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)：就是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，還具有一個(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。

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

fi eld 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

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

fi eld 2：狀態(tài)A：代表定位成功 V：代表定位失敗

fi eld 3：緯度ddmm.mmmmmm 度格式（如果前導(dǎo)位數(shù)不足，則用0 填充）

fi eld 4：緯度N（北緯） S（南緯）

fi eld 5：經(jīng)度dddmm.mmmmmm 度格式（如果前導(dǎo)位數(shù)不足，則用0 填充）

fi eld 6：經(jīng)度E（東經(jīng)） W（西經(jīng)）

fi eld 7：速度（也為1.852 km / h）

fi eld 8：方位角，度（二維方向，等效于二維羅盤）

fi eld 9：UTC 日期DDMMYY 天月年

fi eld 10：磁偏角（000 -180）度，如果前導(dǎo)位數(shù)不足，則用0 填充）

fi eld 11：磁偏角方向E = 東 W = 西

fi eld 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

一般的話，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。

播放的話，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(qǐng)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）