呂紅葉基于GPS的嵌入式公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1、理工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)院（系）：電子與電氣工程系專業(yè)：電子信息工程學(xué)生：呂紅葉指導(dǎo)教師：田思完成日期2011年5月理工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于GPS的嵌入式公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)HardwareDesignoftheEmbeddedAutomaticStationReportSystemforBusBasedonGPS總計(jì)：23頁表格：3個(gè)插圖：19幅理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于GPS的嵌入式公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)HardwareDesignoftheEmbeddedAutomaticStationReportSystemforBusBasedonGPS學(xué)院（系）：電子

2、與電氣工程系專業(yè)：電子信息工程學(xué)生姓名：呂紅葉學(xué)號(hào)：94107062指導(dǎo)教師（職稱）：田思（高工）評(píng)閱教師：完成日期：理工學(xué)院InstituteofTechnology基于GPS的嵌入式公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) III基于GPS的嵌入式公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)電子信息工程專業(yè)呂紅葉摘要隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通擁擠和阻塞現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。城市交通問題已嚴(yán)重阻礙了城市居民生活水平的提高和整個(gè)城市經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，成為城市發(fā)展的瓶頸。城市公共交通具有運(yùn)載量大、運(yùn)送效率高、相對(duì)污染少等優(yōu)點(diǎn)。開發(fā)和建設(shè)先進(jìn)的公共交通管理系統(tǒng)以改善公交管理和提高服務(wù)的質(zhì)量，引導(dǎo)市民選擇公共交通工具出行，從而改善整個(gè)城市交

3、通狀況是解決城市交通問題的關(guān)鍵。本文分析了國內(nèi)外智能交通系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀以及GPS定位原理，提出了一種基于GPS的嵌入式公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)，論文詳細(xì)介紹了硬件電路設(shè)計(jì)的開發(fā)過程，并制定了測試方案對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測試，最后對(duì)所做工作進(jìn)行總結(jié)，指出了進(jìn)一步的研究方向。關(guān)鍵字嵌入式；GPS；智能公交HardwareDesignoftheEmbeddedAutomaticStationReportSystemforBusBasedonGPSElectronicInformationEngineeringSpecialtyLvHong-yeAbstract:Asthenationaleconomydevelopm

4、ent，urbancongestionandobstructionphenomenonhasbecomeincreasinglyserious.Citytrafficproblemhasseriouslyhinderedtheimprovementoftheurbanresidentslivingstandardsandthecontinuableeconomicdevelopmentoftheentirecity.Itbecomesthebottleneckofurbandevelopment.Urbanpublictransporthasmanyadvantages，suchasthrou

5、ghput，highefficiencytransport，relativelylesspollution.Itisthekeytosolveurbantrafficproblemsthatempolderingandconstructingmodempublictransportmanagementsystemtoimprovepublictransportmanagementandthequalityoftheservice.andguidingthechoiceofpublictransporttravel，therebyimprovingtrafficconditionsthrough

6、outthecity.Inviewofthepresentsituationofthedomesticandforeignpublictransportationsystem，automaticreportingstationsystemforbusbasedonGPStechnologyisputinthispaper.Andtherearedetailsofthehardwaredesigndevelopmentprocess.Andtestingsolutionsaredevelopedheretotestthesystem.Finally，therearetheanalysisofth

7、ecurrentworkandsuggestionsforimprovement.Keywords:Embedded；GPS；intelligentpublictransport目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 1引言1 HYPERLINK l bookmark10 1.1論文選題的背景及研究意義1 HYPERLINK l bookmark12 1.2智能交通系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1 HYPERLINK l bookmark14 1.3論文章節(jié)安排2 HYPERLINK l bookmark16 2基于GPS的嵌入式公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理2 HYPER

8、LINK l bookmark18 GPS系統(tǒng)3GPS系統(tǒng)介紹3GPS的定位原理3GPS信息格式4GPS的應(yīng)用現(xiàn)狀5 HYPERLINK l bookmark20 2.2嵌入式公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)62.2.1基于GPS公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的原理概述62.2.2基于GPS公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的誤差分析62.2.3嵌入式公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的優(yōu)勢7 HYPERLINK l bookmark22 3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)7 HYPERLINK l bookmark24 ARM公司及ARM芯片簡介7 HYPERLINK l bookmark26 3.2選擇ARM微處理器的要求8 HYPERLINK l bookmark28 3

9、.3S3C2410X微處理器介紹8 HYPERLINK l bookmark30 3.4系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)10 HYPERLINK l bookmark32 3.5單元電路設(shè)計(jì)103.5.1電源電路103.5.2復(fù)位和時(shí)鐘電路103.5.3SDRAM/FLASH存儲(chǔ)器123.5.4串行接口電路12JTAG接口電路14USB接口電路143.5.7觸摸屏接口電路153.5.8音頻電路17 HYPERLINK l bookmark40 4系統(tǒng)測試18 HYPERLINK l bookmark42 4.1測試方案184.2測試過程及結(jié)果195總結(jié)與展望20基于GPS的嵌入式公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)iii

10、 HYPERLINK l bookmark44 結(jié)束語21 HYPERLINK l bookmark46 參考文獻(xiàn)22 HYPERLINK l bookmark48 致謝23基于GPS的嵌入式公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 1引言1.1論文選題的背景及研究意義伴隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和城市化的不斷進(jìn)展，人口向城市集中，城市交通需求的總量急劇增長。與此同時(shí)我國汽車化水平逐年提高，全國民用汽車特別是小汽車的絕大部分均在城市范圍內(nèi)使用。城市交通擁擠和阻塞現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，交通事故頻發(fā)與環(huán)境污染越來越引起社會(huì)的普遍關(guān)注。城市交通問題已嚴(yán)重阻礙了城市居民生活水平的提高和整個(gè)城市經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，成為城市發(fā)展的瓶頸

11、。最大限度的提高現(xiàn)有交通資源的利用效率是解決問題的根本出路。城市公共交通由于具有運(yùn)載量大、運(yùn)送效率高(人均占用面積小)、能源消耗低、相對(duì)污染少等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)交通資源的高效利用，從而有效地緩解城市交通壓力。因此，解決城市交通問題的關(guān)鍵是引導(dǎo)人們在出行時(shí)盡量選擇公共交通工具。但是要讓市民心甘情愿的選擇公共交通工具，就必須提高公共交通的服務(wù)質(zhì)量，讓市民真正感覺到公共交通的方便、省錢、可靠和快捷。因此，開發(fā)和建設(shè)先進(jìn)的公共交通管理系統(tǒng)以改善公交管理和提高服務(wù)的質(zhì)量，從而改善整個(gè)城市交通狀況是解決城市交通問題的關(guān)鍵。當(dāng)前國內(nèi)各大城市的無人售票公交車大都采用半自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)，即通過人工干預(yù)語音信箱進(jìn)行語音

12、報(bào)站，和傳統(tǒng)的人工報(bào)站相比，聲音洪亮清晰。但是人工干預(yù)語音信箱必然會(huì)存在人為因素，如天氣不好，道路打滑，駕駛員心情不好等原因使得漏報(bào)站、錯(cuò)報(bào)站的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。特別是旅游城市，外地游客和外國游客都很多，漏報(bào)站、錯(cuò)報(bào)站會(huì)導(dǎo)致乘客下錯(cuò)站，帶來不必要的麻煩，也會(huì)相應(yīng)的影響城市的形象。目前公交車上的數(shù)字電視業(yè)務(wù)單一，僅播放廣告，無相應(yīng)站點(diǎn)附近景點(diǎn)、酒店等介紹信息。乘客無法與系統(tǒng)交互，獲得感興趣的信息。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，相關(guān)城市的公交智能化的重要性尤為突出。1.2智能交通系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀對(duì)智能交通系統(tǒng)的研究許多國家都投入了巨大的人力和物力，并成為繼航空航天、軍事領(lǐng)域之后高新技術(shù)應(yīng)用最集中的領(lǐng)域。在美

13、國，對(duì)智能交通系統(tǒng)(ITS)的研究雖然起步最晚，但由于投入較多，目前已處于該領(lǐng)域的領(lǐng)先水平。美國建立有結(jié)合救助服務(wù)的輔助導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)即為一個(gè)監(jiān)控中心，由較為完善的功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)并配有電子地圖及通信連接設(shè)備組成，能為裝有GPS設(shè)備的車輛提供定位跟蹤管理、報(bào)警服務(wù)受理、求助服務(wù)受理、緊急救援提供、在線語音導(dǎo)航以及安全防盜服務(wù)等。日本城市公共交通智能化的發(fā)展經(jīng)歷了3個(gè)階段:70年代末開始應(yīng)用公共汽車定位系統(tǒng)公交汽車接近顯示系統(tǒng)；80年代初開始應(yīng)用公交運(yùn)行管理系統(tǒng)，其中包括乘客自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，運(yùn)行監(jiān)視和運(yùn)行控制；進(jìn)入90年代，由于機(jī)動(dòng)車數(shù)量的增長和嚴(yán)重交通擁擠的影響，要保持正常的行車速度十分困

14、難，由此引起的公共交通的不便性和不可靠性導(dǎo)致乘客數(shù)量的急劇減少。東京都交通局開發(fā)了城市公共交通綜合運(yùn)輸控制系統(tǒng)(CTCS)，旨在改進(jìn)公共汽車服務(wù)，重新贏得乘客。歐洲在ITS的研究方面采取整個(gè)歐洲一體化的方針，由政府、企業(yè)和個(gè)人三方面共同出資進(jìn)行智能運(yùn)輸系統(tǒng)的研究，著名的項(xiàng)目有PROMETHEUS和DRIVE等，歐洲許多國家同中國一樣具有悠久的歷史，城市街道一般都比較狹窄。但是，它們通過實(shí)施公交優(yōu)先政策，設(shè)立公交專用道，為公交車提供優(yōu)先通行信號(hào)，布設(shè)智能公交監(jiān)控與調(diào)度系統(tǒng)等措施，提高公交車輛運(yùn)行速度和公交服務(wù)質(zhì)量以吸引公眾乘坐公交車出行，從而有效地緩解了城市交通壓力，解決了城市交通問題，并取得了

15、明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，這些經(jīng)驗(yàn)值得中國許多大中城市借鑒。我國在ITS領(lǐng)域的研究起步較晚，但隨著全球范圍智能交通技術(shù)研究的興起，進(jìn)入20世紀(jì)80年代，我國也加快了對(duì)智能交通技術(shù)研究的步伐。一方面，北京、上海、沈陽等大城市陸續(xù)從國外引進(jìn)了一些較為先進(jìn)的城市交通控制、道路監(jiān)控系統(tǒng)；另一方面，國家加大了自主開發(fā)的步伐，如國家計(jì)委、科技委組織開發(fā)的實(shí)時(shí)自適應(yīng)城市交通控制系統(tǒng)HT-UTCS，上海交通大學(xué)與上海市交警總隊(duì)合作開發(fā)的SUATS系統(tǒng)等；1998年交通部正式批準(zhǔn)成立了ISO/TC2O4中國委員會(huì)，秘書處設(shè)在交通智能運(yùn)輸系統(tǒng)工程研究中心，代表中國參加國際智能運(yùn)輸系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)，現(xiàn)在正進(jìn)行中國智能運(yùn)輸

16、系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系框架的研究?？紤]到公交系統(tǒng)的特殊性，公交企業(yè)對(duì)智能公交管理的需要包括以下幾個(gè)方面：提高企業(yè)營運(yùn)管理的自動(dòng)化水平；能夠提供自動(dòng)報(bào)站、視頻導(dǎo)視、電子站牌等人性化服務(wù)方便乘客；維護(hù)使用方便，產(chǎn)品成本盡可能低。1.3論文章節(jié)安排本文共分為六章，各章的內(nèi)容安排如下：第1章：引言。簡述了發(fā)展智能公交的意義及國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，最后列出論文結(jié)構(gòu)。第2章：基于GPS的嵌入式公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理。介紹了GPS定位的原理與應(yīng)用、GPS數(shù)據(jù)幀格式、本公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的原理、誤差分析以及系統(tǒng)優(yōu)勢。第3章：系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。提出了系統(tǒng)的模塊組成、硬件選型，并詳細(xì)介紹了硬件單元電路的設(shè)計(jì)。第4章：系統(tǒng)測試。介紹

17、了系統(tǒng)的測試方案、測試過程及測試結(jié)果。第5章：總結(jié)與展望。總結(jié)了本文所做的工作，并討論了系統(tǒng)進(jìn)一步研究的方向。2基于GPS的嵌入式公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理GPS系統(tǒng)GPS系統(tǒng)介紹GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系統(tǒng)是由24顆人造衛(wèi)星和地面站組成的全球無線導(dǎo)航與定位系統(tǒng)OGPS系統(tǒng)是由美國國防部于1973年開始設(shè)計(jì)、試驗(yàn),1989年2月4日第一顆GPS衛(wèi)星發(fā)射成功，1993年底建成實(shí)用的GPS網(wǎng)即（21+3）GPS星座，并開始投入商業(yè)運(yùn)營。GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分一GPS衛(wèi)星；地面控制部分一地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分一GPS信號(hào)接收機(jī)。如圖1所示，GPS的

18、空間部分是由24顆工作衛(wèi)星組成,它位于距地表20200km的上空，均勻分布在6個(gè)軌道面上（每個(gè)軌道面4顆），軌道傾角為55。此外，還有4顆有源備份衛(wèi)星在軌運(yùn)行。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時(shí)間都可觀測到4顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖像。這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰?。根?jù)“三角測量”原理，GPS信號(hào)接收機(jī)可以輸出地面任何地點(diǎn)的位置信息。企2*圖1GPS衛(wèi)星分布圖GPS衛(wèi)星提供了P碼（精碼）和C/A碼（粗碼）兩種定位服務(wù)。P碼為軍方服務(wù)，因頻率較高，不易受干擾，定位精度高，因此受美國軍方管制，并設(shè)有密碼，一般民間無法解讀,主要為美國軍方服務(wù)。C/A碼對(duì)社會(huì)開放，人為

19、采取措施而刻意降低精度后，主要開放給民間使用。由于GPS對(duì)社會(huì)開放，因此各類接收機(jī)、測量設(shè)備如雨后春筍涌現(xiàn)，并廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，徹底改變了傳統(tǒng)的定位導(dǎo)航方式。2.1.2GPS的定位原理本裝置的定位系統(tǒng)使用GPS接收機(jī)進(jìn)行自主定位，GPS接收模塊接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的定位數(shù)據(jù)，將GPS信號(hào)的數(shù)據(jù)流提取出來，經(jīng)過簡單的字符串操作就可以分別找出GPS信號(hào)中的經(jīng)度、緯度以及相應(yīng)的格林威治時(shí)間（該時(shí)間加上8小時(shí)即為我國標(biāo)準(zhǔn)時(shí)）等定位信息。在實(shí)際開發(fā)中，GPS接收機(jī)根據(jù)從三顆以上衛(wèi)星發(fā)來的數(shù)據(jù)計(jì)算出自身所處的位置，完成定位。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

20、方交匯的方法，確定待測點(diǎn)的位置。如圖2所示，假設(shè)t時(shí)刻在地面待測點(diǎn)上安置GPS接收機(jī)，可以測定GPS信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間At,再加上接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星星歷等其他數(shù)據(jù)可以確定以下四個(gè)方程式：TOC o 1-5 h zgx)2+(丫廠丫)2+(ZZ)2+c(Vt1Vt0)=d1(1)(x2x)2+(y2y)2+(z2z)2%+c(Vt2Vt0)=d2(2)(x3x)2+(y3y)2+(z3z)2%+c(VfVt0)=d3(3)(x4x)2+(y4y)2+(z4z)2%+c(Vt4Vt0)=d4(4)由以上四個(gè)方程即可解算出待測點(diǎn)的坐標(biāo)x、y、z及鐘差；GPS模塊再由此得到經(jīng)緯度、時(shí)間等信息；最后

21、將這些信息通過串口以GPS信息的形式發(fā)送出去。圖2衛(wèi)星定位原理圖2.1.3GPS信息格式通常GPS模塊支持兩種格式:二進(jìn)制消息格式和NMEA-0183ASCII消息格式。前者的通信協(xié)議為9600b/s、無校驗(yàn)、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位；后者的通信協(xié)議為4800b/s、無校驗(yàn)、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位。由于NMEA-0183ASCII格式直觀、易于識(shí)別及應(yīng)用，因此本設(shè)備采用ASCII格式。系統(tǒng)接收到的GPS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。這里選用推薦的$GPRMC數(shù)據(jù)幀。各類數(shù)據(jù)幀分別包含了不同的信

22、息，在此列舉出$GPRMC的各項(xiàng)含義：$GPRMC，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，*hh1當(dāng)前位置的格林威治時(shí)間，格式為hhmmss。2狀態(tài)，A為有效位置，V為非有效接收警告，即當(dāng)前天線視野上方的衛(wèi)星個(gè)數(shù)少于3顆。3緯度，格式為ddmm.mmmm。標(biāo)明南北半球，N為北半球、S為南半球。徑度，格式為dddmm.Mmmm。標(biāo)明東西半球，E為東半球、W為西半球。地面上的速度，范圍為000.0節(jié)999.9節(jié)（1節(jié)=1.852km/h）。方位角，范圍為000.0度359.9度。日期，格式為ddmmyy。地磁變化，從000.0度180.0度。地磁變化方向，為E或W。由于幀內(nèi)各數(shù)據(jù)段由逗號(hào)

23、分割，因此在處理緩存數(shù)據(jù)時(shí)一般通過搜尋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，再通過對(duì)所經(jīng)歷逗號(hào)個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)判斷出當(dāng)前正在處理的是哪一種定位導(dǎo)航參數(shù)，并做出相應(yīng)處理。GPS接收機(jī)只要與衛(wèi)星處于通訊狀態(tài)就會(huì)源源不斷地把接收到的GPS導(dǎo)航定位信息通過串口傳送到處理器。串口通訊只負(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串字節(jié)流，是無法加以利用的。因此，需要對(duì)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。2.1.4GPS的應(yīng)用現(xiàn)狀由于衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星時(shí)鐘存在誤差，大氣對(duì)流層、電離層對(duì)信號(hào)的影響，以及人為的SA保護(hù)政策，使得民用GPS的定位精度不高。為提高定位精度，普遍采用差分GPS（

24、DGPS）技術(shù)，建立基準(zhǔn)站（差分臺(tái)）進(jìn)行GPS觀測，利用已知的基準(zhǔn)站精確坐標(biāo)，與觀測值進(jìn)行比較，從而得出一組修正數(shù)，并對(duì)外發(fā)布。接收機(jī)收到該修正數(shù)后，與自身的觀測值進(jìn)行比較，消去大部分誤差，得到一個(gè)比較準(zhǔn)確的位置。隨著GPS的應(yīng)用和發(fā)展，人們越來越認(rèn)識(shí)到GPS作用的重大及應(yīng)用領(lǐng)域的廣闊。它已被應(yīng)用于大地測量、航空攝影測量、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測、精細(xì)農(nóng)業(yè)、個(gè)人旅游及野外探險(xiǎn)、緊急救生等諸多領(lǐng)域，其應(yīng)用形式也是多種多樣。GPS的優(yōu)異性能引起各行各業(yè)的興趣，也正如專家所預(yù)言，GPS已改變了許多行業(yè)的經(jīng)營方式，它是繼計(jì)算機(jī)革命之后的又一場革命。目前，世界上很多國家及組織均投入巨大的人力物力對(duì)GPS加以研究和開

25、發(fā)。起初GPS的應(yīng)用主要在軍事上，如1991年海灣戰(zhàn)爭、1999年科索沃戰(zhàn)爭以美國為首的多國部隊(duì)利用GPS技術(shù)，使武器的效率倍增。GPS在和平利用也有廣泛的應(yīng)用，若在車輛或船只上安裝GPS接收機(jī)，便能實(shí)現(xiàn)獲知車輛或船只的位置、運(yùn)行速度和運(yùn)動(dòng)方向，再把這些信息通過無線電臺(tái)傳輸給主控中心，在主控中心的電子地圖（或海圖）上，就能清晰的顯示出車輛或船只的運(yùn)動(dòng)軌跡；主控中心根據(jù)車輛或船只的運(yùn)行82基于GPS的嵌入式公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理情況，再發(fā)出調(diào)度指令，以完成對(duì)車輛或船只的管理和控制。92.2嵌入式公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)2.2.1基于GPS公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的原理概述車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)，屬于智能交通系統(tǒng)的分

26、支，在智能交通系統(tǒng)這一龐大的體系中占有極其重要的地位。作為整個(gè)智能交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)，車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)的主要目的就是找出特定車輛在特定時(shí)間的位置。本文提出的新型公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的原理如圖3所示：通過GPS接收機(jī)接收GPS工作衛(wèi)星的導(dǎo)航信息，從而解算出車輛目前的經(jīng)、緯度等信息。根據(jù)GPS的定位數(shù)據(jù)計(jì)算出公交車的實(shí)時(shí)坐標(biāo)，而后將其坐標(biāo)與站點(diǎn)坐標(biāo)相比較，公交車駛?cè)胝军c(diǎn)一定距離范圍內(nèi)時(shí)，不用人工干預(yù)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行報(bào)站。根據(jù)公交車位置的不同LCD顯示屏上顯示不同的公益信息、廣告信息和景點(diǎn)信息等。在離站、到站和拐彎點(diǎn)閾值范圍內(nèi)語音提示的同時(shí)，在顯示屏上顯示同類信息，給乘客一種全方位的提示與服務(wù)。al衛(wèi)星圖3基

27、于GPS的嵌入式公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)原理圖2.2.2基于GPS公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的誤差分析公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中會(huì)有誤差，就這些誤差進(jìn)行分析。如圖4所示，（X0,Y0）為指定播報(bào)點(diǎn)，（X,Y）為實(shí)際播報(bào)點(diǎn)（最遠(yuǎn)點(diǎn)）。車輛行駛中，行走的路線和指定的路線總是要有一定偏差的，這種情況只有在行進(jìn)方向的左右兩側(cè)產(chǎn)生，這種偏差的最大值記為ERL，般情況下Erl是不會(huì)超過2m的，即Erl2m；另一個(gè)影響因素是在運(yùn)行狀態(tài)下，兩次采集時(shí)間間隔中車輛行走可能越過指定播報(bào)點(diǎn)，這種影響只產(chǎn)生在行進(jìn)方向的前后兩個(gè)方向，這種誤差的最大值記為Efa。，由于公交快要進(jìn)站的行駛速度是限制在30km/h之內(nèi)的，而GPS數(shù)據(jù)采集

28、間隔Vls，所以兩次采集時(shí)間間隔中車輛行走最遠(yuǎn)距離為8.3m，即Ef=4.15mofa綜合上述兩種情況，產(chǎn)生的綜合最大誤差E=（E：+Ef2）%=4.61m。一般公交車的rlfa長度在8米到12米之間，可見產(chǎn)生的綜合最大誤差遠(yuǎn)小于一個(gè)車長。因此，在日常生活中是可以接受的。1112Erl-廣/(XO?YO)Efa(XLY1)/實(shí)際行走路線E/指定行走路線2.2.3嵌入式公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的優(yōu)勢車載設(shè)備安裝于公交車上，其工作環(huán)境比較惡劣，對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)也有一定的要求，本系統(tǒng)采用工作穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強(qiáng)的嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)固化于存儲(chǔ)器中，可靠性高，成本低，體積小，功耗低。有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，在車輛

29、與交通工程中的應(yīng)用則是其中一個(gè)重要的應(yīng)用方面。將嵌入式設(shè)備作為車載終端應(yīng)用于智能公交系統(tǒng)，使車載終端設(shè)備具有更高的智能性、穩(wěn)定性和擴(kuò)展性，從而建立起全方位、實(shí)時(shí)準(zhǔn)確、高效的智能交通系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用先進(jìn)的衛(wèi)星定位技術(shù)與多媒體播放器相結(jié)合的方式，將會(huì)改變傳統(tǒng)公交車語音報(bào)站器必須有司機(jī)操控才能工作的落后方式，進(jìn)站、出站自動(dòng)播報(bào)站名及服務(wù)用語，準(zhǔn)確、及時(shí)、不需要人工介入，實(shí)現(xiàn)了公交車報(bào)站器的完全智能化。與顯示屏直接連接，同步顯示報(bào)站信息、播放廣告等增值業(yè)務(wù)可以緩解目前公交公司在車輛維護(hù)、更換上所出現(xiàn)的資金問題。站名及有關(guān)事項(xiàng)可以在計(jì)算機(jī)上形成電子文件，通過串口下載到系統(tǒng)中，方便快捷。利用觸摸屏作為人機(jī)

30、交互界面，方便乘客查詢相關(guān)信息?？纱鎯?chǔ)多條線路，即使由于整修道路等原因臨時(shí)更換運(yùn)營線路公交車仍可正常運(yùn)營。133系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1ARM公司及ARM芯片簡介ARM(AdvabcedRISCMachines)，既可認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可認(rèn)為是對(duì)一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。1991年，ARM公司成立于英國劍橋，主要出售設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。ARM公司是專門從事基于RISC技術(shù)芯片設(shè)計(jì)開發(fā)的公司，作為知識(shí)產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，它本身不直接從事芯片生產(chǎn)，而是靠轉(zhuǎn)讓涉及許可，由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片。世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從ARM公司購買其ARM微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐?/p>

31、圍電路，從而形成自己的ARM微處理器芯片進(jìn)入市場。目前，全世界有幾十家大的半導(dǎo)體公司都使用ARM公司的授權(quán)。因此，既使ARM技術(shù)獲得更多的第三方工具、制造、軟件的支持，又使整個(gè)系統(tǒng)成本降低，使產(chǎn)品更容易進(jìn)入市場并被消費(fèi)者所接收，從而更具有競爭力。ARM微處理器目前包括下面幾個(gè)系列：ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、ARM10E系列、SecurCore系列、Inter的Xseale、Inter的StrongARM。其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10E為4個(gè)通用處理器系列，每一個(gè)系列提供一套相對(duì)獨(dú)特的性能來滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。各個(gè)廠商基于ARM體系結(jié)構(gòu)的處理器，除了具有

32、ARM體系結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)以外，每一個(gè)系列的ARM微處理器都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。133.2選擇ARM微處理器的要求從應(yīng)用角度出發(fā)，在選擇ARM微處理器時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)問題：ARM微處理器的內(nèi)核選擇。ARM微處理器包含一系列內(nèi)核結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，用戶如希望使用WinCE或標(biāo)準(zhǔn)Linux等操作系統(tǒng)以減少軟件開發(fā)時(shí)間，就需要選擇ARM720T以上帶有MMU(MemoryManagementUinit)功能的ARM芯片。由于本系統(tǒng)需要在Linux操作系統(tǒng)上運(yùn)行應(yīng)用程序，所以需要選擇一款帶有MMU功能的、能夠完全支持Linux的ARM微處理器。系統(tǒng)的工作頻率。系統(tǒng)的工作頻率在很大程度上決定了

33、ARM微處理器的處理能力。不同芯片對(duì)時(shí)鐘的處理不同，有的芯片只需要一個(gè)主時(shí)鐘頻率，有的芯片內(nèi)部時(shí)鐘控制器可以分別為ARM核和USB、DART、DSP、音頻等功能提供不同頻率的時(shí)鐘。片內(nèi)外圍電路的選擇。除ARM微處理器核以外，幾乎所有的ARM芯片均根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，擴(kuò)展了相關(guān)功能，并集成在芯片之中，我們稱之為片內(nèi)外圍電路，如USB接口、IIC接口、LCD控制器、鍵盤接口、RTC、ADC和DAC、DSP協(xié)處理器等，設(shè)計(jì)者應(yīng)分析系統(tǒng)的需求，盡可能采用片內(nèi)外圍電路完成所需的功能，這樣既可以簡化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，同時(shí)也提高系統(tǒng)的可靠性。軟件支持工具。僅有處理器，沒有較好的軟件開發(fā)工具的支持也是不行的，因

34、此選擇合適的軟件開發(fā)工具對(duì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)會(huì)起到很好的作用。是否內(nèi)置調(diào)試工具。處理器如果內(nèi)置調(diào)試工具可以大大縮短調(diào)試周期，降低調(diào)試的難度。143.3S3C2410X微處理器介紹本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中，最重要的部分就是中央處理器S3C2410X，因此在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能前，首先要了解它的功能與特性。S3C2410X微處理器是一款由Samsung公司為手持設(shè)備設(shè)計(jì)的低功耗、高集成度的基于ARM920T核的微處理器，適用的產(chǎn)品包括POS、PDA、E-BOOK、GPS、智能電話、電子書包、機(jī)頂盒、手持游戲機(jī)、電子相冊、多媒體產(chǎn)品、視頻監(jiān)控、智能控制儀表等。它采用272腳FBGA封裝，內(nèi)含一個(gè)ARM920T內(nèi)核，支持的

35、系統(tǒng)包括Wince、Linux等。為了降低系統(tǒng)總成本和減少外圍器件，S3C2410X微處理器中還集成了以下部件：16KB指令Cache、MMU、外部存儲(chǔ)控制器、LCD控制器(支持STN和TFT帶有觸摸屏的液晶顯示屏)、NANDFlash控制器、4個(gè)DMA通道、3個(gè)UART通道、1個(gè)，2C總線控制器、1個(gè)I2S總線控制器，以及4個(gè)PWM定時(shí)器和1個(gè)內(nèi)部定時(shí)器、通用I/O、8通道10位ADC、觸摸屏接口、USB主、USB從、SD/MMC卡接口等。在時(shí)鐘方面S3C2410X也有突出的特色，該芯片集成了一個(gè)具有日歷功能的RTC和具有PLL(MPLL和UPLL)的芯片時(shí)鐘發(fā)生器。MPLL產(chǎn)生主時(shí)鐘，能夠

36、使處理器工作頻率最高達(dá)到203MHz。這個(gè)工作頻率能夠使處理器輕松運(yùn)行Wince、Linux等操作系統(tǒng)以及進(jìn)行較為復(fù)雜的信息處理。UPLL產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)主從USB功能的時(shí)鐘。S3C2410X對(duì)于片內(nèi)的各個(gè)部件采用了獨(dú)立的電源供給：內(nèi)核采用1.8V供電，存儲(chǔ)單元采用3.3V獨(dú)立供電，I/O采用3.3V供電。S3C2410X的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖5。14一總線控制判決器孵碼器LCD控LCDDMA制器USB主控制器總線外部控制器NANDFLASH控制器電源管理存儲(chǔ)器控制器時(shí)鐘發(fā)生器(MPLL)與4通道DMA中斷控制器圖5S3C2410X的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖3.4系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)GPS公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)硬件上以ARM

37、9S3C2410X處理器為核心，根據(jù)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的需要包含以下組成模塊：電源、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、GPS模塊、Flash/RAM存儲(chǔ)器、JTAG口、串行接口、USB接口、觸摸屏接口電路、音頻電路等。嵌入式公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的硬件框圖如下圖6所示。Ml圖6嵌入式公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的硬件框圖3.5單元電路設(shè)計(jì)3.5.1電源電路電源由車載電瓶提供的24V電壓輸入，經(jīng)穩(wěn)壓芯片7805將電壓降至5V輸出，1.8V、3.3V、12V均由穩(wěn)壓電路將+5V調(diào)整輸出得到，如圖7所示。Ml圖7電源管理系統(tǒng)功能框圖3.5.2復(fù)位和時(shí)鐘電路復(fù)位對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)來說很重要，由于各個(gè)單元要進(jìn)入正常工作狀態(tài)，需要可靠的復(fù)位，正常情

38、況下，一般有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。如果電源電壓出現(xiàn)波動(dòng)，系統(tǒng)會(huì)非正常復(fù)位，這時(shí)候會(huì)發(fā)生復(fù)位時(shí)間不夠從而造成錯(cuò)誤甚至死機(jī)，所以復(fù)位監(jiān)控電路也是有必要的，如下圖8。SECTKC33&ioEETTGffiDRESET圖8復(fù)位電路原理圖表1IMP811-T的引腳說明引腳功能GND地RESET復(fù)位輸出端。系統(tǒng)上電、手動(dòng)復(fù)位或電壓波動(dòng)低于標(biāo)稱值時(shí)會(huì)輸出最少140ms低電平脈沖。MR手動(dòng)復(fù)位輸出端。當(dāng)本管腳接地時(shí)，RESET端產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)Vcc電源輸入根據(jù)其型號(hào)后綴,IMP811的復(fù)位電平門限有6種規(guī)格（見表2）。若采用的是IMP811-T（如表1），則表示低于3.08V時(shí)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。表2IMP811的規(guī)格

39、后綴電壓/VL4.63M4.38J4.00T3.08S2.93R2.63CPU部分需要兩路時(shí)鐘電路，一路是CPU工作時(shí)鐘輸入，另一路是供給RTC電路。CPU工作時(shí)鐘有一個(gè)源晶振，無需外部電容，直接輸出12MHz時(shí)鐘信號(hào)到CPU,由CPU內(nèi)部PLL倍頻到200MHz。兩路時(shí)鐘電路如圖9所示。XTALlXTAL0=RTCInputCfUInput圖9時(shí)鐘電路原理圖3.5.3SDRAM/FLASH存儲(chǔ)器Flash存儲(chǔ)器是一種可在系統(tǒng)進(jìn)行電擦寫，掉電后信息不丟失的存儲(chǔ)器。它具有低功耗、大容量、擦寫速度快并且可由內(nèi)部嵌入的算法完成對(duì)芯片的操作，因而在各種嵌入式系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。作為一種非易失性存儲(chǔ)器

40、，F(xiàn)lash在系統(tǒng)中用于存放程序代碼、常量表以及一些在系統(tǒng)掉電后需要保護(hù)的用戶數(shù)據(jù)等。與Flash存儲(chǔ)器相比較，SDRAM不具有掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)的特性，但其存取速度大大高于Flash存儲(chǔ)器，且具有讀/寫的屬性，因此，SDRAM在系統(tǒng)中主要用作程序的運(yùn)行空間，數(shù)據(jù)及堆棧區(qū)。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，CPU首先從復(fù)位地址0 x0處讀取啟動(dòng)代碼，在完成系統(tǒng)的初始化后，程序代碼一般應(yīng)調(diào)入SDRAM中運(yùn)行，以提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，同時(shí)系統(tǒng)及用戶堆棧、運(yùn)行數(shù)據(jù)也都放在SDRAM中。本系統(tǒng)中采用的Flash芯片是Samsung公司的K9F2808U。該器件存儲(chǔ)容量為16Mx8位，除此之外還有512Kx8位的空閑存儲(chǔ)區(qū)。工作電

41、壓為2.7V3.6V。8位I/O端口采用地址、數(shù)據(jù)和命令復(fù)用的方法，這樣既可減少引腳數(shù)，又可使接口電路簡潔。HY57V561620是一款高速的同步動(dòng)態(tài)SDRAM存儲(chǔ)器。由于其所有的尋址、刷新等操作都由集成在芯片內(nèi)部的控制系統(tǒng)完成，因而使用非常簡單。每片HY57V561620為4Mx16Bitx4Banks，由兩片組成32位模式，合計(jì)容量64MB。對(duì)于普通的視頻應(yīng)用綽綽有余，并且它加快了存取速度，因此可以在多媒體系統(tǒng)、視頻采集與編輯系統(tǒng)等方面廣泛應(yīng)用。SDRAM/FLASH存儲(chǔ)接口電路如下圖10所示。163.5.4串行接口電路幾乎所有的微控制器、PC機(jī)都提供串行接口，使用電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）推

42、薦的RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)，這是一種很常用的串行數(shù)據(jù)傳輸總線標(biāo)準(zhǔn)。早期它被應(yīng)用于計(jì)算機(jī)和終端通過電話線和MODEM進(jìn)行遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸，隨著微型計(jì)算機(jī)和微控制器的發(fā)展，近距離也采用該通信方式。在近距離通信系統(tǒng)中，不再使用電話線和MODEM，而直接進(jìn)行端到端的連接。VDD337ILBfBIAD5I/O4CLEIfO3ALEIIO2WEI/OlKE1/00CESEvccvssvccvssU30143616uIF9K9F2808U44LDATA743LDATA642LDATA541LDATA432LDATA331LDATA220LDATA129LDATAO1237104:LA223LA324LA425

43、LA526LAS29LA?30LA831LA932LA1033LA1134LA1222LA1335LA1436LA2420LA2521nGRAS1833SCAS17rSCSD19LnWE16LnWbeO15LnWbel39nSCLRO38.S30EE37104A1D14A2D13A3D12A4DllA5D10A6D9A7D8A8D7A9D6A10D5AllD4A12D3D2BA0DIBA1DOnRASVDDnCASVDDncsVDDnWEVDDQLDQMVDDQUDQMVDDQCLKc鞘胡陰陰窓陰oor寸egze寸Oli寸cHY57V561620U20153LDATA15LA22351LDAT

44、A14LA32450LDATA13LA42548LDATA12LA52647LDATA11LA62945LDATA10LA73044LDATA9LAS3142LDATA8LA93213LDATA7LA103311LDATA6LA113410LDATA5LA12228LDATA4LA13357LDATA3LA14363LDATA24LDATAlLA242_LDATAOLA253nGRAS18nSCAS17nSCSD19LnWE16-11?2749T可432021LnWbeO15LnWbel39nSCLRO38nSCKE37104AlD14A2D13A3D12A4DllA5D10A6D9A7D8A

45、8D7A9D6A10D5AllD4A12D3D2BAODIBAIDOnRASVDDnCASVDDncsVDDnWEVDDQLDQMVDDQUDQMVDDQCLKc鬱霍貂貉貉貂coi寸zgze寸cni審cHY57V561620U20253LDATA3151LDATA30SOLDATA2948LDATA2847LDATA2745LDATA2644LDATA2542LDATA24ITLDATA2311LDATA2210LDATA218LDATA207LDATA193LDATA184LDATA172_6331IT2749亍可43C206,C2ni圖10SDRAM/FLASH存儲(chǔ)接口電路RS-232-C

46、標(biāo)準(zhǔn)采用的接口是9芯或25芯的D型插頭，常用9芯D型插頭。本系統(tǒng)的串口0即采用的9芯D型插頭，用于與PC機(jī)的通信，便于調(diào)試。要完成最基本的串行通信功能，實(shí)際上只需要RXD、TXD和GND即可，但由于RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)所定義的高、低電平信號(hào)與S3C2410X系統(tǒng)的LVTTL電路所定義的高、低電平信號(hào)完全不同，LVTTL的標(biāo)準(zhǔn)邏輯“1”對(duì)應(yīng)2V-3.3V電平，標(biāo)準(zhǔn)邏輯“0”對(duì)應(yīng)+5V-15V然，兩者間要進(jìn)行通信必須經(jīng)過信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換，這里選用MAX3232。電路原理圖如圖11所示。1刀JB1ZZZC39I10434ZZpC35|1045E232TI0RS232EJLiT8C1+VCCCl-V+C

47、2+V-C2-GNDTOUT1TIN1RIM1ROUT1TOUT2TIN2EJN2ROUT2210415J1041112ToC381041L6E232TW07ES232K3ji：i849i*5GNDDB9MAX3232圖11UARTO原理圖本系統(tǒng)的串口l用于微處理器S3C2410X與GPS模塊之間的通信。由于不需要進(jìn)行信號(hào)電平轉(zhuǎn)換，所以串口l不用使用MAX3232。GPS模塊接口原理圖如圖12所示。本系統(tǒng)的GPS模塊采用美國Garmin公司的GPS15模塊。Garmin公司的產(chǎn)品一直以來都是居于領(lǐng)導(dǎo)者的地位。GPS15系列產(chǎn)品是其新推出的產(chǎn)品。具備12個(gè)平行接收頻道，最多能同時(shí)解算12顆衛(wèi)星信

48、息，以供快速定位與導(dǎo)航。使用者不需設(shè)定初始化，可自動(dòng)搜尋衛(wèi)星信號(hào)，進(jìn)行定位功能，并輸出NMEA0183標(biāo)準(zhǔn)資訊。所有GPS15系列產(chǎn)品皆具有低耗電設(shè)計(jì)。使用讀寫式記憶體設(shè)計(jì)，內(nèi)部使用記憶體電池，斷電后儲(chǔ)存資料不流失。3.3V40V的大范圍輸入電壓承載設(shè)計(jì)及輸出介面選擇，針對(duì)不同領(lǐng)域提供全方位更靈活的運(yùn)用，即便是在公交車上電壓不穩(wěn)定的環(huán)境下也不會(huì)受到影響。18圖12GPS模塊接口原理圖JTAG接口電路JTAG（JointTestActionGroup，聯(lián)合測試行動(dòng)小組）是一種國際標(biāo)準(zhǔn)測試協(xié)議，主要用于芯片內(nèi)部測試及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真、測試，JTAG技術(shù)是一種嵌入式調(diào)試技術(shù)，它在芯片內(nèi)部圭寸裝了專門的

49、測試電路TAP（TestAcessPort，測試訪問口），通過專用的JTAG測試工具對(duì)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測試。標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口是4線：TMS，TCK，TDI，TDO，分別為測試模式選擇、測試時(shí)鐘、測試數(shù)據(jù)輸入和測試數(shù)據(jù)輸出。通過JTAG接口，可對(duì)芯片內(nèi)部的所有部件進(jìn)行訪問，因而是開發(fā)調(diào)試嵌入式系統(tǒng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的一種簡潔高效的手段。JTAG接口還常用于實(shí)現(xiàn)ISP（In.SystemProgrammable，在系統(tǒng)編程）功能，如對(duì)FLASH器件進(jìn)行編程等。JTAG調(diào)試方法主要通過ARM芯片的JTAG邊界掃描進(jìn)行調(diào)試。JTAG仿真器比較便宜，連接方便，通過現(xiàn)有的JTAG邊界掃描口與ARM處理器通信，屬于

50、完全非插入式（即不使用片上資源）調(diào)試，它無需目標(biāo)存儲(chǔ)器，不占用目標(biāo)系統(tǒng)的任何端口，而這些是駐留監(jiān)控軟件所必需的。另外，由于JTAG調(diào)試的目標(biāo)程序是在目標(biāo)板上執(zhí)行，仿真更接近于目標(biāo)硬件，因此許多接口問題，如高頻操作限制、AC和DC參數(shù)不匹配、電線長度的限制等被最小化了。缺點(diǎn)是需要工作基本正常（至少M(fèi)CU工作正常）的目標(biāo)板，僅適用于有調(diào)試接口的芯片。JTAG接口原理圖如圖13。18USB接口電路USB通用串行總線支持設(shè)備的熱插拔，傳輸速度快，結(jié)構(gòu)簡單。USB設(shè)備分為HOST（主設(shè)備）和SLAVE（從設(shè)備）。S3C2410X提供了方便的USB1.1接口，片內(nèi)包括兩個(gè)USB控制器，可設(shè)置為2個(gè)主設(shè)備或

51、1個(gè)主設(shè)備與1個(gè)從設(shè)備。只有當(dāng)一臺(tái)HOST與一臺(tái)SLAVE連接時(shí)才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。因此，本系統(tǒng)的USB接口采用HOST模式，掛載1G的U盤，用來存儲(chǔ)廣告、站點(diǎn)介紹等多媒體文件。接口電路圖如下圖14。1923fiHCN1VCDnRESETR910Kp201QKGNDVDDGNDnTRSTGNDTDIGNDTMSGNDTCK12TDOGNDVDD13riTRSTtdTTDMSTCDO圖13JTAG接口原理圖vcc14357觸摸屏接口電路（1）觸摸屏工作原理觸摸屏按其工作原理可分為表面聲波屏、電容屏、電阻屏和紅外屏幾種。本系統(tǒng)采用的電阻觸摸屏。如圖15所示，電阻技術(shù)觸摸屏的主要部分是一塊與顯示器表

52、面非常配合的電阻薄膜屏，這是一種多層的復(fù)合薄膜。它以一層玻璃或硬塑料平板作為基層，表面涂有一層透明氧化金屬（ITO氧化銦，透明的導(dǎo)電電阻）導(dǎo)電層，上面再蓋一層外表面經(jīng)硬化處理、光滑防擦的塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層ITO涂層，在它們之間有許多細(xì)小的（小于1/1000in）透明隔離點(diǎn)把兩層導(dǎo)電層隔開絕緣。當(dāng)手指觸摸屏?xí)r，兩層導(dǎo)電層在觸摸位置就有了接觸，因其中一面導(dǎo)電層（頂層）接通X軸方向的5V的均勻電壓場，使得檢測層（底層）的電壓由零變?yōu)榉橇?，控制器偵測到這個(gè)接通后，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將得到的電壓值與5V相比即可得觸摸點(diǎn)的X軸坐標(biāo)（原點(diǎn)在靠近接地點(diǎn)的那端）；圖15電阻觸摸屏原理示意圖Xi=Lx*

53、Vi/V（即分壓原理）同理得出Y軸的坐標(biāo)，這就是電阻觸摸屏基本原理。（2）觸摸屏接口電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用的LCD是8寸16bitTFT觸摸屏，分辨率是640X480,型號(hào)是LQ080V3DG01.由于S3C2410X自帶觸摸屏控制器，因此可以直接將相關(guān)的引腳設(shè)置為觸摸屏功能引腳，和觸摸屏相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)觸摸點(diǎn)坐標(biāo)的采集。這使得LCD部分的電路非常簡單，LCD控制器的信號(hào)線經(jīng)過FDC6321場效應(yīng)管后即可連接LCD模塊。輸入信號(hào)在經(jīng)過阻容式低通濾波器濾除坐標(biāo)信號(hào)噪聲后被接入S3C2410X內(nèi)集成的ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）的模擬信號(hào)輸入通道。其接口原理圖如圖16所示。GNDGNDGNDLCDVCLKLCDV

54、LRSLCDVEVCLCDVD19LCDVD20LCDVD21LCDVD22LCDVD2311721S319斗20521622723S2492510261127122S1329143015311632J1CON32LCDVD14LCDVD15zrrLCDVD3瓦總D斗LCDVD5LCDVD6LCDVD7LCDVM-4|VDD33LCDVD10LCDVD11LCDVD12LCDVD13+5VC61lOLhiFVDD334.7KGNDVDD335斗321LCDHiVGJ501jLCDHiV12|口LCD_Hx7_GCON2CON5MODULE501圖16LCD接口原理圖GND從S3C2410X的L

55、CD控制器出來的信號(hào)線包括24根數(shù)據(jù)線和若干根控制線。這些信號(hào)線是經(jīng)過74HC245隔離后接到LCD模塊的，如圖17所示。LCD模塊除了需要控制信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)外，還需要一個(gè)22V左右的工作電壓和上千伏的背光電壓。前者由MAX629升壓后得到（見圖7）,后者由一個(gè)逆變器模塊（圖16中的MODULE501）提供。20VIM2VPiJVixvm5vm67VI15WVD7GNI)|li.JlVITO74ITG245IJK18U2VMX)V倔217LCDDIVW3LCDM12VDH)415LCDM13VDI154VI613IXDM15VI)13i12LCUMJ6VTJI-lg11LCDMJ7VT)I5g

56、204)101rJIRXfnvnisvocGNTJIJOlilHIB3叫B5H6117HA-HLAJIRA2AJuA.6A77AVL-H5I、IJCWKT1VRI：?VUT)圖1774HC245原理圖3.58音頻電路IIS(InterolCSound)總線是Philips公司提出的串行數(shù)字音頻總線協(xié)議。它是一種面向多媒體的音頻總線，專用于音頻設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，為數(shù)字立體聲提供序列連接至標(biāo)準(zhǔn)編解碼器。IIS總線只處理聲音數(shù)據(jù)，其他信號(hào)(控制信號(hào))必須單獨(dú)傳輸。為了使電路的引出引腳盡可能少，IIS只使用了3條串行總線：時(shí)分復(fù)用的數(shù)據(jù)線、字段選擇線(聲道選擇)、時(shí)鐘信號(hào)線。本系統(tǒng)采用Philips

57、基于IIS音頻總線的UDAl341型音頻CODEC。該CODEC支持IIS總線數(shù)據(jù)格式，采用位元流轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)行信號(hào)處理，具有可編程增益放大器(PGA)和數(shù)字自動(dòng)增益控制器(AGC)。由于IIS總線只處理音頻數(shù)據(jù)，因此UDAl341還內(nèi)置了用于傳輸控制信號(hào)的L3總線接口。通過L3接口相當(dāng)于混音器控制接口，可以控制輸入/輸出音頻信號(hào)的低音及音量大小等。如圖18,UDAl341對(duì)外提供兩組音頻信號(hào)輸入接口，每組包括左右2個(gè)聲道。兩組音頻輸入在UDAl341內(nèi)部的處理存在很大差別：第一組音頻信號(hào)輸入后經(jīng)過1個(gè)0dB/6dB開關(guān)后采樣送入數(shù)字混音器：第二組音頻信號(hào)輸入后先經(jīng)過可編程增益放大器(PGA)，

58、然后再進(jìn)行采樣，采樣后的數(shù)據(jù)要再經(jīng)過數(shù)字自動(dòng)增益控制器(AGC)送入數(shù)字混音器。因?yàn)橄Ｍㄟ^軟件的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)輸入音量大小的調(diào)節(jié)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)選用第二組輸入音頻信號(hào)，通過L3總線接口控制AGC來實(shí)現(xiàn)。另外，選擇通道2還可以通過PGA對(duì)從MIC輸入的信號(hào)進(jìn)行片內(nèi)放大。L3控制接口接在S3C2410X的GPG8、GPG9、GPGlO引腳上，利用這3個(gè)I/O口模擬L3總線的全部時(shí)序和協(xié)議。音頻電路原理圖見圖19。21VINL-2PGAVINFL2VIbIL-1圖18UDA1341的內(nèi)部結(jié)構(gòu)LNEirJ6U1E二百24斗iChjl.ICH4lOuAUDIOJ601CAUI：I0V5SARgl5VDD

59、33A100VSSAVSSAC626-I-ILhjVIHL1VINR1VINL2WSDATAODATAIL2M0DEVOUTRL3CLOCKVOUTLL3DATA+丄0MCDCDKUDA1341TST書書CLK16TELECia了GFG612；UPC也14UPU1D15頂遼IIE：TSSDO191.IC601UVERFLAGCSTATTEST1TEST2SYSL-KUluIUTEIffKDAUI：I0PHOLIE104VSSAR608FGt-TIjVSSAEi607rzC608r-iVSSAVDD33AVDD33Kt-1010KUTI.RJ517urSSATJ601AUTR口口口A10KLiC

60、619二47u圖19音頻電路原理圖224系統(tǒng)測試4.1測試方案系統(tǒng)測試是對(duì)工作成果的驗(yàn)證，也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的不斷修正和改進(jìn)的過程，是應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)不可缺少的一部分。為驗(yàn)證設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的基于GPS的嵌入式公交報(bào)站系統(tǒng)是否達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，需要確定實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行相應(yīng)的測試。整個(gè)測試方案分為四個(gè)層次：硬件測試：在嵌入式自動(dòng)公交報(bào)站系統(tǒng)硬件設(shè)備完成設(shè)計(jì)安裝之后，需要進(jìn)行硬件測試。這個(gè)階段的測試工作是基礎(chǔ)，只有保證硬件有正確可靠的功能與性能，才能進(jìn)行下一個(gè)階段的測試；各應(yīng)用程序單獨(dú)測試：主要針對(duì)各應(yīng)用程序單獨(dú)測試，檢驗(yàn)其功能是否實(shí)現(xiàn);系統(tǒng)聯(lián)合測試:硬件測試和各應(yīng)用程序測試通過之后，進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)合測試；功耗測試。測