基于MAX3100和OLED的GPS定位系统设计

摘要：利用通用异步收发器MAX3100高效的收发特点，和OLED宽温和抗震的特点开发便携式GPS定位系统。设计结果表明该系统具有定位准确、适应温度范围宽、抗震强、功耗低的特点。
关键词：通用异步收发器MAX3100；OLED显示；GPS定位

O 引言
    在单片机应用系统中，串行数据通信通常采用芯片8251，但因8251的通信波特率不高，不能应用于晶振较高的系统，这就使得要求高运行速度、高速收发数据的系统无法应用8251芯片收发数据，而且8251需要有8253提供外部时钟信号。MAXIM公司推出的新型UART芯片MAX3100
正好填补了这个空白。MAX3100支持高速通信，最高通信波特率可达230KBPS，低功耗，支持低电压，设计后系统体积小，比采用外部时钟8253设计的印制版尺寸的一半还小。而且能够使软件设计实现起来更可靠。
    有机发光显示OLED是比液晶显示技术更为先进的新一代平板显示技术，是被业界公认为最具发展前景的下一代显示技术。有机发光显示OLED(Organic Light Emitting Display)与液晶显示技术相比，具有超轻薄、高亮度、广视角、自发光、响应速度快、适应温度范围宽、抗震强、功耗低、可实现柔软显示等优越性能，因此OLED屏正快速扩大其在便携式电子产品市场上的应用份额，能够应用于通讯、测绘、铁路以及兵器等野外恶劣环境。

1 主要工作原理
    系统主要由AT89C52单片机、MAX3100通用异步收发器、GPS-OEM板、OLED显示屏等组成。AT89C52单片机通过MAX3100接收GPS-OEM板发出的NEMA语句，经过软件编程计算出定位信息(包括：纬度、经度、高度、速度、日期、时间、航向、卫星状况等)后，在OLED显示屏上显示出来。并且通过MAX3100将这些定位信息以RS232标准串口数据输出。系统电路原理图如图l所示。

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2 单片机与GPS-OEM板之间的数据通信
    单片机与GPS-OEM板之间的数据通信，是通过MAX3100通用异步收发器来实现的，其中单片机震荡频率选用11．0592MHz。首先用MAX232电平转换芯片，来实现RS232电平与TTL电平的双向转换，因为GPS OEM板的串口电平是符合RS232标准的电平，而MAX3100采用的是TTL电平。
MAX3100的DIN引脚为串行数据输入端，DOUT为串行数据输出端，串行时钟的上升沿锁存DIN数据，DOUT数据由串行时钟的下降沿同步输出。  MAX3100的DIN和DOUT引脚的串行数据序列都是16位数据，其中DIN数据序列的前两位表征串的数据类型。当前两位是“1，1”时，表示写命令，当前两位是“0，0”时，表示读数据，当前两位是“1，0”时，表示写数据。
    对MAX3100进行初始化配置，是单片机通过写命令序列来完成的。该命令序列包括奇偶校验位、数据位、停止位、波特率设置、数据字长度、校验FIFO、中断使能等信息。MAX3100具有自己的波特率发生器，其振荡器可以用频率为1．843 2 MHZ或3．6864 MHZ的晶振。波特率由写命令序列的后4位B0～B3位决定的。
    当单片机接收GPS OEM板的串口数据时，是通过读MAX3100数据序列来完成的，单片机从MAX3100读出数据时，需要在DIN写入一个16位的字(0000H)，再从DOUT读入16位的字，其中的高八位是：接收／发送缓冲区的状态，数据错／溢出状态，接收／校验位状态和CTS的状态，低八位才是接收到的GPS OEM板的串口数据。
    当单片机发送最终的定位数据时，是通过向MAX3100写入数据序列来完成的，单片机向MAX3100写入数据时，在DIN写入的是一个16位的字，其中高八位设置的内容是：写入标志、允许TX输出、RTS引脚设定以及传送校验位设定。低八位才是要传送的数据。

3 OLED显示屏显示定位信息
    显示模块显示屏为128列、64行，有1片行驱动器和2片列驱动器，其中行驱动器有64行输出，每片列驱动器有64路输出。只要提供电源就能产生驱动信号和同步信号，模块的外部信号仅与列驱动器有关。列驱动器内置64×64位显示存储器，显示屏上各像素点显示状态与显示存储器各位数据一一对应，显示存储器的数据直接作为图形显示的驱动信号，为“1”的时候显示，为“O”的时候不显示。系统中OLED显示屏显示纬度、经度、高度、速度、日期、时间、航向、卫星状况等定位信息。

4 软件设计
4．1 看门狗中断的应用
    MAX706的6脚与7脚分别与AT89C52的P1．7与复位脚相连，在软件程序中，每隔一段程序插入一个看门狗计数器复位指令，这样，在程序运行过程中，如果进入死循环或非法代码区，就会使系统复位，保证系统正常运行。
4．2 延时处理
    将所要发送的数据送入发送缓冲器时，由于MAX3100要等T=1时，发送缓冲器为空，才可以接收另一个需发送的数据，所以此时加入合适的延时，是非常必要的，可以保证所发数据准确无误。
4．3 建立字库
    在实现OLED显示时，先将需要显示的汉字组成一个汉字库，英文字符或阿拉伯数字组成一个西文字库。
    如汉字“效”字，设置宋体12号，对应的点阵为宽×高=16×16，用取模软件横向取模对应的32字节为：{O×10，0×20，0×08，0×30，O×08，0×20，0×7F，O×20，0×14，0×7E，0×12，0×44，0×21，0×C4，O×22，0×44，O×62，0×28，O x 14，0×28，O×08，0×10，0×0C，0×10，O×12，0×28，0×20，0×CE，0×C3，0×04，O×00，0×00}。
    阿拉伯数字“1”，设置宋体12号，对应的点阵为宽×高=8×16，用取模软件横向取模对应的16字节为：{0×00，0 x0o，0×00，0×10，0×70，0×10，0×10，O×10，0×10，0×10，0×10，O×10，0×10，0×7C，O×00，O×00}。
4．4 软件要点设计
    软件设计的时候，有两部分关键设计，一是对串口接收到的GPS模块数据进行处理；二是将所需的定位信息在OLED显示屏上显示出来。软件流程图如图2所示。

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    在MAX3100中定义一个8位移位的子程序，C语言代码如下：

    这个子程序的任务就是通过对MAX3100的DIN和DOUT引脚进行8次移位操作，来完成两个任务，首先是接收部分，通过初始化配置后，经过RX接收GPS模块的NEMA语句，送入接收缓冲区。接下来是发送部分，接收SPI数据并进行发送缓冲，通过TX按异步串行发送出去。
    接收NEMA语句时首先从行首标志“$”开始，在没有进一步处理之前，NEMA语句是一长串字节流，这些信息在经过分类提取之前是无法加以利用的，因此，必须通过软件程序将各个字段的信息从字节流中提取出来，将其转化成纬度、经度、高度、速度、日期、时间、航向、卫星状况等定位信息。其中接收NEMA语句的C语言代码如下：
   
    在OLED显示屏上某一位置显示某一定位信息，是通过软件设置来完成的，其中Row代表所要显示位置的开始行，Column代表所要显示位置的开始列，a代表在已经建立的汉字库和西文字库中的序列号，C语言代码如下：

5 结束语
    本系统结合MAX3100高效的异步收发通信优点，吸取了其功耗低、体积小、传输快以及OLED显示屏超轻薄、高亮度、广视角、自发光、响应速度快、适应温度范围宽、抗震强、功耗低等优点。设计开发出由电池供电的便携式GPS定位系统，已经成功应用到产品中，取得很好的效果。