基于GPS的车辆行驶信息记录系统的设计(SD卡存储GPS信息)

1、沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- I -摘摘 要要随着汽车拥有量的逐年增加，道路拥挤和交通事故频频发生，这不仅给人们出行带来极大不便，而且还涉及到能源浪费、环境污染、人民生命安全等多方面问题。如何加强对车辆的管理，规范驾驶员的驾驶行为，减少交通事故的发生，营造一个和谐、通畅的行车环境己成为交通运输和安全管理部门面临的一个重要问题。 本课题的主要内容是：利用 GPS 接收机、微控制器、存储设备等设计了一个具有定位功能的车辆行驶信息记录系统。车辆行驶信息记录系统主要由 1 片MSP430F149 型号的单片机组成的控制电路、GPS 接收模块组成的信息接收电路、SD 卡读写模块电路

2、组成。GPS 接收模块接收 GPS 实时数据，经过 MSP430 单片机解析，提取出所需要的时间以及经纬度信息通过串口发送到 SD 卡存储起来。SD 卡在写入数据时会创建可命名的 txt 文件，将收到的数据存储在所命名的文件中。经过多次的系统调试和实验，所设计的系统可正常工作，可实现对车辆实时位置信息的记录，从而监控车辆的行驶信息。关键词关键词：GPS 全球定位系统；微控制器；SD 卡；信息存储沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- II -AbstractWith yearly increase in car ownership, road congestion and traf

3、fic accidents occur frequently, which not only caused great inconvenience to the people to travel, but also to the energy waste, environmental pollution, and other aspects of peoples lives and safety issues. How to strengthen the management of the vehicle, the drivers driving behavior norms, reduce

4、traffic accidents, to create a harmonious, smooth traffic environment has become an important issue for transportation and security administration faces.The main contents of this paper are: the use of GPS receivers, microcontrollers, memory devices, such as a vehicle designed to travel with position

5、ing information recording system. Vehicle information recording system consists of a microcontroller MSP430F149 model consists of a control circuit, the information receiving circuit consists of a GPS receiver module, SD card reader module circuit. GPS receiver module receives GPS real-time data, pa

6、rse through the MSP430 microcontroller, and latitude and longitude information extracted from the time needed to send through the serial port to the SD card for storage. SD card data will be created when writing txt file can be named, will receive the data stored in the named file.After several syst

7、em debugging and experiments, the system can work properly designed, can achieve real-time vehicle location information records, thereby monitoring a vehicle traveling information.Keywords：GPS global positioning system; MCU; SD card; information storage沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- III -目录目录第 1 章 绪论.11.

8、1 课题研究的目的和意义.11.2 课题的主要研究内容.21.3 论文的组织结构.2第 2 章 系统分析与设计方案.32.1 GPS 系统及其工作原理.32.1.1 GPS 基础 .32.1.2 GPS 定位原理 .32.1.3 GPS 数据 .42.2 系统总体设计.7第 3 章 系统硬件设计.93.1 系统硬件总体设计概述.93.2 系统电路模块设计.93.2.1 MSP430F149 单片机简介.103.2.2 MSP430F149 单片机最小系统.143.2.3 GPS 定位信息接收电路 .163.2.4 SD 卡读写电路.203.2.5 电源模块电路.213.3 整体硬件电路.22第

9、 4 章 系统软件设计.244.1 系统软件总体设计概述.244.2 系统各部分程序.244.2.1 主程序.24沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- IV -4.2.2 SD 卡读写模块程序.254.2.3 GPS 数据处理模块程序 .30第 5 章 系统调试与结果分析.335.1 概述.335.2 IAR 软件简介.335.3 软件调试方法及步骤.345.3.1 系统在 IAR 软件的调试.345.3.2 程序下载电路的调试.355.4 整体调试.365.5 调试结果与分析.37第 6 章 经济与社会效益分析.406.1经济效益分析 .406.2社会效益分析 .40结论.41

10、致谢.42参考文献.43附录 电路原理图 .45附录 部分程序清单 .46沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 1 -第第 1 章章 绪论绪论1.1 课题研究的目的和意义课题研究的目的和意义随着汽车拥有量的逐年增加，道路拥挤和交通事故频频发生，这不仅给人们出行带来极大不便，而且还涉及到能源浪费、环境污染、人民生命安全等多方面问题。如何加强对车辆的管理，规范驾驶员的驾驶行为，减少交通事故的发生，营造一个和谐、通畅的行车环境己成为交通运输和安全管理部门面临的一个重要问题。而 GPS 卫星导航全球定位系统自问世以来，在导航、定位领域发展势头迅猛，引起世界各界人士的关注。具备高精度、全天

11、候、全球覆盖、高效率、多功能、操作简便等特点。广泛应用于地面车辆跟踪和城市智能交通管理方面。随着人们对运输载体的监控、跟踪以及智能化管理要求的提高，GPS 在中国已经进入爆发性发展阶段，蕴藏着巨大的发展空间。GPS 系统包括三大部分：空间部分GPS 卫星星座；地面控制部分地面监控系统；用户设备部分GPS 信号接收机。GPS 系统通过使用来自多个卫星的信号来确定地面或近地面任何位置的移动接收机的位置。我国的卫星定位技术综合了 GPS 卫星导航全球定位，GSM 全球数字蜂窝移动通信，GIS 地理信息，计算机网络技术全方位的技术应用。利用 GPS 卫星信号接收机，跟踪这些卫星的运行，对所接收到的 G

12、PS 信号进行变换、放大和处理，测量传播时间，解译导航电文。接收机24h 不间断地接收卫星发送的数据参数，算出接收的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。本课题就是这种背景下提出的利用 GPS 的定位导航功能，实现对车辆位置信息的记录，并将车辆的位置信息存储下来，以供后续调查。通过对车辆的位置信息的记录，可以加强车辆的管理，优化车辆的行驶路径，减少交通事故的发生。本课题是一个非常有创新的课题，同时具有非常高的实用价值。对本课题的设计很好的煅炼了自己的能力。让我对 GPS 的工作原理有了更深的认识。同时，在实现这个设计的过程也很好地煅炼了自己的动手能力和独立思考能力。完成一个这样有实用价值的

13、作品，对我以后步入社会后的工作也很有帮助。沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 2 -1.2 课题的主要研究内容课题的主要研究内容本次毕业设计的任务是基于 GPS 的车辆行驶信息记录系统的设计，主要是通过GPS 接收模块接受的信息通过串口传输到 MSP430 单片机，由单片机进行数据信息的解析与提取，将提取的有效信息储存到 SD 卡中。主要研究内容：1、硬件电路的设计制作，将 GPS 接收模块、SD 存储卡、单片机、电源模块集成到一个系统板中；2、用单片机解析 GPS 定位数据（因为 GPS 数据是十分丰富的，要提取里边有用的） ；3、将单片机处理以后的定位数据存储到 SD 存储

14、卡。本课题重点是实现单片机对 SD 卡的读写，存储车辆位置信息。1.3 论文的组织结构论文的组织结构本文共分为 6 个章节，以设计顺序为主线对系统进行了详细介绍。第 1 章主要介绍了该课题研究的目的、意义、题目要求以及论文的组织结构，本章为设计工作的准备阶段。第 2 章对系统进行了分析，提供了系统的设计方案。第 3 章介绍了该系统的硬件电路设计原理，详细介绍了系统各个组成电路模块。第 4 章主要是对软件设计的研究，首先说明了程序设计思路，然后画出了程序流程图，并对各程序流程图作了简要说明。第 5 章主要是系统实验结果与分析。第 6 章对该课题的经济和社会效益进行了简要分析。本文还包括结论、致谢

15、、参考文献、附录部分。沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 3 -第第 2 章章 系统分析与设计方案系统分析与设计方案方案设计是系统完成的关键，其设计的合理性直接决定了整个系统的结构和功能。本系统完成了对 GPS 接收信息的提取，并将其存储到 SD 卡中。下面对 GPS 系统及其工作原理和本系统的设计做一下具体说明。2.1 GPS 系统及其工作原理系统及其工作原理2.1.1 GPS基础基础GPS 主系统是由美国发射的卫星系统，由 27 颗卫星组成，其中 24 个正常使用，3 个备用，27 颗卫星不间断的发送地理位置海拔高度和时间信号，由地面的接收机接受再做处理，一般的接收机可以接

16、收 5 至 12 个卫星信号。全球定位系统分为三部分：太空卫星部分：24 颗绕极转动的卫星分成六个轨道，在 20200 公里的高空运动，转动一周约 12 小时，每个卫星都不停的发射载有卫星轨道数据及时间的无线电波以供地球上的各种接收机接收。地面管制部分：在地面设置的地面管制站主要任务是追踪控制卫星运转，修正维护每个卫星能保持运转的个性参数，确保接收信息的可靠性。终端设备：追踪 GPS 卫星并随时计算出接收机所在位置的坐标，移动速度及时间。GPS 接收机及一般分为：无线蓝牙 GPS，USB 接口 GPS。2.1.2 GPS定位原理定位原理GPS 系统的基本定位原理是：每颗 GPS 卫星时刻发布其

17、位置和时间数据信号，用户接收机可以测量每颗卫星信号到接收机的时间延迟，根据信号输出的速度可以计算出接收机到不同卫星的距离。同时收集至少 4 颗卫星的数据时，就可以算出三维坐标、速度和时间，经由 I/O 口输出串行数据。沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 4 -2.1.3 GPS数据数据GPS 模块协议支持 NMEA-0183 协议，NMEA-0183 协议是 National Marinc Elcctronics Association 所指定的标准规格，这一标准还包含传输资料的格式以及传输资料的通信协议。一组正常的 GPS 协议语句包含 GPS 固定数据输出语句（$GPGGA

18、） ，建议使用推荐定位信息($GPRMC） ，地面速度信息（$GPVTG）语句。1.当前卫星信息$GPGGA $GPGGA,101443.00,4155.48410,N,12323.86670,E,1,05,11.28,89.7,M,7.8,M,*6B；其标准格式为$GPGGA， （1） ， （2） ， （3） ， （4） ， （5） ， （6） ， （7） ， （8） ， （9） ，M（10） ，M， （11） ， （12） ，*hh（CR） （LF）各部分对应的含义为：(1)：标准定位时间：#时#分#秒；(2)：纬度（格式 ddmm.mmmm 即#度#.#分） ；(3)：N/S 南或北表示

19、纬度即北纬 37 度 54.9756 分；(4)；经度（格式 ddmm.mmmm 即#度#.#分） ；(5)：E/W 东或西表示经度即东经 109 度 28.4278 分；(6)：质量因子（0=没有定位，1=实时 GPS，2=差分 GPS） ；(7)：可以应用卫星个数（0-8） ；(8)：水平精度因子（1.0-99.9）水平精度因子=1.0；(9)：天线高程天线高程 20.6 米；(10)：大地椭球面相对海平面的高度（-999.9-9999.9，单位：米） ；(11)：差分 GPS 数据年龄，实时 GPS 时无；(12)：差分某准站号（0000-1023） ，实时 GPS 时无； *：语句结束

20、标识符；Hh：为从$开始到*之间的所有 ASCII 码的异或校验和；沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 5 -（CR）：回车；（LF）：换行。2.推荐定位信息数据格式$GPRMC$GPRMC,101443.00,A,4155.48410,N,12323.86670,E,0.049,255.81,160411,A*6A,其标准格式为：$GPRMC(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)，(7)，(8)，(9)，(10)，(11) *hh (1)：标准定为时间格式 hhmmss.sss；(2)：定位状态：A=数据可用，V=数据不能被用；(3)：纬度：格式 ddmm.mmmm；

21、(4)：纬度区分：北半球=N，南半球=S；(5)：经度：格式 ddmm.mmmm；(6)：经度区分：东半球=E，西半球=W；(7)：相对位移的速度 0.0 至 1851.8knots；(8)：相对位移的方向：000.0 至 359.9 度，实际值；(9)：日期：格式 ddmmyy；(10)：磁极变量：0 度到 180 度；(11)：磁偏角方向，E(东)或 W(西)；(12)：模式指示(A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效)。3.地面速度信息$GPVTG$GPVTG,255.81,T,M,0.049,N,0.090,K,A*32，其标准格式为：$GPVTG,(1),(2),(3),(4

22、),(5),(6),(7),(8),(9)*hh(1)：运动角度，000-359 前导位数不足补 0；(2)：T=真北参照系；(3)：运动角度，000-359 前导位不足补 0；(4)：M=磁北参照系；沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 6 -(5)：水平运动速度 0.00 前导位不足补 0；(6)：N=节，Knots；(7)：水平运动速度 0.00 前导位不足补 0；(8)：K=公里/时；(9)：模式指示(A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效)。4.含经纬度的地理位置$GPGLL$GPGLL，3723.2475,N,12158.3416,W,161229.487,A

23、*2C，其标准格式为：$GPGLL，(1),(2),(3),(4),(5),(6)*hh(1)：纬度 37 度 23.2475 分；(2)：N/S，北半球或南半球；(3)：经度 121 度 58.3416 分；(4)：E/W，东半球或西半球；(5)：标准定为时间：格式，时时分分秒秒；(6)：状态，A=数据可用，V=数据不可用。5.当前卫星信息$GPGSA$GPGSA A，3，07，02，26，27，09，04，15， ， ， ，1.8，1.0，1.5*33,其标准格式为：$GPGSA,(1),(2),(3),(3),(3),(3),(3),(4),(5),(6),(7)(1)：模式：M = 手

24、动， A = 自动；(2)：定位型式 1 = 未定位， 2 = 二维定位， 3 = 三维定位；(3)：PRN 数字：01 至 32 表天空使用中的卫星编号，最多可接收 12 颗卫星信息；(4)：PDOP 位置精度因子(0.599.9)； (5)：HDOP 水平精度因子(0.599.9)；(6)：VDOP 垂直精度因子(0.599.9)； (7)：Checksum.(检查位)。沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 7 -2.2 系统总体设计系统总体设计首先是 GPS 数据接收模块进行数据的接收，然后将接收数据传给单片机进行数据的加工处理从中选取有用数据，存储到 SD 卡中。系统整体

25、设计框架图如图 2.1 所示：图 2.1 系统整体设计框架图此次设计的系统主要包括 GPS 接收模块、MSP430 单片机、SD 卡读写模块、串行通信接口等几部分，各部分设计及主要功能介绍如下：GPS 接收模块：GPS 接收机的功能是能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对接收到的 GPS 信号进行变换、放大和处理，可以实现对天线视界内卫星的跟踪、锁定和测量。在获取了卫星的位置信息和测算出卫星信号传输时间之后，就可算出输出定位、导航和其他数据。GPS 接收机由核心处理器、GPS 接收装置和液晶显示设备组成。本研究采用的GPS 接收机是 RCB-4H，具有接

26、收 GPS 信号、处理信号、输出定位信息等功能。单片机：单片机是此系统的核心部分，通过对外围各个接口的数据信号的提取及处理，来控制整个系统的工作。本课题采用 MSP430F149 单片机提取 GPS 接收的数据信息，沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 8 -并对数据信息进行处理。SD 卡读写模块：SD 卡读写模块内置文件系统、可直接进行文件读写的 SD 卡模块，适用于单片机系统实现大容量存储方案。单片机使用模块，可直接进行目录遍历、目录创建、目录删除、文件创建、文件删除、文件修改、卡格式化等标准文件系统操作，无需了解 SD 卡内部存储结构及文件系统实现细节。SD 卡通过 SD

27、卡读写模块存储经过单片机处理过的有效信息。沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 9 -第第 3 章章 系统硬件设计系统硬件设计3.1 系统硬件总体设计概述系统硬件总体设计概述系统的硬件电路部分设计是本课题的非常重要和关键的一部分，这部分的设计情况将影响到系统功能的实现。本章着重介绍硬件部分电路的设计原理，各部分电路的组成以及外围电路器件的功能等等。系统硬件框图如图3.1所示：图 3.1 系统硬件框图3.2 系统电路模块设计系统电路模块设计对应于系统所要实现的功能，本系统的硬件设计主要由四部分组成。这四部分分别为GPS定位信息接收电路，SD卡读写电路，电源电路与STC89C52RC

28、接口电路和程序下载电路。沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 10 -3.2.1 MSP430F149单片机简介单片机简介单片机是系统的核心部分，通过对外围各个接口的数据信号的提取及处理，来控制整个系统的工作。本课题采用的是 MSP430F149 单片机。单片机芯片配以必要的外部器件，一般包括电源供入及电源开关、复位电路、晶振、输入输出电路等就能构成最小系统。MSP430 功能框图如图 3.2 所示：图 3.2 MSP430 功能框图MSP430F149 芯片是美国 TI 公司推出的超低功耗微处理器，有 60KB+256 字节FLASH，2KBRAM，包括基本时钟模块、看门狗定时

29、器、带 3 个捕获比较寄存器和 PWM 输出的 16 位定时器、带 7 个捕获比较寄存器和 PWM 输出的 16 位定时器、2 个具有中断功能的 8 位并行端口、4 个 8 位并行端口、模拟比较器、12 位AD 转换器、2 个串行通信接口等模块。MSP430F149 芯片具有如下特点：(1)功耗低：电压 22V、时钟频率 1MHz 时，活动模式为 200A；关闭模式沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 11 -时仅为 01A，且具有 5 种节能工作方式；(2)高效 16 位 RISC-CPU，27 条指令，8MHz 时钟频率时，指令周期时间为125ns，绝大多数指令在一个时钟周期

30、完成；32kHz 时钟频率时，16 位 MSP430 单片机的执行速度高于典型的 8 位单片机 20MHz 时钟频率时的执行速度；(3)低电压供电、宽工作电压范围：1836V；(4)灵活的时钟系统：两个外部时钟和一个内部时钟；(5)低时钟频率可实现高速通信；(6)具有串行在线编程能力；(7)强大的中断功能；(8)唤醒时间短，从低功耗模式下唤醒仅需 6s；(9)ESD 保护，抗干扰力强；(10)运行环境温度范围为-40+85，适合于工业环境。MSP430 系列单片机的所有外围模块的控制都是通过特殊寄存器来实现的，故其程序的编写相对简单。编程开发时通过专用的编程器，可以选择汇编或 C 语言编程，I

31、AR 公司为 MSP430 系列的单片机开发了专用的 C430 语言，可以通过WORKBENCH 和 C-SPY 直接编译调试，使用灵活简单。单片机引脚图如图3.3所示：沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 12 -图 3.3 MSP430 引脚图58 脚 RST/NMI 为 430 单片机的复位引脚（低电平有效） 。1 脚 DVCC、63 脚 DVSS 为数字电源接口。64 脚 AVCC、62 脚 AVSS 为模拟电源接口。注意：MSP430 系列单片机的供电电压为 1.8V3.6V。32 脚 UTXD0、33 脚 URXD0 的第二功能为 MSP430F149 单片机两路串口

32、通讯接口中的第一路。 34 脚 UTXD1、35 脚 URXD1 的第二功能为 MSP430F149 单片机两路串口通讯接口中的第二路。29 脚 SIMO0，30 脚 SOMI0，31 脚 UCLK0 的第二功能为 MSP430F149 单片机两路 SPI 通讯接口中的第一路。沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 13 -45 脚 SIMO1，46 脚 SOMI1，47 脚 UCLK1 的第二功能为 MSP430F149 单片机两路 SPI 通讯接口中的第二路。48 脚的第二功能为 MSP430F149 单片机 MCLK（主系统时钟）的输出端。49 脚的第二功能为 MSP430F

33、149 单片机 SCLK（子系统时钟）的输出端50 脚的第二功能为 MSP430F149 单片机 ACLK（辅系统时钟）的输出端。52 脚、53 脚为外部高频时钟晶振输入端（程序中说明一般用 XT2CLK 或 HF XTAL 表示） 。8 脚、9 脚为外部低频时钟晶振输入端（程序中说明一般用 LFXTICLK 表示） 。59 脚 TA0，60 脚 TA1，61 脚 TA2，2 脚 A3，3 脚 A4，4 脚 A5，5 脚 A6，6脚 A7 的第二功能为 8 路的内部 12 位 ADC 模拟电压输入端口。54 脚 TDO/TDI，55 脚 TDI/TCLK，56 脚 TMS，57 脚 TCK 为

34、 JTAG 接口（同时拥有仿真器和编程器的功能） ，用于下载程序并实现硬件在线仿真。I/O 口的操作：P1P6 的公有寄存器位为 PXSEL，PXDIR，PXOUT，PXIN。其中 P1，P2 相对于 P3，P4 ，P5，P6 还多出了 3 个寄存器 PXIE，PXIES，PXIFG，这三个寄存器是用于设置开启 P1，P2 的外部触发中断使用的（其中 X 可以为 1，2，3，4，5，6） 。以下各寄存器功能介绍（以 P3.4 为例）：P3SEL 用于功能选择，当其置 0 选择的是普通 I/O 口功能，置 1 选择的是第二功能；比如 32 脚 UTXD0 对应 P3.4，33 脚 URXD0 对

35、应 P3.4。P3SEL &= BIT4;/ 该程序是将 P3.4 置 0，此时该引脚只具有普通 I/O 口功能；P3SEL |= BIT4;/ 该程序是将 P3.4 置 1，此时该引脚将具有异步串口通信功能。P3DIR 是用于设置 I/O 口输出方向的。P3DIR &= BIT4; /该程序是将 I/O 口的方向设置为输入（一般用于读取数据时）；沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 14 -P3DIR |= BIT4; /该程序是将 I/O 口的方向设置为输出。P3OUT 是用于设置 I/O 口输出高低电平的。P3OUT &= BIT4; /该程序是使该

36、 I/O 口输出高电平；P3OUT |= BIT4; /该程序是使该 I/O 口输出低电平。P3IN 是用于读取外部输入到该引脚，使用该寄存器前必须将 P3DIR 置 0。3.2.2 MSP430F149单片机最小系统单片机最小系统最小系统是由保证处理器可靠工作所必须的基本电路组成的,主要包括电源电路、时钟电路和复位电路。1.时钟电路时钟电路用于产生单片机工作时所需要的时钟信号。单片机各功能部件的操作都是以时钟频率为基准，有条不紊地周期性地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的运行速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。MSP430 系列单片机时钟模块包括数控振荡器(DCO)、高速晶体

37、振荡器和低速晶体振荡器等 3 个时钟源。这是为了解决系统的快速处理数据要求和低功耗要求的矛盾，通过设计多个时钟源或为时钟设计各种不同工作模式，才能解决某些外围部件实时应用的时钟要求，如低频通信、LCD 显示、定时器、计数器等。数字控制振荡器 DCO 已经集成在 MSP430 内部，在系统中只需设计高速晶体振荡器和低速晶体振荡器两部分电路。低速晶体振荡器(LFXTl)满足了低功耗及使用 32768kHz 晶振的要求。LFXTl振荡器默认工作在低频模式，即 32768kHz，也可以通过外接 450kHz8MHz 的高速晶体振荡器或陶瓷谐振器工作在高频模式，在本电路中我们使用低频模式。高速晶体振荡器

38、(HFXT2)也称为第二振荡器 XT2，它为 MSP430F149 工作在高频模式时提供时钟，XT2 最高可达 8MHz。在系统中 XT2 采用 8MHz 的晶体，XT2外接 2 个 30pF 的电容经过 XT2IN 和 XT2OUT 连接到 MCU。晶振电路如图 3.4 所示：沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 15 - 图 3.4 晶振电路2.复位电路在单片机每次初始加电时，首先投入工作的功能部件是复位电路。复位电路把单片机锁定在复位状态上并且维持一个延时，以便给予电源电压从上升到稳定的一个等待时间。在电源电压稳定之后，再插入一个延时，给予时钟振荡器从起振到稳定的一个等待时

39、间。从上 MSP430 系统复位电路功能模块图中可以看到了两个复位信号，一个是上电复位信号 POR(Power On Reset)和上电清除信号 PUC(Power Up Clear)。POR 信号是器件的复位信号，此信号只有在以下的事件发生时才会产生： 器件上电时：RST/NMI 引脚配置为复位模式，当 RST/NMI 引脚产生低电平时。 当 POR 信号产生时，必然会产生 PUC 信号；而 PUC 信号的产生时不会产生POR 信号。会引起产生 PUC 信号的事件： POR 信号发生时；启动看门狗时，看门狗定时器计满时；向看门狗写入错误的安全参数值时；向片内 FLASH 写入错误的安全参数值

40、时。当 POR 信号或 PUC 信号发生时引起器件复位后，器件的初始化状态为： RST/NMI 引脚配置为复位模式、I/O 引脚为输入模式、状态寄存器 SR 复位、看门狗激活进入工作模式、程序计数器(PC)装入复位向量地址 0 xFFFE,微处理器从此地址开发始执行。由于 MSP430F149 单片机是低电平复位，在复位键未按下时，由于电容对直流电的阻隔作用，复位端口 REST 为高电平，因此单片机不执行复位功能；当按下复沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 16 -位键 S2 时，电容 C3 通过 S2 放电，此时 REST 为低电平，单片机进入复位状态，当释放 S2 时，电源

41、通过电阻 R8 给电容再次充电，复位端口的点位由低电平缓慢的上升的高电平，在未达到单片机规定的阈值之前，单片机均认为是低电平，保持复位状态当充电完成后，复位端口为高电平，复位结束。其中二极管 D3 的加入是保证 REST 端的电压限定在一定范围内不会太高。复位电路如图 3.5 所示：图 3.5 复位电路最小系统可以直接作为核心部件应用与工程和科研中，具有良好的通用性和可扩展性。在最小系统的基础上，可以很方便地进行二次开发和功能扩展，能够缩短开发周期，降低开发成本。本文实现了最小系统的基本功能，介绍了各模块的硬件电路。该最小系统可以经过适当修改可应用于电子设计、计算机教学与科研、工业控制等领域。

42、3.2.3 GPS定位信息接收电路定位信息接收电路在进行硬件设计时，应根据系统的需要来选择适合的硬件。沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 17 -在本系统的设计中，GPS 接收机是最基本的组成部分，由它来接收卫星信号，并且产生定位信息。下面分别介绍 GPS 接收机的分类、选择与各种特性。 1.GPS 接收机的分类 GPS 接收机可以根据用途、工作原理、接收频率等进行不同的分类。按接收机的用途进行分类可分为导航型接收机，测地型接收机，授时型接收机等；按接收机的载波频率进行分类可分为单频接收机，双频接收机；由于 GPS 接收机的定位原理多样，应用范围广泛，所以分类方法也多种多样，需

43、要根据实际应用来选择适当的接收机。 2.GPS 定位模块的选择 由于本项目开发的是基于 GPS OEM 接收机自主完好性监测系统的研究，所以应选择导航型的 GPS 模块。目前，有很多厂商都能提供 GPS OEM 板产品，如SiRF、Conexant、Sychip、GARMIN 等公司。其中北京三信通导技术有限公司是最著名、深受用户信赖的专业 GPS 厂家，在 GPS 的定位、导航领域一直走在最前列，在提供各种类型的 GPS 成品的同时，还提供一系列最经典的 GPS OEM 板产品。此公司生产的 GPS OEM 产品的优良的性能既能够满足灵敏度需求，也能够满足动态需求，所以本项目选择 RCB-4

44、H 作为 GPS 定位模块。它为 12 通道的 GPS 接收机，也就是同时可以跟踪多达 12 颗 GPS 卫星，从而能够快速的定位。GPS 接收机功耗非常小，数据更新率为 4HZ，即为每秒 4 次。 3.RCB-4H 简介GPS-OEM 板采用单一 5V 供电，内置保护电池，RS232、TTL 两种电平自动输出 NMEA0183 格式（ASCII 字符型）语句。GPS 接收板主要由变频器、信号通道、存储器、中央处理器和输入输出接口构成。它接收天线获取的卫星信号，经过变频、放大、滤波、相关、混频等一系列处理，可以实现对天线视界内卫星的跟踪、锁定和测量。在获取了卫星的位置信息和测算出卫星信号传输时

45、间之后，就可算出输出定位、导航和其他数据。4.RCB-4H 的输出格式RCB-4H 是一种超低功耗的 GPS 接收板.接收机输出数据通常使用的格式是美国沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 18 -国家海洋电子协会指定的 NMEA0183 通信标准格式，其输出数据代码为 ASCII 码字符，内容包含了纬度、精度、高度、速度、日期、时间、航向以及卫星状况等信息。输出数据为多种格式，如 GPGRS、GPGGA、GPGSA 等。GPS 通信波特率为480019200,1 个起始位，8 个数据位，1 个停止位，无奇偶校验位。GPS 接收机的实物图如图 3.6 所示：图3.6 GPS接收机

46、实物图GPS 接收机引脚图如图 3.7 所示：图 3.7 GPS 接收机管脚配置图 各引脚功能如表 3.1 所示。沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 19 -表 3.1 GPS 引脚功能介绍1V-ANT输入天线偏置电压11 TXD1输出串口 1 2Vcc输入供应电压12RXD1输入串口 1 3V-BAT输入备用电源电压13GND地4Vcc输入供应电压14TXD2输出串口 25RESET-N输入复位15RXD2输入串口 26Reserved16GND地7Reserved17GND地8Reserved18GND地9Reserved19TIMEPULSE输出时间脉冲10GND地20G

47、ND地5.GPS 信息接收电路由于我们所采用的 RCB-4H 信号接收模块输出信号为 RS232 电平，而MSP430 单片机串口所使用的电平为 TTL 电平，所以为了能使单片机正常的与RCB-4H 信号接收模块进行通讯，故需要对电平进行相互转换，所以我使用了MAX-232 转换芯片。其电路设计图如图 3.8 所示。沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 20 -图 3.8 GPS 信息接收电路3.2.4 SD卡读写电路卡读写电路SD卡读写模块SDV600是一款整合了SD卡规范和FAT文件格式规范的模块，只要通过本模块规定的通讯协议就可以把数据存储在SD卡中的文件中。由于SD卡规范

48、和FAT规范是非常复杂，如果在项目中要单独来写这两个规范的非常费时和费力，而且非常占用系统资源；现在的便携仪采集的数据种类越来越多，数据量越来越大，而其大部分要求在计算机上备份数据或者后期用计算机处理数据；而SD 卡以其容量大，速度快，接口简单，加之配套的读卡器便宜而发展迅速；这些主观和客观的因素促使项目中迫切要求使用SD 卡加FAT文件系统来存储数据，也促使本模块的诞生。本模块支持FAT32文件格式，理论支持8G以下SD卡。通过命令提供给主机有如下功能：(1)文件的创建（注：文件名只支持8.3 文件格式：8.3文件格式文件名不支持中文，文件名长度为最大8个字符）；(2)文件的打开（8.3 文

49、件名格式）；(3)文件的连续写入和文件的给定起始地址写入；(4)文件的连续读取和文件的给定起始地址读取；沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 21 -(5)当前打开文件的保存；(6)当前文件的关闭；(7)文件指针的设置；(8)当前打开文件信息的读取，包括文件的大小和当前文件指针值；(9)获取系统的状态（有无SD卡，是否为FAT32文件格式，系统是否繁忙）；(10)通过模块上的拨码开关设置串口波特率（2400，9600，19200，57600，115200）。SD 卡读写模块连接电路如图 3.9 所示：图 3.9 SD 卡读写模块电路本模块工作稳定，不挑卡，不死机，串口 UART

50、操作(直接接任何带串口单片机)，指令少，还可以顺序存。3.2.5 电源模块电路电源模块电路由于整个系统采用 5V 和 3.3V 供电，又考虑到硬件系统要求电源具有稳压功能和波纹小等特点，另外也考虑到硬件系统的低功耗等特点，因此该硬件系统的电源先用 LM7805 稳压为 5V 给外围模块电路供电，再用 SPX1117 芯片稳压得到 3.3V 电压，给 CPU 和 3.3V 设备供电。电源电路如图 3.10 所示：沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 22 -图 3.10 电源电路3.3 整体硬件电路整体硬件电路本系统的硬件电路主要包括 GPS 接收模块、MSP430F149 单片机

51、和 SD 卡读写模块组成。整体硬件电路实物图如图 3.11 所示：沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 23 -图 3.11 整体硬件电路实物图沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 24 -第第 4 章章 系统软件设计系统软件设计4.1 系统软件总体设计概述系统软件总体设计概述本次课题是基于 GPS 的车辆行驶信息记录系统的设计，主要实现 GPS 数据接收、GPS 数据信息处理以及 GPS 有效数据信息存储等功能，而这些功能通过使用IAR Embedded Workbench 集成调试软件编写程序来实现。由于硬件电路设计包含主控电路、GPS 信息接收电路、SD 卡存

52、储电路组成，因此本次程序设计主要包含 3 个部分：主程序、SD 卡读写模块程序和 GPS 数据处理模块电路程序。4.2 系统各部分程序系统各部分程序4.2.1 主程序主程序设计系统时，一般会设计系统的主程序。主程序主要用于调用各个子程序，不仅如此，还标明调用子程序所要满足的条件。本系统的主程序流程图如图 4.1 所示。沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 25 -开始系统初始化接收GPS数据单片机处理数据判断GPS数据是否有效？SD卡存储数据是否图 4.1 系统主程序流程图4.2.2 SD卡读写模块程序卡读写模块程序SDV600 是内含处理器，整合FAT 协议，操作起来和芯片一样

53、，它工作状态也是有忙有闲，所以在执行操作时需要检查模块的busy 标志引脚，客户处理器完全可以去做别的事，必要时判断busy 进行下一步操作。对于FAT协议来讲，文件数越多造成得寻址和判断（判断文件重命名）时间越来越长，使建立文件命令执行时间增长，所以在使用命令时一定要判断模块的BUSY脚，如果处于BUSY状态发送的后续命令就会被模块丢弃，直到不为BUSY状态时，后续命令才可被模块执行。例如：按照状态命令（01）+创建命令（02）+打开命令（06）+写入数据命令（05)+保存命令（04）+关闭命令（08）这样的命令而不判断BUSY，当创建到大概800 多个文件时，创建命令时间变长，使得后续打开

54、命令（06）丢失，而写入数据沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 26 -命令（05)+保存命令（04）因没有打开文件（打开命令丢弃没有执行），而执行失败，这样会出现创建好文件后，没有写入数据的现象，如果判断BUSY就能解决此问题。类似问题还有保存命令，关闭命令。SD卡读写模块在工作时可实现创建文件、打开文件、写入数据、保存文件和关闭文件的操作，在实现不同操作时对应有不同的命令格式： 1.创建文件命令 0 x02创建文件命令提供给主机创建文件的功能。参数为N字节8.3 文件格式的文件名（字符串格式，即文件名以0 结尾），即8 字节的基本文件名（模块不支持汉字编码，字母不区分大小写

55、），3 字节扩展名。命令格式如下：0 x55 0 xaa 0 x02 个数(2 字节，低字节在前) 8.3文件格式名 校验和应答的数据为1 个字节的状态信息，各位分别代表不同的状态：Bit 0，SD 卡不存在状态，1 表示SD 卡不存在；Bit 1，SD 卡写保护状态，1 表示SD 卡写保护；Bit 2，文件打开状态，1 表示当前有文件打开，创建失败；Bit 3，FAT16 根目录满，1 表示根目录满，FAT16 根目录只能创建32 个文件或文件夹；Bit 4，文件名格式，1 表示当前目录下有同名文件或者文件名格式不是8.3格式；Bit 5，文件系统类型，1 表示不为FAT32 文件系统；Bi

56、t 6，系统忙状态，1 表示系统正处在忙状态；Bit 7，校验和状态，1 表示发送命令的校验和不正确。注：接收到应答，其中8 位任何一位不为0，表示命令执行失败。例如要在SD卡中建立文件12345678.txt,发送的命令数据为：例：55 AA 02 0D 00 31 32 33 34 35 36 37 38 2E 74 78 74 00 41 创建 12345678.txt沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 27 -文件。2.打开文件命令 0 x06该命令为主机提供打开文件的功能。参数为N 字节8.3文件格式的文件名（字符串格式，即文件名以0 结尾），即8 字节的基本文件名（

57、模块不支持汉字编码，字母不区分大小写），3 字节扩展名。命令格式如下，其中个数占2字节，低字节先发送：0 x55 0 xaa 0 x06 个数(2 字节，低字节在前) 8.3文件格式名 校验和应答的数据为1 个字节的状态信息，各位分别代表不同的状态：Bit 0，SD 卡不存在状态，1 表示SD 卡不存在；Bit 1，文件打开状态，1 表示当前有文件打开，打开失败，先关闭文件在调用该命令；Bit 2，文件名状态，1 表示文件名不是标准的8.3 文件格式；Bit 3，文件存在状态，1 表示无该文件；Bit 4，无定义；Bit 5，文件系统类型，1 表示不为FAT文件系统；Bit 6，系统忙状态，1

58、 表示系统正处在忙状态；Bit 7，校验和状态，1 表示发送命令的校验和不正确。注：接收到应答，根据第8 位判断命令执行状态，如果失败，原因参考前几位标识。例：55 AA 06 0D 00 31 32 33 34 35 36 37 38 2E 74 78 74 00 45 打开 12345678.txt文件。3.写入文件命令 0 x05该命令为主机提供向已打开文件中写入数据的功能。每写一个数据文件指针自动加1，当数据写完，文件指针指向最后一个数据地址加1 的位置。命令格式如下，其中个数占2 字沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 28 -节，低字节先发送，起始地址占4 字节，低字

59、节先发送：0 x55 0 xaa 0 x05 个数(2 字节) 起始地址（4个字节） 有效数据 校验和应答的数据为1 个字节的状态信息，各位分别代表不同的状态：Bit 0，SD 卡不存在状态，1 表示SD 卡不存在；Bit 1，SD 卡写保护状态，1 表示SD 卡写保护；Bit 2，文件打开状态，1 表示无文件打开；Bit 3，磁盘状态，1表示磁盘空间满，写入失败；Bit 4，参数个数状态，1 表示参数个数小于4个字节；Bit 5，文件系统类型，1 表示不为FAT文件系统；Bit 6，系统忙状态，1 表示系统正处在忙状态；Bit 7，校验和状态，1 表示发送命令的校验和不正确。注：接收到应答，

60、其中8 位任何一位不为0，表示命令执行失败，原因参考位标识。例：55 AA 05 0D 00 00 00 00 00 31 32 33 34 35 36 37 38 39 EF 向打开的文件写入123456789数据。如果要连续写入文件，只要把写命令中的地址信息置最大值，0 xffffffff就可以了。有效数据200个字节，个数2个字节是备用将来扩展。4.保存文件命令 0 x04该命令为主机提供保存当前打开文件的功能，为了防止频繁写SD 卡，每次送入模块的数据先是保存在模块的512 字节的扇区缓冲中，所以为了防止数据丢失，完成所有数据的传输后，要发送保存文件命令来保存文件。命令格式如下：0 x55 0 xaa 0