基于GPS汽车导航系统的设计

清华大学2012届毕业设计说明书

4 功能模块设计

4.1 主控模块 （1）电源模块

电源由车载电池提供的24V电压输入，经稳压电路将电压降至5V输出，3.3V由低压差线性电压源（LDO）通过+5V调整输出得到，2.5V则由3.3V调整输出得到。如图4.1所示。 +5V电源

此电源直接取自汽车电池电源，汽车电源是+24V，经C1滤波后送给稳压芯片

AS1117.稳压芯片AS1117-50将+24V直流电源稳定在+5V，作为稳压输出。输出电压经C2、C3再次滤波，作为主电源供给S3C44B0X以及各外设芯片使用。 D1在此起限制电流方向的作用。 +3.3V电源

3.3V电源由低压差线性电源（LM1117-33）通过+5V调整输出得到，电路比较简

单。 +2.5V电源

2.5V电源由低压差线性电源（LM1117-25）通过+5V调整输出得到，电路比较简

单。

图4.1 电源原理图

(2)复位电路

第24页 共48页

清华大学2012届毕业设计说明书

复位对于一个系统来说很重要，各个单元要进入正常工作状态，都需要可靠的复位。正常情况下，一般有上电复位和手动复位。如果电源电压出现波动，系统会非正常复位，发生因复位时间不够而造成的错误甚至死机，所以复位监控电路也是有必要的。 (3)晶振电路

处理器部分需要两路时钟电路，一路是处理器工作时钟输入；另一路供给RTC电路，如图4.2所示。

图4.2 晶振电路图

4.2 GPS模块 4.2.1 GP4020

GP4020是一个完整的GPS接收机数字基带处理器，它结合了GP2021的12通道相关器功能和先进的ARM7TDMI(Thumb)微处理器，达到了较高的集成度水平，减少了GPS接收机系统成本，降低了功耗，增加了功能。 图4.3为GP4020芯片管脚图[26]。

第25页 共48页

清华大学2012届毕业设计说明书

图4.3 GP4020管脚图

GP4020的相关器部分包含有12个相同的跟踪功能模块，每个通道包含对于捕获和跟踪必需的所有元器件，以及其他功能模块。如果不需要12通道，单个通道可以不激活，以降低功耗和处理器的负载。 GP4020的微处理器部分包括Firefly MFI微控制器核，Firefly MFl微控制器核包括 ARM7TDMI、Thumb指令、Firefly BμILD模块、JTAG ICEBreakerTM调试接口、UART、BμILD串行 I／O、通用I／O和看门狗功能。 GP4020具有：可配置的外部数据总线；工作电源电压3．3V；具有低功耗模式；1PPS UTC输出；3线式BμLD串行输入／输出(BSIO)接口；8个通用输入／输出(GPIO)接口；8KB内部SRAM；采用PQVP-lOO封装；工作温度范围-40℃～+85℃。 GP4020可以与GP2015和GP2010C／A码射频下变频器直接连接，构成GPS导航系统、GPS测量接收机等系统。GP4020芯片内部结构图如图4.4所示。

第26页 共48页

清华大学2012届毕业设计说明书

图4.4 GP4020内部结构图

4.2.2 GPS接收机

GP2015 芯片作为接收机的射频前端，内嵌ARM7 核的GP4020 芯片作为接收机的数字基带处理器，再加上一些外围电路和天线就构成了GPS接收模块。

信号接收单元的主要功能是接收来自卫星的导航信号。它主要由天线和低噪声放大器组成: 天线的作用是GPS 卫星信号极微弱的电磁波能量转化为相应的电流( 当弱达2.7×10- 21~2.8×10- 21W/m2·Hz 的GPS 卫星信号到达接收天线时, 天线能将其转化为相同变化规律的电流) ; 而前置放大器则是将GPS 卫星信号电流予以放大。对GPS 接收机天线的主要技术要求是: 接收频率为1 575.42 MHz 的信号; 天线辐射方向应能保证全向接收来自空中的右旋圆极化电波; 电线馈线的阻抗应为50Ω。为保证GPS 接收机的灵敏度, 将GPS 接收机天线与低噪声前置放大器做成一体, 使天线输出端至低噪声放大器之间的连线尽量缩短, 以降低馈线损耗。

射频前端( Front- end) 即信号变频(Down- Converter)模块, 其中的基准频率振荡源为GPS 接收机提供时间和频率基准, 其输出通往频率合成器, 产生本振频率与系统时钟信号, 然后用一个或多个本振频率信号与射频信号进行混频, 完成射频信号到中频信号的变换, 同时将中频信号放大并进行模数转换, 再通过抽样频率对该中频信号进行抽样, 以便后续数字化处理。

本设计中射频前端主要由Zarlink 公司生产的GP2015 芯片及外围滤波电路构成,

第27页 共48页