基于TI MSPM0G3507多功能GPS測速儀系統開(kāi)發(fā)設計

1   項目背景及構想

GPS應用無(wú)處不在，比如汽車(chē)導航應用，應急救災，各種app 的LBS（基于位置的服務(wù)），給我們生活帶來(lái)各種便利?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有GPS，我們寸步難行，尤其是目前很火的自動(dòng)駕駛。結合自己工作主要也是和車(chē)聯(lián)網(wǎng)V2X 相關(guān)，但是對GPS 的了解也只百度百科的認識程度，一直想做一個(gè)小東西，來(lái)進(jìn)一步了解GPS 模塊的相關(guān)特點(diǎn)。另外在有時(shí)候騎共享單車(chē)時(shí)候，總會(huì )聽(tīng)到有語(yǔ)音提示，想到如果自己實(shí)現的話(huà)，可以采用什么樣的方案呢？

所以就有了這個(gè)項目的構想，即要結合GPS，又要有語(yǔ)音模塊，主要結合這兩方面來(lái)構想產(chǎn)品的功能。

主要解決的問(wèn)題是：通過(guò)解析GPS 數據，獲取速度，及低成本的語(yǔ)音提示功能的實(shí)現。

項目的亮點(diǎn)：TI 芯片低成本的語(yǔ)音提示功能的實(shí)現。

2   實(shí)現的主要功能

這個(gè)項目利用GPS 模塊開(kāi)發(fā)一款多功能測速儀，主要實(shí)現以下功能：

(1)按鍵切換室內模式和戶(hù)外模式

(2)戶(hù)外模式使用GPS 同步時(shí)間

(3)使用GPS 模塊輸出的經(jīng)緯度等信息計算速度

(4)使用地磁傳感器通過(guò)LCD顯示電子羅盤(pán)方向角

(5)室內模式實(shí)現時(shí)鐘和定時(shí)器功能

(6)使用喇叭播放自定義報警音

3   系統架構圖和流程圖

流程圖：

4   硬件選型

MCU

LP-MSPM0G3507 LaunchPad? 開(kāi)發(fā)套件是基于MSPM0G3507 的易用型評估模塊（EVM），具有128 KB閃存、32 KB SRAM、2 個(gè)12 位4 Msps ADC、DAC、3 個(gè)COMP、3 個(gè)運算放大器、CAN-FD、MATHACL 的80MHz Arm M0 + MCU。

該板包含三個(gè)按鈕、兩個(gè)LED（其中一個(gè)是RGBLED）以及模擬溫度傳感器和光傳感器，還有一個(gè)外部緩沖器，用于顯示4 MSPS 時(shí)的高速ADC 性能。

特性

外部環(huán)境光傳感器

RGB 顯示PWM 控制

用于顯示4 MHz 高速ADC 的外部緩沖器

外部溫度傳感器

一個(gè)詞形容：就是精美！

GPS 模塊

GPS 北斗雙模導航定位模塊ATGM336HATGM336H-5N 系列模塊是9.7×10.1 尺寸的高性能BDS/GNSS 全星座定位導航模塊系列的總稱(chēng)，該系列模塊都是基于中科微第四代采用完全自主知識產(chǎn)權的低功耗GNSS SOC 芯片一AT6558，支持多種衛星導航系統，包括中國的BDS（北斗衛星導航系統），美國的GPS，俄羅斯的GLONASS，歐盟的GALILEO， 日本的QZSS 以及衛星增強系統SBAS（WAAS, EGNOS,GAGANMSAS）。ATGM336H 是一款真正意義的六合一多模衛星導航模塊，包含32 個(gè)跟蹤通道可以同時(shí)接收六個(gè)衛星導航系統的GNSS 信號，并且實(shí)現聯(lián)合定位、導航與授時(shí)。具有高靈敏度、低功耗、低成本等優(yōu)勢，適用于車(chē)載定位與導航和手持或可穿藏設備，可以直接替換U-bloxMAX 系列模塊。

LCD

矽創(chuàng )電子Sitronix TFT（Thin Film Transistor）即薄膜場(chǎng)效應晶體管屬于有源矩陣液晶顯示器中的一種。TFT 液晶顯示屏的特點(diǎn)是亮度好、對比度高、層次感強、顏色鮮艷，但也存在著(zhù)比較耗電和成本較高的不足SPI 接口。

地磁傳感器

HMC5883L 是一款高集成的弱磁傳感器芯片，帶有能使羅盤(pán)精度控制在 1° ~ 2°的模數轉換器。其靈敏度較高，開(kāi)發(fā)難度不高。

喇叭

5   硬件資源占用及引腳分配

6   整體硬件連接圖

7   軟件模塊開(kāi)發(fā)

LCD模塊

ST7735S LCD模塊使用的是SPI驅動(dòng)，主要通過(guò)選擇命令引腳還是數據引腳，來(lái)進(jìn)行控制電以后初始化進(jìn)行屏幕相關(guān)的配置，顯示字符數字就是在指定的位置進(jìn)行填充來(lái)實(shí)現。

軟件配置：

軟件處理

最核心的就是畫(huà)點(diǎn)，這里為什么寫(xiě)入是16 位的數據？涉及到顏色的編碼，像素。RGB 565 16 bit/Pixel 。主要注意的地方：時(shí)序?？梢酝ㄟ^(guò)邏輯分析儀查看發(fā)送的數據的時(shí)序。

LCD實(shí)測效果：

GPS模塊

主要功能：

MCU主通過(guò)串口中斷接收GPS 模塊發(fā)過(guò)來(lái)的NMEA協(xié)議數據，進(jìn)行解析，獲取經(jīng)緯度及速度數據，時(shí)間數據。波特率為9600。

NMEA協(xié)議簡(jiǎn)介

NMEA協(xié)議是為了在不同的GPS（全球定位系統）導航設備中建立統一的BTCM（海事無(wú)線(xiàn)電技術(shù)委員會(huì )）標準，由美國國家海洋電子協(xié)會(huì )（NMEA-The National Marine Electronics Associa-tion）制定的一套通訊協(xié)議。GPS接收機根據NMEA-0183 協(xié)議的標準規范，將位置、速度等信息通過(guò)串口傳送到PC 機、PDA等設備。

NMEA-0183協(xié)議是GPS接收機應當遵守的標準協(xié)議，也是目前GPS 接收機上使用最廣泛的協(xié)議，大多數常見(jiàn)的GPS接收機、GPS數據處理軟件、導航軟件都遵守或者至少兼容這個(gè)協(xié)議。

NMEA-0183協(xié)議定義的語(yǔ)句非常多，但是常用的或者說(shuō)兼容性最廣的語(yǔ)句只有$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL 等。

Global Positioning System Fix Data（GGA）：GPS 定位信息

GPS DOP and Active Satellites（GSA）：當前衛星信息

GPS Satellites in View（GSV）：可見(jiàn)衛星信息

Recommended Minimum Specific GPS/TRANSITData（RMC）：推薦定位信息

下面給出這些常用NMEA-0183 語(yǔ)句的字段定義解釋。

數據格式如下：

$GPRMC,014600.00,A,2237.496474,N,11356.089515,

E,0.0,225.5,310518,2.3,W,A*23

field 0：$GPRMC，格式ID，表示該格式為建議的最低特定GPS/TRANSIT 數據（RMC）推薦最低定位信息

field 1：UTC 時(shí)間，格式hhmmss.ssss，代表時(shí)分秒. 毫秒

field 2：狀態(tài)A：代表定位成功 V：代表定位失敗

field 3：緯度ddmm.mmmmmm 度格式（如果前導位數不足，則用0填充）

field 4：緯度N（北緯） S（南緯）

field 5：經(jīng)度dddmm.mmmmmm 度格式（如果前導位數不足，則用0填充）

field 6：經(jīng)度E（東經(jīng)） W（西經(jīng)）

field 7：速度（也為1.852 km / h）

field 8：方位角，度（二維方向，等效于二維羅盤(pán)）

field 9：UTC 日期DDMMYY 天月年

field 10：磁偏角（000 -180）度，如果前導位數不足，則用0 填充）

field 11：磁偏角方向E = 東 W = 西

field 12： 模式，A = 自動(dòng)，D = 差分，E = 估計，

AND = 無(wú)效數據（3.0 協(xié)議內容）

fi eld 13：校驗和

UART軟件配置

軟件處理

主要是在中斷中處理識別關(guān)鍵字符, 然后進(jìn)行字符串，解析處理。

GPS實(shí)測效果

地磁模塊

地磁傳感器HMC5883L通過(guò)I2C接口訪(fǎng)問(wèn)，初始化通過(guò)配置寄存器，然后讀取X Y Z，三個(gè)坐標軸，進(jìn)行后續的換算顯示。

I2C時(shí)序

軟件配置：

注：配置速率100 KHz

軟件處理：

注：主要是讀6個(gè)寄存器數據，而提供的api非常簡(jiǎn)單易用

地磁傳感器實(shí)測效果

語(yǔ)音模塊

一般地，用蜂鳴器滴滴兩聲就達到效果，這里我們要實(shí)現自定義語(yǔ)音播放，所以用到DAC 模塊。

原理是：將準備的wav 語(yǔ)音數據，使用GoldWave語(yǔ)音剪輯軟件將數據盡量壓縮成單聲道采樣率8 K，8 bit 數據，這樣可以保證1 s 音頻數據占用8 K 存儲空間，以節省空間。

關(guān)于播放，直接使用DAC，按8 K 的頻率讀取數據放到DAC 輸出就可以。

軟件配置

注：使能DMA，設置分辨率為8 位，采樣率為8 kSPS軟件處理

這里其實(shí)首先需要將WAV 格式的音頻數據，提取出來(lái)生成const 的數組，這樣就會(huì )存儲在fl ash，不占用ram 空間。這部分處理，采用python 做個(gè)小工具，方便后續可以直接方便使用。

直接使用DMA設置源數據地址，及目的地址DAC輸出。非常簡(jiǎn)單實(shí)現自定義音頻數據播放

8   總結

1.TI 芯片如何幫助我快速完成這個(gè)項目？

其實(shí)項目的功能總體并不復雜，遇到的第一個(gè)困難主要就是常用外設驅動(dòng)的再熟悉，項目主要就是一些常用外設的使用，由于TI 的資料例子文檔很豐富，上手非常的快，方便快速驗證功能，而不是花費時(shí)間在熟悉芯片寄存器等芯片問(wèn)題上。沒(méi)有讓芯片成為項目的一個(gè)卡點(diǎn)一個(gè)問(wèn)題點(diǎn)，一句話(huà)，就是沒(méi)有在芯片上踩坑，節省了時(shí)間。

尤其是syscfg 驅動(dòng)配置工具的使用，就是一個(gè)神器，只要配置好相關(guān)功能，就再也不發(fā)愁驅動(dòng)的編寫(xiě)和測試，極大方便應用程序的開(kāi)發(fā)。

還有一個(gè)困難就是語(yǔ)音模塊實(shí)現方案，原來(lái)只是有個(gè)思考，但具體實(shí)現一直不成功，喇叭一直沒(méi)有聲音，在這里，幫助最大的是TI 文檔中心里面的一篇：《基于MSPM0 的醫用警報設計》，參考這個(gè)然后實(shí)現了低成本語(yǔ)音模塊。

2.對新手建議

新手入門(mén)TI M0 芯片最快的方式還是跑官方提供的例子，使用配套IDE，Code ComposerStudio 熟悉配置，申請使用官方的評估版來(lái)快速入門(mén)外設驅動(dòng)。

還有就是加入官方的微信群有問(wèn)題及時(shí)和網(wǎng)友交流，會(huì )有TI 的FAE 及熱心網(wǎng)友出謀劃策，方便問(wèn)題的解決。

（本文來(lái)源于《EEPW》202503）