基于gps的车辆行驶信息记录系统的设计(sd卡存储gps信息)毕业设计论文(编辑修改稿)

基于gps的车辆行驶信息记录系统的设计(sd卡存储gps信息)毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

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 RCB4H，具有接收 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，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 卡读写模块存储经过单片机处理过的有效信息。 第 3 章 系统硬件设计 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 ： 图 系统 硬件 框图 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接口电路和程序下载电路。 MSP430F149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 所示 ： 图 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 A／ D 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 2． 2V、时钟频率 1MHz 时，活动模式为 200μ A；关闭模 式时仅为 0． 1A，且具有 5 种节能工作方式； (2)高效 16 位 RISCCPU， 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： 1． 8～ 3． 6V； (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 6μ s； (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， IAR 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 CSPY 直接编译调试，使用灵活简单。 单片机引脚图 如图 ： 图 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 ~。 32 脚 UTXD0、 33 脚 URXD0 的第二功能为 MSP430F149 单片机两路串口通讯接口中的第一路。 34 脚 UTXD 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。 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 MSP430F149 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 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 ： P1~P6 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 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 ， 33 脚 URXD0 对应。 P3SEL amp。 = ~BIT4。 // 该程序是将 置 0，此时该引脚只具有普通 I/O 口功能 ； P3SEL |= BIT4。 // 该程序是将 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 amp。 = ~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） ； 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 amp。 = ~BIT4。 ///该程序是使该 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。 MSP430F149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。 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 32． 768kHz 晶振的要求。 LFXTl振荡器默认工作在低频模式，即 32． 768kHz，也可以通过外接 450kHz～8MHz 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 (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 所示 ： 图 晶振电路 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 0xFFFE,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 所示 ： 图 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。 GPS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。 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。 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，需要根据实际应用来选择适当的接收机。 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 RCB4H 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。 简介 GPSOEM 板采用单一 5V 供电，。