基于TI MSPM0G3507多功能GPS測速儀系統開發設計

1   項目背景及構想

GPS應用無處不在，比如汽車導航應用，應急救災，各種app 的LBS（基于位置的服務），給我們生活帶來各種便利。可以說，沒有GPS，我們寸步難行，尤其是目前很火的自動駕駛。結合自己工作主要也是和車聯網V2X 相關，但是對GPS 的了解也只百度百科的認識程度，一直想做一個小東西，來進一步了解GPS 模塊的相關特點。另外在有時候騎共享單車時候，總會聽到有語音提示，想到如果自己實現的話，可以采用什么樣的方案呢？

所以就有了這個項目的構想，即要結合GPS，又要有語音模塊，主要結合這兩方面來構想產品的功能。

主要解決的問題是：通過解析GPS 數據，獲取速度，及低成本的語音提示功能的實現。

項目的亮點：TI 芯片低成本的語音提示功能的實現。

2   實現的主要功能

這個項目利用GPS 模塊開發一款多功能測速儀，主要實現以下功能：

(1)按鍵切換室內模式和戶外模式

(2)戶外模式使用GPS 同步時間

(3)使用GPS 模塊輸出的經緯度等信息計算速度

(4)使用地磁傳感器通過LCD顯示電子羅盤方向角

(5)室內模式實現時鐘和定時器功能

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

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

特性

外部環境光傳感器

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，該系列模塊都是基于中科微第四代采用完全自主知識產權的低功耗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 個跟蹤通道可以同時接收六個衛星導航系統的GNSS 信號，并且實現聯合定位、導航與授時。具有高靈敏度、低功耗、低成本等優勢，適用于車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

矽創電子Sitronix TFT（Thin Film Transistor）即薄膜場效應晶體管屬于有源矩陣液晶顯示器中的一種。TFT 液晶顯示屏的特點是亮度好、對比度高、層次感強、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°的模數轉換器。其靈敏度較高，開發難度不高。

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

LCD模塊

ST7735S LCD模塊使用的是SPI驅動，主要通過選擇命令引腳還是數據引腳，來進行控制電以后初始化進行屏幕相關的配置，顯示字符數字就是在指定的位置進行填充來實現。

軟件配置：

軟件處理

最核心的就是畫點，這里為什么寫入是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：時序。可以通過邏輯分析儀查看發送的數據的時序。

LCD實測效果：

GPS模塊

主要功能：

MCU主通過串口中斷接收GPS 模塊發過來的NMEA協議數據，進行解析，獲取經緯度及速度數據，時間數據。波特率為9600。

NMEA協議簡介

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

NMEA-0183協議是GPS接收機應當遵守的標準協議，也是目前GPS 接收機上使用最廣泛的協議，大多數常見的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協議。

NMEA-0183協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）：當前衛星信息

GPS Satellites in View（GSV）：可見衛星信息

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 時間，格式hhmmss.ssss，代表時分秒. 毫秒

field 2：狀態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：經度dddmm.mmmmmm 度格式（如果前導位數不足，則用0填充）

field 6：經度E（東經） W（西經）

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，D = 差分，E = 估計，

AND = 無效數據（3.0 協議內容）

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鍵字符, 然后進行字符串，解析處理。

GPS實測效果

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，三個坐標軸，進行后續的換算顯示。

I2C時序

軟件配置：

注：配置速率100 KHz

軟件處理：

注：主要是讀6個寄存器數據，而提供的api非常簡單易用

地磁傳感器實測效果

語音模塊

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

原理是：將準備的wav 語音數據，使用GoldWave語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

這里其實首先需要將WAV 格式的音頻數據，提取出來生成const 的數組，這樣就會存儲在fl ash，不占用ram 空間。這部分處理，采用python 做個小工具，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。非常簡單實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項目？

其實項目的功能總體并不復雜，遇到的第一個困難主要就是常用外設驅動的再熟悉，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，而不是花費時間在熟悉芯片寄存器等芯片問題上。沒有讓芯片成為項目的一個卡點一個問題點，一句話，就是沒有在芯片上踩坑，節省了時間。

尤其是syscfg 驅動配置工具的使用，就是一個神器，只要配置好相關功能，就再也不發愁驅動的編寫和測試，極大方便應用程序的開發。

還有一個困難就是語音模塊實現方案，原來只是有個思考，但具體實現一直不成功，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 的醫用警報設計》，參考這個然后實現了低成本語音模塊。

2.對新手建議

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，申請使用官方的評估版來快速入門外設驅動。

還有就是加入官方的微信群有問題及時和網友交流，會有TI 的FAE 及熱心網友出謀劃策，方便問題的解決。

（本文來源于《EEPW》202503）