1   項(xiàng)目背景及構(gòu)想

GPS應(yīng)用無處不在，比如汽車導(dǎo)航應(yīng)用，應(yīng)急救災(zāi)，各種app 的LBS（基于位置的服務(wù)），給我們生活帶來各種便利?？梢哉f，沒有GPS，我們寸步難行，尤其是目前很火的自動(dòng)駕駛。結(jié)合自己工作主要也是和車聯(lián)網(wǎng)V2X 相關(guān)，但是對(duì)GPS 的了解也只百度百科的認(rèn)識(shí)程度，一直想做一個(gè)小東西，來進(jìn)一步了解GPS 模塊的相關(guān)特點(diǎn)。另外在有時(shí)候騎共享單車時(shí)候，總會(huì)聽到有語音提示，想到如果自己實(shí)現(xiàn)的話，可以采用什么樣的方案呢？

所以就有了這個(gè)項(xiàng)目的構(gòu)想，即要結(jié)合GPS，又要有語音模塊，主要結(jié)合這兩方面來構(gòu)想產(chǎn)品的功能。

主要解決的問題是：通過解析GPS 數(shù)據(jù)，獲取速度，及低成本的語音提示功能的實(shí)現(xiàn)。

項(xiàng)目的亮點(diǎn)：TI 芯片低成本的語音提示功能的實(shí)現(xiàn)。

2   實(shí)現(xiàn)的主要功能

這個(gè)項(xiàng)目利用GPS 模塊開發(fā)一款多功能測速儀，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

(1)按鍵切換室內(nèi)模式和戶外模式

(2)戶外模式使用GPS 同步時(shí)間

(3)使用GPS 模塊輸出的經(jīng)緯度等信息計(jì)算速度

(4)使用地磁傳感器通過LCD顯示電子羅盤方向角

(5)室內(nèi)模式實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘和定時(shí)器功能

(6)使用喇叭播放自定義報(bào)警音

3   系統(tǒng)架構(gòu)圖和流程圖

流程圖：

4   硬件選型

MCU

LP-MSPM0G3507 LaunchPad? 開發(fā)套件是基于MSPM0G3507 的易用型評(píng)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(yùn)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(dǎo)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(dǎo)航模塊系列的總稱，該系列模塊都是基于中科微第四代采用完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的低功耗GNSS SOC 芯片一AT6558，支持多種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，包括中國的BDS（北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)），美國的GPS，俄羅斯的GLONASS，歐盟的GALILEO， 日本的QZSS 以及衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)SBAS（WAAS, EGNOS,GAGANMSAS）。ATGM336H 是一款真正意義的六合一多模衛(wèi)星導(dǎo)航模塊，包含32 個(gè)跟蹤通道可以同時(shí)接收六個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的GNSS 信號(hào)，并且實(shí)現(xiàn)聯(lián)合定位、導(dǎo)航與授時(shí)。具有高靈敏度、低功耗、低成本等優(yōu)勢，適用于車載定位與導(dǎo)航和手持或可穿藏設(shè)備，可以直接替換U-bloxMAX 系列模塊。

LCD

矽創(chuàng)電子Sitronix TFT（Thin Film Transistor）即薄膜場效應(yīng)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(duì)比度高、層次感強(qiáng)、顏色鮮艷，但也存在著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，帶有能使羅盤精度控制在 1° ~ 2°的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其靈敏度較高，開發(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   軟件模塊開發(fā)

LCD模塊

ST7735S LCD模塊使用的是SPI驅(qū)動(dòng)，主要通過選擇命令引腳還是數(shù)據(jù)引腳，來進(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(shù)字就是在指定的位置進(jìn)行填充來實(shí)現(xiàn)。

軟件配置：

軟件處理

最核心的就是畫點(diǎn)，這里為什么寫入是16 位的數(shù)據(jù)？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^邏輯分析儀查看發(fā)送的數(shù)據(jù)的時(shí)序。

LCD實(shí)測效果：

GPS模塊

主要功能：

MCU主通過串口中斷接收GPS 模塊發(fā)過來的NMEA協(xié)議數(shù)據(jù)，進(jìn)行解析，獲取經(jīng)緯度及速度數(shù)據(jù)，時(shí)間數(shù)據(jù)。波特率為9600。

NMEA協(xié)議簡介

NMEA協(xié)議是為了在不同的GPS（全球定位系統(tǒng)）導(dǎo)航設(shè)備中建立統(tǒng)一的BTCM（海事無線電技術(shù)委員會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)，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(jī)根據(jù)NMEA-0183 協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將位置、速度等信息通過串口傳送到PC 機(jī)、PDA等設(shè)備。

NMEA-0183協(xié)議是GPS接收機(jī)應(yīng)當(dāng)遵守的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，也是目前GPS 接收機(jī)上使用最廣泛的協(xié)議，大多數(shù)常見的GPS接收機(jī)、GPS數(shù)據(jù)處理軟件、導(dǎo)航軟件都遵守或者至少兼容這個(gè)協(xié)議。

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

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

GPS DOP and Active Satellites（GSA）：當(dāng)前衛(wèi)星信息

GPS Satellites in View（GSV）：可見衛(wèi)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 語句的字段定義解釋。

數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)（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(dǎo)位數(shù)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(dǎo)位數(shù)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）

field 9：UTC 日期DDMMYY 天月年

field 10：磁偏角（000 -180）度，如果前導(dǎo)位數(shù)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(jì)，

AND = 無效數(shù)據(jù)（3.0 協(xié)議內(nèi)容）

fi eld 13：校驗(yàn)和

UART軟件配置

軟件處理

主要是在中斷中處理識(shí)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I2C接口訪問，初始化通過配置寄存器，然后讀取X Y Z，三個(gè)坐標(biāo)軸，進(jìn)行后續(xù)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(shù)據(jù)，而提供的api非常簡單易用

地磁傳感器實(shí)測效果

語音模塊

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

原理是：將準(zhǔn)備的wav 語音數(shù)據(jù)，使用GoldWave語音剪輯軟件將數(shù)據(jù)盡量壓縮成單聲道采樣率8 K，8 bit 數(shù)據(jù)，這樣可以保證1 s 音頻數(shù)據(jù)占用8 K 存儲(chǔ)空間，以節(jié)省空間。

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

軟件配置

注：使能DMA，設(shè)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(shù)據(jù)，提取出來生成const 的數(shù)組，這樣就會(huì)存儲(chǔ)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(xù)可以直接方便使用。

直接使用DMA設(shè)置源數(shù)據(jù)地址，及目的地址DAC輸出。非常簡單實(shí)現(xiàn)自定義音頻數(shù)據(jù)播放

8   總結(jié)

1.TI 芯片如何幫助我快速完成這個(gè)項(xiàng)目？

其實(shí)項(xiàng)目的功能總體并不復(fù)雜，遇到的第一個(gè)困難主要就是常用外設(shè)驅(qū)動(dòng)的再熟悉，項(xiàng)目主要就是一些常用外設(shè)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(yàn)證功能，而不是花費(fèi)時(shí)間在熟悉芯片寄存器等芯片問題上。沒有讓芯片成為項(xiàng)目的一個(gè)卡點(diǎn)一個(gè)問題點(diǎn)，一句話，就是沒有在芯片上踩坑，節(jié)省了時(shí)間。

尤其是syscfg 驅(qū)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(qū)動(dòng)的編寫和測試，極大方便應(yīng)用程序的開發(fā)。

還有一個(gè)困難就是語音模塊實(shí)現(xiàn)方案，原來只是有個(gè)思考，但具體實(shí)現(xiàn)一直不成功，喇叭一直沒有聲音，在這里，幫助最大的是TI 文檔中心里面的一篇：《基于MSPM0 的醫(yī)用警報(bào)設(shè)計(jì)》，參考這個(gè)然后實(shí)現(xiàn)了低成本語音模塊。

2.對(duì)新手建議

新手入門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(píng)估版來快速入門外設(shè)驅(qū)動(dòng)。

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

（本文來源于《EEPW》202503）