車載電子地圖系統的研究畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 齊式數據訪問，使數據能夠更為有效的安置到存儲器中– 精確的位操作（bitbanding），不僅最大限度的利用了存儲器空間而且還改良了對外設的控制u 內部存儲器– 64 KB單周期Flash– 可由用戶管理 對flash塊的保護，以2KB為單位– 可由用戶管理對flash的編程– 可由用戶定義和管理的flash保護塊– 16 KB單周期訪問的SRAMu 兼容ARM FiRM的看門狗定時器– 32位向下計數器，帶可編程的裝載寄存器– 帶使能功能的獨立看門狗時鐘– 帶中斷屏蔽功能的可編程中斷產生邏輯– 軟件跑飛時可鎖定寄存器以提供保護– 帶使能/禁能的復位產生邏輯– 在調試的時候，當控制器發出CPU暫停標志時，用戶可以設定暫停定時器的周期u UART– 3個完全可編程的16C550type UART，支持IrDA– 帶有獨立的16x8發送（TX）以及16x12接收（RX）FIFO，可減輕CPU中斷服務的負擔– 可編程的波特率產生器，并帶有分頻器– 可編程設置FIFO長度，包括1字節深度的操作，以提供傳統的雙緩沖接口。– FIFO 觸發水平可設為1/8, 1/4, 1/2, 3/4 和 7/8– 標準異步通信位：開始位、停止位、奇偶位– 無效起始位檢測– 行中止的產生和檢測u GPIO– 高達946個GPIO，具體數目取決于配置– 輸入/輸出可承受5V– 中斷產生可編程為邊沿觸發或電平檢測– 在讀和寫操作中通過地址線進行位屏蔽– 可啟動一個ADC采樣序列– GPIO端口配置的可編程控制? 弱上拉或下拉電阻? 2mA、4mA和8mA端口驅動? 8mA驅動的斜率控制? 開漏使能? 數字輸入使能u 功率– 片內低壓差（LDO）穩壓器，具有可編程的輸出電壓，– ，并控制內核的數字邏輯和模擬電路– 控制器的低功耗模式：睡眠模式和深度睡眠模式– 外設的低功耗模式：軟件控制單個外設的關斷– LDO帶有檢測不可調整電壓和自動復位的功能，可由用戶控制使能– ，可通過中斷或復位來報告u 靈活的復位源– 上電復位– 復位管腳有效– 掉電（BOR）檢測器向系統發出電源下降的警報– 軟件復位– 看門狗定時器復位– 內部低壓差（LDO）穩壓器輸出變為不可調整u 其他特性– 6個復位源– 可編程的時鐘源控制– 可對單個外設的時鐘進行選通以節省功耗– 遵循IEEE （TAP）控制器– 通過JTAG和串行線接口進行調試訪問完整的JTAG邊界掃描 基于LuminaryARM1138的周立功開發板簡介EasyARM1138是專門針對廣大電子信息專業在校大學生而設計的一款基于 ARM Cortex?M3 先進內核的高性能、低價格開發板，用于教學、畢業設計、電子競賽，等等。也是廣大單片機愛好者、開發工程師首選的 Cortex?M3 開發板。 EasyARM1138 的核心MCU是美國Luminary Micro公司的Stellaris 174。（群星）系列ARM之LM3S1138。該芯片采用的是國際上最優秀的MCU內核設計公司ARM最新推出的先進Cortex?M3 處理器；由國內最大、技術最強的晶圓制造公司臺積電（TSMC）代工；經世界上最專業的封裝測試公司（OSE、i2a/IPAC）層層把關，確保產品的可靠性。Stellaris 174。（群星）系列ARM芯片在電磁兼容性方面的優勢明顯。內嵌USB接口的下載仿真器 僅需插入一根 USB 電纜就能實現“三合一”功能： 5V 供電、程序下載與在線仿真、UART 串行通信 不再要求電腦具有串口或并口，無論臺式機還是筆記本電腦， 只要擁有 USB 或 USB 接口就能運用自如， 除了能夠下載仿真自身以外，保留的 JTAG 接口還可以， 用來仿真其它 LM3S 系列開發板，短接 JP2 短接器的， GND 和 URST，還可實現 JTAG 接口對內仿真功能， USB 接口提供虛擬 UART 的功能，不需要額外的接口電路。在軟件上采用“C 語言＋驅動庫”的新概念開發模式，由于 Luminary Micro 官方免費提供了基于 C 語言（符合ANSI C標準）的驅動庫軟件包，并且源代碼是公開的，因此用戶完全可以摒棄晦澀難懂的匯編語言，也不需要掌握底層寄存器的操作細節，只要懂 C 語言就能輕松玩轉LM3S系列ARM。這也使得32位ARM的入門門檻大大降低。 顯示模塊的設計 TFT驅動芯片μPD161704A簡介μPD161704A是單驅動TFTLCD芯片，片上同時集成了Display RAM，它支持240*320點的18位色彩顯示。μPD161704A是典型的低功耗支持型產品，CPU/。μPD161704A支持3種總線形式：16/18位通用串行接口，i80/M68型8/16/18位并型接口，以及6/16/18位RGB接口，色彩度為262，144色每點，而且其片上自帶時鐘生成器，其總體結構框圖如下：圖32 μPD161704A架構圖 μPD161704A對外接口類型要想使用TFT，首先得詳細了解驅動芯片，而對于驅動芯片，其中最應先了解該種芯片支持的總線類型，類型越豐富則使用起來越是靈活。而μPD161704A支持3種總線，下面將詳細介紹通用串行接口和并型接口這兩種常用的總線接口類型。16/18位通用串行接口： 如下圖是Display RAM與18位串行總線上數據的關系： 圖33 RAM與18位串行總線關系圖 如下圖是Display RAM與16位串行總線上數據的關系：圖34 RAM與16位串行總線關系圖如下圖是Display RAM與8位并行總線上數據的關系： 圖35 RAM與16位并行總線關系圖下圖是8位并口的傳送時序圖：圖36 8位并口數據寫入時序圖 片上γ校正曲線電路μPD161704A片上包括γ校正曲線電路，可以通過寄存器設置來調節γ放大器。對完整的廣播電視系統而言，要進行兩次光一電的轉換。一次是在攝像端，由攝像機把光像轉變成電信號；另一次是在顯像端，由電視機把電信號重新轉換成光像。兩次轉換中，重要的轉換器件使攝像器件和顯像管。從整個系統的角度來看，顯像管重現的圖案，應該于被攝景物上各種亮度成比例，使兩次轉換的過程為線性，即重現的圖像亮度　B=K* BO(ｋ－常數；BO－景物亮度)否則圖像就會出現亮度和色度的非線性失真。攝像器件的光－電轉換關系為：E0 =K1 * BOγ１式中：E 0－　攝像器件輸出電壓；K1－常數；　BO－景物亮度；γ１－轉換非線性系數。對于CCD和氧化鉛等攝像管，可近似認為γ１＝１，即攝像端的光電轉換可以看作是線性的，即 E0 = K1 * BO而顯像管的電—光轉換關系為：Bd = K2 * Eγ2式中：Bd一顯像管上的光像亮度；K2一系數；E一顯像管柵極上的信號電壓；γ2一顯像管的轉換非線性系數；一般γ2=。顯然，顯像管的電一光轉換是一種非線性性關系。這兩種轉換的γ特性如圖355（a）、（b）所示：圖37 γ特性圖為了使整個系統的綜合特性保持線性關系，就必須在圖像傳輸過程中認為地加入一個特性與顯像管端相反的非線性失真，以校正由γ2非線性造成的失真。設這一校正電路的傳輸特性為：E=K*EOγ１要保正系統為線性特性，則一定要滿足：γ１*γ2*γ3=1可得出： γ=1/（γ１*γ2）=1/=。我們把這種校正電路稱為γ校正。γ校正可以在攝像機電路中進行，也可以在電視機電路中進行，由于電視機數量遠遠大于攝像機數量，從降低接收機成本考慮，γ校正同意安排在攝像機電路中實施。 GPS模塊的介紹GPS即全球定位系統。其目的是在全球范圍內對地面和空中目標進行準確定位和監測。隨著全球性空間定位信息應用的日益廣泛，GPS提供的全時域、全天候、高精度定位服務將給空間技術、地球物理、大地測繪、遙感技術、交通調度、軍事作戰以及人們的日常生活帶來巨大的變化和深遠的影響。 目前的民用GPS設備包括測量型和導航型。其中測量型產品的精度可達到米級甚至毫米級，但至少需要兩臺（套）才能達到設計精度要求，而且其內部結構復雜，單機成本一般在幾萬到幾十萬，適合專業高精度測量環境使用；導航型產品，由于其使用者對精度要求不高，一般為幾十米，因此機器內部硬件相對簡單，只須一臺就可以完成導航工作，加之其價格相對較低，因而更有普及和推廣價值。 GPS系統一般由地面控制站、導航衛星和用戶接收機三大部分組成。導航衛星至少24顆，均勻分布在6個極地軌道上，軌道的夾角為60度，距地平均高度為20200公里，每12恒星時繞地球一周。 TU30型GPS模塊的原理框架簡介本設計采用美國羅克韋爾公司的GPS產品TU30模塊，其特點是體積小、接口簡單、可靠性好。模塊的組織結構是一個用于接收GPS信號的單片機小系統。GPS信號接收部分由Rockwell自行設計開發的芯片及其外圍電路組成。其控制內核是一個DSP處理器，該處理器具有很強的數據運算處理能力，并有兩個串口和時鐘輸出；外圍電路有實時時鐘，并帶有E2PROM（保存重要參數）、SRAM、ROM等存儲器，可對相關重要信息數據進行存儲、交換；此外，還留有DGPS接口。該模塊的衛星采集啟動方式分為4種模式：熱啟動方式、初始啟動方式、冷啟動方式、凍結啟動方式；而導航模式則有4維模式、2維模式和DGPS模式4種。圖１所示是該模塊的硬件結構。 TU30型 GPS模塊留有天線接口，可以用同軸電纜與天線進行連接，天線可延長30米。此外，它還留有20PIN應用接口，可方便地與單片機、PC機等設備進行接口。下圖為模塊原理框圖：圖38 TU30框架圖4 系統硬件設計 系統的處理模塊設計本系統直接采用周立功EasyARM1138開發板作為處理模塊，該開發板外圍電路設計簡明，調試時無需任何連線和跳線，操作很方便，板子上資源如下：內嵌 USB 接口的下載仿真器 u 僅需插入一根 USB 電纜就能實現“三合一”功能： 5V 供電、程序下載與在線仿真、UART 串行通信。 u 不再要求電腦具有串口或并口，無論臺式機還是筆記本電腦， 只要擁有 USB 或 USB 接口就能運用自如 。u 除了能夠下載仿真自身以外，保留的 JTAG 接口還可以 用來仿真其它 LM3S 系列開發板，短接 JP2 短接器的 GND 和 URST，還可實現 JTAG 接口對內仿真功能。 u USB 接口提供虛擬 UART 的功能，不需要額外的接口電路u 只 LED 指示燈 u 只 KEY u 1 只交流蜂鳴器u 兩排插針引出全部 GPIO 資源，以及 ADC0～5V/u GPIO 插針間距正好為 2000mil()，很容易插接在萬用板 或其它自制的電路板上。注意到在被引出的所有GPIO中，只有GPIOA和GPIOF口是整8位的，但考慮到USART0會被用作調試程序，或與GPS通信，所以只有GPIOF口能用作于與TFT模塊通信的BUS。 顯示模塊硬件電路設計本設計的顯示模塊使用了東芝產LTM022A69B TFT，該TFT支持QVGA級輸出，18位色彩度，支持240*320顯示，同時采用FPC（柔性電路），并自帶背光燈，使用起來比較靈活。圖41 LTM022A69B結構圖LTM022A69B TFT模塊采用柔性HRS與外部通信，HRS上包含40路引腳，設計擴展電路時應注意，不用的引腳盡量給其一個確定電平，而對于接口模式選擇端PSX， DTX0，DTX1，DTX2這種端口，為便于擴展，可將電路設計如下:圖42 總線類型選擇電路 對于PSX，DTX0，DTX1，DTX2電平與驅動芯片的總線接口模式的關系如下表（RGB接口除外）：圖43 總線選擇表 同時，還應注意對背光燈驅動端口的設計，最好加個三極管進行放大：如下圖：圖44 背光驅動電路 其余端口一般情況下可與MCU直接連接，如下圖：圖45 引出引腳圖 鍵盤模塊的設計本設計為方便使用，特設計了上下左右等四個方向鍵，使得用戶能在地圖范圍進行漫游，查看任意地方，原理圖如下：圖46 按鍵模塊原理圖系統對鍵盤采用中斷的方式進行相應，由于CPU芯片Luminary1138的每個GPIO上都能產生中斷，所以用中斷來做顯得十分方便而且有效。 串口模塊的設計為便于與GPS模塊進行通信，在CPU模塊與GPS模塊之間特設置了串口模塊。原理圖如下：圖47 串口模塊原理圖 硬件制作關于雙面板的布線問題由于EasyARM1138開發板使用雙排插針引出的，這直接使布線非常困難，所以最后決定布雙面板。而在雙面板的設計中，必須要注意接地問題，即兩面各獨立板塊的地必須接到一起。關于TFT轉接