)定時(shí)器1

}

;UART1初始化函數(shù)；配置定時(shí)器4為串口波特率源

void UART1_Init(void){

SCON1=0x50; //SCON1：模式1，8位UART，使能RX

T4CON=0x30; //停止定時(shí)器；清除中斷標(biāo)示；使能UART波特率模式

RCAP4=-(SYSCLK/9600/32);//按波特率設(shè)置定時(shí)器T4重載值

T4=RCAP4; //給定時(shí)器4賦初值

T4CON|=0x04; //（TR4=1）啟動(dòng)定時(shí)器4

TI1=1; //清除HW_UART接收和發(fā)送中斷

}

;SMBus初始化函數(shù)

void SMBus_init(){

SMB0CN=0x04h; //配置SMBus在應(yīng)答周期發(fā)送確認(rèn)ACK

SMBOCR=0x60; //時(shí)鐘速率大約10μs，根據(jù)SMBOCR公式計(jì)算

SMB0CN|=0x40h; //使能SMBus

}

6 總結(jié)

該該端具有功耗低、集成度高、數(shù)據(jù)處理速度快以及數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于個(gè)人、出租車和長途車輛的定位和報(bào)警。由于其利用GSM網(wǎng)的電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)通信，其通信費(fèi)用相對(duì)比較高。