DSP課程設(shè)計(jì)-基于DSP的GPGGA提取

GPS定位的數(shù)據(jù)格式NMER一0183標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于GPS方面時(shí)，數(shù)據(jù)串以“$GP”開頭，主要有GGA、GL、ZDA、GSV、GSA、ALM等格式。這次設(shè)計(jì)主要是基于DSP的GPGGA定位信息的提取，在實(shí)驗(yàn)箱上實(shí)現(xiàn)GPGGA定位數(shù)據(jù)的提取。第一部分為GPS原理的介紹，GPS定位的一些原理，再詳細(xì)闡述GPGGA信息的接收和提取。第二部分為NEMA—0183數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)在GPS中的應(yīng)用。第三部分為系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)，硬件的配置，以及整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理圖。第四部分為系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)思路以及程序的實(shí)現(xiàn)。第五部分為調(diào)試結(jié)果與分析。第一章GPS原理介紹GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系統(tǒng)）的簡(jiǎn)稱，而其中文簡(jiǎn)稱為“球位系”。GPS是20世紀(jì)空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，簡(jiǎn)單地說，這是一個(gè)由覆蓋全球的24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可以保證在任意時(shí)刻，地球上任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測(cè)到4顆衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星可以采集到該觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度和高度，以便實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、定位、授時(shí)等功能。這項(xiàng)技術(shù)可以用來引導(dǎo)飛機(jī)、船舶、車輛以及個(gè)人，安全、準(zhǔn)確地沿著選定的路線，準(zhǔn)時(shí)到達(dá)目的地。GPS主要由空間部分、地面控制系統(tǒng)、用戶設(shè)備等部分組成，GPS的空間部分是由24顆衛(wèi)星組成(21顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星它位于距地表20200km的分布使得在全球任何地方、任何時(shí)間都可觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星,并能在衛(wèi)星中預(yù)存的導(dǎo)航信息。GPS的衛(wèi)星因?yàn)榇髿饽Σ恋葐栴}，隨著時(shí)間的推移，導(dǎo)航精度會(huì)逐漸降低；地面控制系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)站(MonitorStation)、主控制站(MasterMonitorStation)、地面天線(GroundAntenna)所組成,主控制站位于美國(guó)科羅拉多州春田市(ColoradoSpring)。地面控制站負(fù)責(zé)收集由衛(wèi)星傳回之訊息,并計(jì)算衛(wèi)星星歷、相對(duì)距離,大氣校正等數(shù)據(jù)；用戶設(shè)備部分即GPS信號(hào)接收機(jī)。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行。當(dāng)接收機(jī)捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號(hào)后，就可測(cè)量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率,解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機(jī)中的微處理計(jì)算機(jī)就可按定位解算方法進(jìn)行定位計(jì)算，計(jì)算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時(shí)間等信息。接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi)軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備。GPS接收機(jī)的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩部分。GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會(huì)的方法，確定待測(cè)點(diǎn)的位置。如圖所示，假設(shè)t時(shí)刻在地面待測(cè)點(diǎn)上安置GPS接收機(jī)，可以測(cè)定GPS信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間△t，再加上接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以下四個(gè)方程式：上述四個(gè)方程式中待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)x、y、z和Vto為未知參數(shù)，其中di=c△ti接收機(jī)之間的距離,△ti(i=1、2、3、4)分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3程式中各個(gè)參數(shù)意義如下：x、y、z為待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。xi、yi、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供。Vto為接收機(jī)的鐘差。由以上四個(gè)方程即可解算出待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)x、y、z和接收機(jī)的鐘差Vto.GPS定位的方法是多種多樣的，用戶可以根據(jù)不同的用途采用不同的定位方法。GPS定位方法可依據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，可分為1）根據(jù)定位所采用的觀測(cè)值：1.偽距定位：偽距定位所采用的觀測(cè)值為GPS偽距觀測(cè)值，所采用的偽距觀測(cè)值既可以是C/A碼偽距，也可以是P碼偽距。偽距定位的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，對(duì)定位條件的要求低，不存在整周模糊度的問題，可以非常容易地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位；其缺點(diǎn)是觀測(cè)值精度低，C/A碼偽距觀測(cè)值的精度一般為3米，而P碼偽距觀測(cè)值的精度一般也在30個(gè)厘米左右，從而導(dǎo)致定位成果精度低，另外，若采用精度較高的P碼偽距觀測(cè)值，還存在AS的問題，2載波相位定位：載波相位定位所采用的觀測(cè)值為GPS的載波相位觀測(cè)值，即L1、L2或它們的某種線性組合。載波相位定位的優(yōu)點(diǎn)是觀測(cè)值的精度高，一般優(yōu)于2個(gè)毫米；其缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理過程復(fù)雜，存在整周模糊度的問題。根據(jù)定位的模式：1.絕對(duì)定位：絕對(duì)定位又稱為單點(diǎn)定位，這是一種采用一臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行定位的模式，它所確定的是接收機(jī)天線的絕對(duì)坐標(biāo)。這種定位模式的特點(diǎn)是作業(yè)方式簡(jiǎn)單，可以單機(jī)作業(yè)。絕對(duì)定位一般用于導(dǎo)航和精度要求不高的應(yīng)用中；2相對(duì)定位:相對(duì)定位又稱為差分定位，這種定位模式采用兩臺(tái)以上的接收機(jī),同時(shí)對(duì)一組相同的衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，以確定接收機(jī)天線間的相互位置關(guān)系；根據(jù)獲取定位結(jié)果的時(shí)間:1、實(shí)時(shí)定位:：據(jù)接收機(jī)觀測(cè)到的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地解算出接收機(jī)天線所在的位置.。2、非實(shí)時(shí)定位：又稱后處理定位，它是通過對(duì)接收機(jī)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理以進(jìn)行定位得方法。根據(jù)定位時(shí)接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：1、動(dòng)態(tài)定位：就是在進(jìn)行GPS定位時(shí)，認(rèn)為接收機(jī)的天線在整個(gè)觀測(cè)過程中的位置是變化的。也就是說，在數(shù)據(jù)處理時(shí)，將接收機(jī)天線的位置作為一個(gè)隨時(shí)間的改變而改變的量。動(dòng)態(tài)定位又分為Kinematic和Dynamic兩類。3靜態(tài)定位：在進(jìn)行GPS定位時(shí)，認(rèn)為接收機(jī)的天線在整個(gè)觀測(cè)過程中的位置是保持不變的。也就是說，在數(shù)據(jù)處理時(shí)，將接收機(jī)天線的位置作為一個(gè)不隨時(shí)間的改變而改變的量。在測(cè)量中，靜態(tài)定位一般用于高精度的測(cè)量定位，其具體觀測(cè)模式多臺(tái)接收機(jī)在不同的測(cè)站上進(jìn)行靜止同步觀測(cè)，時(shí)間由幾分鐘、幾小時(shí)甚至數(shù)十小時(shí)不等。全球定位系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：(1)全球、全天候工作（2）定位精度高應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)證明，GPS相對(duì)定位精度在50KM以內(nèi)可達(dá)10-6，100-500KM可達(dá)10-7m，1000KM可達(dá)10-9m。在300-1500M工程精密定位中，1小時(shí)以上觀測(cè)的解其平面其平面位置誤差小于1mm，與ME-5000電磁波測(cè)距儀測(cè)定得邊長(zhǎng)比較，其邊長(zhǎng)較善，軟件的不斷更新，目前，20KM以內(nèi)相對(duì)靜態(tài)定位，僅需15-20分鐘；快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距在15KM以內(nèi)時(shí)，流動(dòng)站觀測(cè)時(shí)間只需1-2分鐘，然后可隨時(shí)定位，每站觀測(cè)只需幾秒鐘。第二章數(shù)據(jù)的格式與提取NMEA系列標(biāo)準(zhǔn)是其制定的關(guān)于海洋電子設(shè)備之間通信接口和協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn),1983年制定了NMEA一0183標(biāo)準(zhǔn)。這一標(biāo)準(zhǔn)在兼容NMEA一0180和NMEA一0182標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，增加了GPS、測(cè)深儀、羅經(jīng)方位系統(tǒng)等多種設(shè)備的接口和通信協(xié)議定義，同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)還允許一些特定設(shè)備制造商對(duì)其設(shè)備(如GarminGPS一38、TfimbleEnsignXL)通信自行定義協(xié)議。由于NMEA一0183標(biāo)準(zhǔn)的通用性和靈活性，因而在全世界被廣泛使用。NMEA一0183格式定義：其后是數(shù)據(jù)體，數(shù)據(jù)字段以逗號(hào)分隔，語句末尾為checksum(可選)，以回車換行結(jié)束。每行語句最多包含82個(gè)字符(包括回車換行和“$”符號(hào))。數(shù)據(jù)串以逗號(hào)分隔符識(shí)別，空字段保留逗號(hào)。語句結(jié)束的checksum由一個(gè)“*”和兩個(gè)數(shù)據(jù)位的十六進(jìn)制數(shù)組成。NI、伍A一0183標(biāo)準(zhǔn)允許個(gè)別廠商自己定義語句格式，這些語句以“$P”開頭，其后是3個(gè)字符的廠家ID識(shí)別號(hào)，后接自定義數(shù)據(jù)體。NMEA一0183標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于GPS方面時(shí)，數(shù)據(jù)串以“$ZDA、GSV、GSA、ALM等格式，這些格式的作用分別是：$GP0GA：輸出GPS的定位信息；$GPGLL：輸出大地坐標(biāo)信息；$GPZDA：輸出UTC時(shí)間信息；$GPGSV:：輸出可見的衛(wèi)星信息；$GPGST：輸出定位標(biāo)準(zhǔn)差信息；$GPGSA：輸出衛(wèi)星DOP值信息；$GPALM：輸出衛(wèi)星星歷信息。（2）通信協(xié)議定義：NMEA一0183格式通信采用RS232通信標(biāo)準(zhǔn)，RS232標(biāo)準(zhǔn)用于DTE和DCE。GPS和微機(jī)之間的通信屬于DTE。標(biāo)準(zhǔn)的RS232通信連接采用25針串口(DB一25)，也可用于現(xiàn)在多數(shù)微機(jī)流行的9針串口(DE一9)。在試驗(yàn)中，不需要了解NMEA0183通信協(xié)議的全部信息，僅需要從中挑選出需要的那部分定位數(shù)據(jù)，其余的信息忽略掉。GPS與掌上電腦通信時(shí)，通過串口每秒鐘發(fā)送10條數(shù)據(jù)。實(shí)際導(dǎo)航應(yīng)用讀取GPS的空間定位數(shù)據(jù)時(shí)，可以根據(jù)需要每隔幾秒鐘更新一次經(jīng)緯度和時(shí)問數(shù)據(jù)，不必頻繁地更新數(shù)據(jù)，否則，會(huì)浪費(fèi)掌上設(shè)備有限的電能。如果和衛(wèi)星通信正常，可以接收到的數(shù)據(jù)格式如下：$GPGGA，<l>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，一個(gè)完整的NEMA0183語句是從起始符“$GPGGA”到終止符“<CR><LF>”為止的一段字符串。需要掌握的信息是經(jīng)緯度、經(jīng)緯度方向、GPS定位狀態(tài)和接收信號(hào)的時(shí)間。所以當(dāng)接收到這樣一個(gè)完整的NEMA0183語句時(shí)，提取有用信息的方法是：先判定起始符$GPGGA的位置，從起始符開始讀人數(shù)據(jù)，再通過異或校驗(yàn)的數(shù)據(jù)，并以回車符為一個(gè)CPS語句的終止符，得到一個(gè)完整的GPS信號(hào)。在提取出的GPS語句中，找尋經(jīng)緯度所在的逗號(hào)位置，讀出經(jīng)緯度坐標(biāo)，再將經(jīng)緯度坐標(biāo)進(jìn)行度數(shù)的轉(zhuǎn)換。因?yàn)榈貓D的坐標(biāo)是以度數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的。”2.2提取GPGGA定位數(shù)據(jù)GPS接收機(jī)只要處于工作狀態(tài)就會(huì)源源不斷地把接收并計(jì)算出的GPS導(dǎo)航定位信息通過串口傳送到計(jì)算機(jī)中。前面的代碼只負(fù)責(zé)從串口接收數(shù)據(jù)并將其放置于緩存,在沒有進(jìn)一步處理之前緩存中是一長(zhǎng)串字節(jié)流,這些信息在沒有經(jīng)過分類提取之前是無法加以利用的。因此,必須通過程序?qū)⒏鱾€(gè)字段的信息從緩存字節(jié)流中提取出來,將其轉(zhuǎn)化成有實(shí)際意義的,可供高層決策使用的定位信息數(shù)據(jù)。同其他通訊協(xié)議類似,對(duì)GPS進(jìn)行信息提取必須首先明確其幀結(jié)構(gòu),然后才能根據(jù)其結(jié)構(gòu)完成對(duì)各定位信息的提取數(shù)據(jù)主要由幀頭、幀尾和幀內(nèi)數(shù)據(jù)組成,根據(jù)數(shù)據(jù)幀的不同,幀頭也不相同,主要有"$GPGGA"、"$GPGSA"、"$GPGSV"以及"$GPRMC"等。這些幀頭標(biāo)識(shí)了后續(xù)幀內(nèi)數(shù)據(jù)的組成結(jié)構(gòu),各幀均以回車符和換行符作為幀尾標(biāo)識(shí)一幀的結(jié)束。由于幀內(nèi)各數(shù)據(jù)段由逗號(hào)分割,因此在處理緩存數(shù)據(jù)時(shí)一般是通過搜尋碼"$"來判斷是否是幀頭,在對(duì)幀頭的類別進(jìn)行識(shí)別后再通過對(duì)所經(jīng)歷逗號(hào)個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)來判斷出當(dāng)前正在處理的是哪一種定位導(dǎo)航參數(shù),并作出相應(yīng)的處理。在本次設(shè)計(jì)中定位數(shù)據(jù)如經(jīng)緯度、速度、時(shí)間等均可以從"$GPGGA"幀中獲取得到,$GPGGA語句包括17個(gè)字段：語句標(biāo)識(shí)頭，世界時(shí)間，緯度，緯度半球，經(jīng)度，經(jīng)度半球，定位質(zhì)量指示，使用衛(wèi)星數(shù)量，水平精確度，海拔高度，高度單位，大地水準(zhǔn)面高度，高度單位，差分GPS數(shù)據(jù)期限，差分參考基站標(biāo)號(hào)，校驗(yàn)和結(jié)束標(biāo)記(用回車符<CR>和換行符<LF>)，分別用14個(gè)逗號(hào)進(jìn)行分隔。該數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)及各字段釋義如下：LF>$GPGGA：起始引導(dǎo)符及語句格式說明(本句為GPS定位數(shù)據(jù))；<1>UTC時(shí)間，格式為hhmmss.sss；<2>緯度，格式為ddmm.mmmm(第一位是零也將傳送)；<3>緯度半球，N或S(北緯或南緯)；<4>經(jīng)度，格式為dddmm.mmmm(第一位零也將傳送)；<5>經(jīng)度半球，E或W(東經(jīng)或西經(jīng))；<6>GPS狀態(tài)，0未定位，1非差分定位，2差分定位，3無效PPS，6正在估算；<7>使用衛(wèi)星數(shù)量，從00到12(第一個(gè)零也將傳送)；M指單位米M指單位米<11>差分GPS數(shù)據(jù)期限(RTCMSC-104)，最后設(shè)立RTCM傳送的秒數(shù)量，如不是差分定位則為空；<12>差分參考基站標(biāo)號(hào)，從0000到1023(首位0也將傳送)；*語句結(jié)束標(biāo)志符xx從$開始到*之間的所有ASCII碼的異或校驗(yàn)和<CR>回車<LF>換行第三章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)DSP是DigitalSignalProcessing的縮寫，表示數(shù)字信號(hào)處理器，信息化的基礎(chǔ)是數(shù)字化，數(shù)字化的核心技術(shù)之一是數(shù)字信號(hào)處理，數(shù)字信號(hào)處理的任務(wù)在很大程度上需要由DSP器件來完成，DSP技術(shù)已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的并得到迅速發(fā)展的前沿技術(shù)。數(shù)字信號(hào)處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。DSP技術(shù)的應(yīng)用語音處理：語音編碼、語音合成、語音識(shí)別、語音增強(qiáng)、語音郵件、語音儲(chǔ)存等。圖像/圖形：二維和三維圖形處理、圖像壓縮與傳輸、圖像識(shí)別、動(dòng)畫、機(jī)器人視覺、多媒體、電子地圖、圖像增強(qiáng)等。由于DSP可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的處理和計(jì)算。從理論上講，只要有了算法，任何具有計(jì)算能力的設(shè)備都可以用來實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理。所以在各模塊功能確定的情況下，用DSP軟件開發(fā)平臺(tái)CODEComposerStudio（簡(jiǎn)稱CCS）進(jìn)行借條函數(shù)的設(shè)計(jì)，便可以達(dá)到預(yù)想中的功能。下圖所示為DSP實(shí)現(xiàn)解調(diào)功能的模塊組成：通用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）以其很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力使其在高速數(shù)字信號(hào)處理方面得到廣泛的應(yīng)用，但是它的通信接口控制能力比較弱，由于DSP的工作頻率很高，如TMS320C6201時(shí)鐘頻率為200MHz，ADSP21060時(shí)鐘頻率為40MHZ，故其數(shù)據(jù)讀寫周期很短，然而PC機(jī)串口讀寫速度較低，最大數(shù)據(jù)吞吐量約為115kbps，盡管DSp在與這些慢速外進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)可以加入額外的等待周期，但是在實(shí)時(shí)性要求苛刻，算法復(fù)雜的場(chǎng)合，將DSP從這些冗長(zhǎng)的等待周期中解放出來，將其時(shí)間重點(diǎn)放在處理關(guān)鍵的實(shí)時(shí)任務(wù)中去，有著重要的實(shí)際意義。故DSP與PC機(jī)之間串口通信的速度匹配是保證快速、準(zhǔn)確通信的關(guān)鍵。PC機(jī)一般帶有一個(gè)或兩個(gè)內(nèi)置串口，每個(gè)端口的機(jī)箱背后有一個(gè)9針或25針的公插口。串口是以bit來傳輸數(shù)據(jù)的，傳輸數(shù)率取決于UART芯片，該芯片將PC總線上的并行數(shù)據(jù)（單字節(jié)或多字節(jié)）分割成以比特為單位的串行數(shù)據(jù)流，從而實(shí)現(xiàn)在串口線纜中的數(shù)據(jù)傳輸。在本次課設(shè)中用到了TL16C550B來實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)和串行數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換，它的最大數(shù)據(jù)吞吐量為115kbps，這已經(jīng)能夠滿足大多數(shù)串行設(shè)備的需要了。TL16C550B是通用異步接收/發(fā)送器（UART）芯片，它不僅能夠把從CPU接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行并-串轉(zhuǎn)換，還能夠把從外圍設(shè)備或MODEM接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行串-并轉(zhuǎn)換。該UART包括一個(gè)可編程的波特率產(chǎn)生器。可將輸入的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻，并可產(chǎn)生16倍的時(shí)鐘來驅(qū)動(dòng)內(nèi)部的傳輸邏輯單元。TL16C550還具有MODEMN控制能力。包含一個(gè)處理器中斷系統(tǒng)，根據(jù)用戶的專用需要而設(shè)計(jì)，在處理通訊連接時(shí)，計(jì)算量是最小的。并且，TL16C550B管腳與TL16C750兼容，采用44引腳PLCC封裝。它的最高可達(dá)1M的波特率，且波特率發(fā)生器可編程設(shè)定，可以由軟件設(shè)定的FIFO來減少CPU中斷，并有可編程的串行數(shù)據(jù)發(fā)送格式：數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度為5、6、7、8。還有奇、偶校驗(yàn)或無校驗(yàn)?zāi)Ｊ?，它的停止位長(zhǎng)度為1、同時(shí)它內(nèi)部集成了中斷邏輯，另外通過對(duì)其內(nèi)部的寄存器的設(shè)置可以完成相應(yīng)功能，這些寄存器主要有：線路控制寄存器、FIFO控制寄存器、中斷使能寄存器MODEMN控制寄存器、線路狀態(tài)寄存器等11個(gè)寄存器。這些寄存器分別用于實(shí)現(xiàn)通信參數(shù)的設(shè)置、對(duì)線路及MODEMN的狀態(tài)訪問、數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收及中斷管理功能。因而它可以與大多數(shù)的CPU實(shí)現(xiàn)無縫接口、使用很方便。圖3.2C5402與PC機(jī)串行通信的硬件電路圖圖中TL16C550B的CS0和CS1都接高電平，CS2接C5402的外部I/O空間，選擇線IS。當(dāng)XIN、XOUT端外接1.8342MHZ晶振時(shí)，C5402以4800的波特率與PC機(jī)通信，所以，波特率因子寄存器的低位設(shè)為30HZ，高位設(shè)為00hz。TL16C550B的數(shù)據(jù)線D0-D7數(shù)據(jù)線相連，TL16C550的片內(nèi)寄存器以下為系統(tǒng)硬件部分PC機(jī)的連接與異步串口通信在實(shí)驗(yàn)箱上實(shí)現(xiàn)的原理圖：第四章系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)DevelopmentEnvironment)。CCS是一種針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)TMS320調(diào)試器接口的交互CC2000（針對(duì)C2XX）CCS5000（針對(duì)C54XX）CCS6000（針對(duì)C6X）等三個(gè)不同的型號(hào)。我們所使用的是CCS5000、1.2的版本。這里所說明的CCS的一切問題都是基于CCS5000所討論，對(duì)其他版本的使用其差別不是很大，請(qǐng)參考其他有關(guān)資料。CCS5000具有以下特性：CCS5000目標(biāo)管理系統(tǒng)，內(nèi)建編輯器，所有的調(diào)試和分析能力集成在一個(gè)Windows環(huán)境中。(2)對(duì)C和DSP匯編文件的目標(biāo)管理目標(biāo)編輯器保持對(duì)所有文件及相關(guān)內(nèi)容的跟蹤。它只對(duì)最近一次編譯中改變過的文件重新編譯，以節(jié)省編譯時(shí)間。(3)高集成的編輯器調(diào)整C和DSP匯編代碼CCS5000的內(nèi)建編輯器支持C和匯編文件的動(dòng)態(tài)語法加亮顯示，使用戶能很容易地閱讀代碼和當(dāng)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)語法錯(cuò)誤。(4)編輯和調(diào)試時(shí)的后臺(tái)編輯用戶在使用編譯器和匯編器時(shí)沒有必要退出系統(tǒng)到DOS環(huán)境中，因?yàn)镃CS5000會(huì)自動(dòng)將這些工具裝載在它的環(huán)境中。在其窗口中，錯(cuò)誤會(huì)加亮顯示，只要雙擊錯(cuò)誤就可以直接到達(dá)出錯(cuò)處。(5)在含有浮點(diǎn)并行調(diào)試管理器(PDM)的原有的MS窗口下支持多處理器，CCS5000在Windows95和Windows-me中支持多處理器。PDM允許將命令傳播給所有的或所選擇的處理器。(6)任何算法點(diǎn)觀察信號(hào)的圖形窗口探針圖形顯示窗口使用戶能夠觀察時(shí)域或者頻域的信號(hào)。對(duì)于頻域圖，F(xiàn)FT在主機(jī)內(nèi)執(zhí)行，這樣就可以觀察所感興趣的部分而無須改變它的DSP代碼。圖形顯示也可以同探針連接，當(dāng)前顯示窗口被更新時(shí)，探針被指定，這樣當(dāng)代碼執(zhí)行到達(dá)該點(diǎn)時(shí)，就可以迅速地觀察到信號(hào)。(7)文件探針在算法處通過文件提取或加入信號(hào)或數(shù)據(jù)CCS5000允許用戶從PC機(jī)讀或?qū)懶盘?hào)流。而不是實(shí)時(shí)的讀信號(hào)，這就可以用已知的例子來仿真算法。CCS5000的圖形分析能力在其環(huán)境中是集成的。(9)在后臺(tái)(系統(tǒng)命令)執(zhí)行用戶的DOS程序用戶可以執(zhí)行CCS5000中的DOS程序，并將其輸出以流水方式送到CCS5000的輸出窗口。且允許用戶將應(yīng)用集成到CCS5000。GPS模塊以9600波特的速率串行輸出數(shù)據(jù)。有用的時(shí)間、經(jīng)緯度及海拔高度信息就包含在其中。實(shí)驗(yàn)的任務(wù)就是從選出有用的信息并送液晶顯示器顯示。實(shí)驗(yàn)的導(dǎo)航電文由串口調(diào)試助手導(dǎo)入，導(dǎo)航電文里頭的GGA格式的數(shù)據(jù)就是我們這次實(shí)驗(yàn)要接收的，找到該組的有用信息。在字符串找到指定的字符串，并返回它的位置。在這里就找“$GPGGA”和“，”找到后，把這個(gè)位置以后的字符串重新賦給一個(gè)以前的字符串，一直循環(huán)，就可以找到所有的信息了。具體步驟如下： 系統(tǒng)進(jìn)行初始化，主要是對(duì)DSP芯片的ASP（異步串口）進(jìn)行初始化，將DSP異步通信口得數(shù)據(jù)傳送率設(shè)為9600bit/s,通信數(shù)據(jù)格式的設(shè)置為1個(gè)起始位，8位數(shù)據(jù)位，一個(gè)停止位，并設(shè)置接受數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。對(duì)于波特率的設(shè)置可在串口驅(qū)動(dòng)程序中設(shè)置。使程序指向接受數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址，系統(tǒng)處于讀接受狀態(tài)。采用查詢方式、進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)起始位置時(shí)，開始數(shù)據(jù)接收，否則就放棄，重新開始查詢過程。判斷是否再次查找到'$'f符號(hào)，若是，則跳回第二步，重新進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。接收數(shù)據(jù)并查找所需的數(shù)據(jù)前面的逗號(hào)的位置。將查找到的逗號(hào)后的數(shù)據(jù)保存到中間數(shù)組變量中。數(shù)據(jù)處理，篩選出時(shí)間、經(jīng)度、緯度等基本數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸并調(diào)整格式在LCD上顯示。DSP串口初始化數(shù)據(jù)接收是是查找到所需數(shù)據(jù)前面逗號(hào)的位置將數(shù)據(jù)賦給輸出的中間變量發(fā)送數(shù)據(jù)到PC機(jī)上調(diào)整數(shù)據(jù)格式在調(diào)整數(shù)據(jù)格式在LCD上顯示cur_row=2;cur_col=20;/*列*/cur_row=3;cur_col=1;LCD_pr_chars("------------------本課設(shè)中利用鍵盤來控制顯示，設(shè)置鍵盤值1鍵來設(shè)置控制，下載成功后，按1鍵即開始進(jìn)行接收顯示。{flag=0xffff;{{}switch(key_val)/*由鍵值來控制*/{break;break;voidinit_exint1_inte{IFR=0Xffff;}{{}//flag=~flag;flag=0;cur_row=7;cur_col=15;}定位信息通過串口來實(shí)現(xiàn)傳輸。本程序的關(guān)鍵在于串口數(shù)據(jù)的提取及相關(guān)處理操作。前面的代碼負(fù)責(zé)從串口接收數(shù)據(jù)并將其放置于緩存。在沒有進(jìn)一步處理之前緩存是一長(zhǎng)串字節(jié)流，這些信息在沒有經(jīng)過分類提取之前是無法加以利用的。因此，必須通過程序?qū)⒏鱾€(gè)字段的信息從緩存字節(jié)流中提取出來，將其轉(zhuǎn)化成有實(shí)際意義的，可供高層決策使用的定位信息數(shù)據(jù)。同期他通訊協(xié)議類似。對(duì)該實(shí)驗(yàn)采用NMEA_0183xieyi協(xié)議的GPS固定數(shù)據(jù)輸出語句（$GPGGA）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。先定義305個(gè)數(shù)據(jù)的數(shù)組來存放導(dǎo)航電文的串行數(shù)據(jù)，逗號(hào)、時(shí)間、緯度、及經(jīng)度的中間接收數(shù)組，以及輸出的字符數(shù)組。{unsignedintunsignedintlocate=0;示值*/由于串口數(shù)據(jù)的讀取速度和對(duì)數(shù)據(jù)中參數(shù)的提取操作速度需要匹配，所以難免會(huì)有數(shù)據(jù)的丟失，為了保證參數(shù)的正確提取，程序的開始就需要對(duì)語句的正確性進(jìn)行控制。處理時(shí)一般先通過對(duì)幀頭的判斷，即對(duì)“$GPGGA”幀進(jìn)行判斷。由于幀內(nèi)個(gè)數(shù)據(jù)段由逗號(hào)分割，因此在處理緩存數(shù)據(jù)時(shí)一般是通過搜尋ASCII碼‘$’來判斷是否是幀頭，在對(duì)幀頭的類別進(jìn)行識(shí)別后再通過所經(jīng)歷逗號(hào)個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)來判斷出當(dāng)前處理地是那一種定位導(dǎo)航參數(shù)，并作出相應(yīng)的處理。判斷數(shù)據(jù)格式的程序如下：{jj=Uart_rx();/*串行數(shù)據(jù)輸出的調(diào)用函{break;}if(locate<300)//是發(fā)送數(shù)據(jù)存放在數(shù)組中的位置{Uart_tx(jj);}{while(ii<300)//接收并識(shí)別GGA數(shù)據(jù)的幀頭{break;}/*識(shí)別GPGGA幀*/一個(gè)完整的NMEA-0183語句是從信息起始標(biāo)志“$”、數(shù)據(jù)分隔符“，”和信息結(jié)束標(biāo)志符“”為止的一段字符串，需要掌握的信息是時(shí)間、經(jīng)度及緯度。所以當(dāng)接收到這樣一個(gè)完整的語句時(shí)，提取有用信息的方法首先是判斷起始符的位置，從起始符開始讀入數(shù)據(jù)、再通過異或校驗(yàn)后的語句中尋找自負(fù)'‘，’，然后截取前兩個(gè)‘，’之間的字符串獲取所關(guān)心的數(shù)據(jù)，并以回車符為一個(gè)GPS語句的終止符，得到一個(gè)完整的GPS信號(hào)。for(;ii<400;ii++){//$GPGGA,061820,2844.3546,N,11551.8844,E,1,10,0.8,57.9,M,-5.6,M,,*6Cif(data[ii]==36)break;if(mc==1){tm[ni]=data[ii];ni++;}/*提取時(shí)間*/elseif(mc==2){weidu[ni]=data[ii];ni++;}/*提取緯度*/elseif(mc==4){jingdu[ni]=data[ii];ni++;}/*提取經(jīng)度*/elseif(mc==7){geshu[ni]=data[ii];ni++;}/*提取衛(wèi)星數(shù)據(jù)*/elseif(mc==9){deep[ni]=data[ii];ni++;}/*提取海拔高度*/if(data[ii]==44){mc++;ni=0;}/*逗號(hào)計(jì)數(shù)*/}篩選出時(shí)間、經(jīng)度、緯度等基本數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸并調(diào)整在LCD上顯示，以下是顯示時(shí)間的一個(gè)處理過程LCD_pr_chars("MD:",5);for(ii=0;ii<6;ii++){LCD_nextchar(chartable[tm[ii]-48]);/*化ASCII值為數(shù)值*/}/*顯示時(shí)間*/第五章系統(tǒng)調(diào)試一個(gè)很好而小巧的串口調(diào)試工具，支持常用的150-115200bps波特率，能設(shè)置校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位和停止位，能以ASCII碼或十六進(jìn)制接收或發(fā)送任何數(shù)據(jù)或字符（包括中文可以任意設(shè)定自動(dòng)發(fā)送周期,并能將接收數(shù)據(jù)保存成文本文件，能發(fā)送任意大小的文本文件。支持串口號(hào)高于9的串口（例如COM10、com255等）如圖為課設(shè)中用到的串口調(diào)試器連接好電源線和仿真器，在打開實(shí)驗(yàn)箱電源前，先用交叉串口線連接實(shí)驗(yàn)箱串口和PC機(jī)串口1。編譯并運(yùn)行程序后，打開串口調(diào)試器，設(shè)置串口為COM1，波特率為9600，并打開串口。在發(fā)送窗口輸入字符或數(shù)字，選擇自動(dòng)發(fā)送或手在CCS軟件中完成程序并通過編譯生成.out文件，再加載.out文件運(yùn)行，打開串口調(diào)試器，把要發(fā)送的數(shù)據(jù)粘貼在發(fā)送端窗口，如圖發(fā)送數(shù)據(jù)：時(shí)，串口接收到的數(shù)據(jù)在實(shí)驗(yàn)箱上按鍵1開始LCD上顯示GPGGA，接著顯示UARTstartreceive最后開始顯示提取后的數(shù)據(jù)：結(jié)束語這次設(shè)計(jì)是基于DSP的GPGGA定位信息的提取，首先論述了GPS定位的原理以及方法，介紹了NEMA-0183數(shù)據(jù)格式定義，以及GPGGA提取的定位數(shù)據(jù)的特點(diǎn)以及相應(yīng)的格式，接著又介紹了系統(tǒng)總體總體設(shè)計(jì)的原理圖，異步傳輸?shù)姆绞?，硬件部分的一些?jiǎn)單介紹，再接著介紹了系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，詳細(xì)的闡述了每個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)過程，最后再論述了系統(tǒng)調(diào)試的過程，對(duì)結(jié)過的分析。通過這一周的課設(shè)，對(duì)整個(gè)基于DSPGPGGA定位數(shù)據(jù)的提取過程有了一個(gè)全面的了解，深入理解了異步串口通信的實(shí)現(xiàn)方法，通過實(shí)踐提高了自身的分析解決問題的能了，以及團(tuán)隊(duì)合作解決問題的能了。參考文獻(xiàn)[1]李莉編著,《DSP原理與應(yīng)用》北京：[2]GPS定位的數(shù)據(jù)格式，NMEA－0183數(shù)據(jù)格式[3]張雄偉陳亮徐光輝編著，《DSP芯片的原理與開發(fā)應(yīng)用》北京：電子工業(yè)出版社，2006致謝在整個(gè)課程設(shè)計(jì)的過程中，指導(dǎo)老師胡輝老師給予我細(xì)心的指導(dǎo)和幫助，讓我在這次課設(shè)的課題中學(xué)會(huì)了團(tuán)隊(duì)合作完成課題，加強(qiáng)了對(duì)DSP的了解，在課設(shè)中鍛