基于ADAS嵌入式導(dǎo)航儀電路設(shè)計(jì) —電路圖天天讀（40）

　　隨著北斗系統(tǒng)的研制與建設(shè)，在導(dǎo)航領(lǐng)域我國將會(huì)從GPS主宰的局面轉(zhuǎn)向?yàn)橐晕覈灾餮邪l(fā)的北斗全球?qū)Ш较到y(tǒng)為主的局面。為了實(shí)現(xiàn)北斗導(dǎo)航儀更輕便、快捷、低功耗和低成本，提出了一種采用ARM9系列的S3C2440A為處理器的北斗導(dǎo)航儀硬件設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)給出了系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)和具體的硬件選型及接口電路設(shè)計(jì)。并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了硬件平臺(tái)的搭建和測試，給出了北斗信號(hào)處理部分的硬件設(shè)計(jì)電路板。

　　核心板電路構(gòu)成

　　核心板采用ARM開發(fā)板最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由S3C2440A處理器作CPU、內(nèi)存SDRAM、閃存FLASH（NOR FLASH和NANDFLASH）、晶振電路、復(fù)位電路和啟動(dòng)配置電路組成。

　　北斗基帶芯片處理模塊及電路

　　北斗基帶芯片采用的是HwaNavchip-1芯片，可快速捕獲北斗系統(tǒng)B1和B3頻點(diǎn)的精密測距碼和北斗／GPS衛(wèi)星的普通測距碼，具有較快的捕獲速度、極高的動(dòng)態(tài)跟蹤范圍和測量精度，通過串口輸出標(biāo)準(zhǔn)的二進(jìn)制或NMEA-0183格式的信號(hào)，數(shù)據(jù)被傳送到解析程序進(jìn)行驗(yàn)證處理，計(jì)算出位置信息，并在液晶顯示器上進(jìn)行顯示。這部分電路的主要工作原理和過程是將射頻信號(hào)經(jīng)過下變頻成為模擬中頻信號(hào)再通過A／D轉(zhuǎn)換得到導(dǎo)航信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過基帶處理模塊和導(dǎo)航信息處理模塊捕獲、跟蹤、解算得到輸出的導(dǎo)航信息。A／D轉(zhuǎn)換和射頻前端電路分別如圖3、4所示，北斗基帶芯片部分電路如圖5所示。

　　底板硬件電路

　　彩色液晶屏接口及觸摸屏驅(qū)動(dòng)電路

　　S3C2440A內(nèi)置有液晶控制器，可以支持最大256 k色TFT彩色液晶屏、最大4 k色STN彩色液晶屏。彩色屏上帶有觸摸屏（為四線電阻式觸摸屏），用于檢測屏幕觸摸輸入信號(hào)，有利于提高人機(jī)交互的友好性。在使用的時(shí)候，需要一套切換控制及ADC轉(zhuǎn)換電路，用于切換觸摸屏的X、Y軸輸入，并進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。接口與觸摸屏驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示。

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　　 網(wǎng)絡(luò)接口電路

　　S3C2440A本身并沒有網(wǎng)絡(luò)接口，通過擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)接口的模式可以為系統(tǒng)提供以太網(wǎng)接入，是本系統(tǒng)的一個(gè)重要的功能模塊，主要用于電子海圖更新以及相關(guān)數(shù)據(jù)上傳下載。該電路的核心芯片是DM9000E 10／100M以太網(wǎng)控制器，電路使用16位總線方式進(jìn)行控制，數(shù)據(jù)總線DATA0～DATA15與SD0～SD15連接，地址線也進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的連接，片選線nGCS3與芯片的AEN相連。模塊電路使用通用的網(wǎng)絡(luò)接口電路即可。

　　 USB接口電路

　　S3C2440A具2兩個(gè)USB Host控制器和1個(gè)USB Device控制器，本設(shè)計(jì)只使用了DN0、DP0引腳作為唯一的下行口，為此還設(shè)計(jì)了1個(gè)USB集線器電路．通過集線器可以方便對(duì)USB下行口進(jìn)行擴(kuò)展，USB集線器芯片采用的是MICRO公司的AU9254。用于電子海圖、導(dǎo)航定位軟件更新，導(dǎo)航數(shù)據(jù)下載保存等。電路連接如圖7所示。

　　RS-422接口電路

　　目前船舶駕駛臺(tái)導(dǎo)航設(shè)備均采用RS-422接口進(jìn)行數(shù)據(jù)互聯(lián)，由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動(dòng)器比RS-232更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，允許在相同傳輸線上連接多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，所以RS-422支持點(diǎn)對(duì)多的雙向通信，采用全雙工通信模式，差模傳輸，抗干擾能力強(qiáng)，能給ECDIS和雷達(dá)等導(dǎo)航設(shè)備提供實(shí)時(shí)北斗導(dǎo)航定位信息。電路如圖8所示。

　　電源電路

　　本系統(tǒng)使用的電源電路圖9所示，5 V的電源經(jīng)過C46、C48和C49濾波后，由兩片低壓差電源芯片將電源轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的3．3 V電源，分別給主板供電（電路圖中VDD33）和給核心板供電（電路圖中PVDD33）。

　　本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)為三星公司的S3C2440A微處理器。S3C2440A的核心處理器（CPU）是一個(gè)由Advanced RISCMacllines有限公司設(shè)計(jì)的16／32為ARM920T的RISC處理器。ARM920T實(shí)現(xiàn)了MMU、AMBA、BUS及Harvard 高速緩沖體系結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立的16KB指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache。每個(gè)都是由8字節(jié)的行組成。通過提供一整套完整的通用系統(tǒng)外設(shè)，S3C2440A減少整體系統(tǒng)成本和無需配置額外的組件。
電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評(píng)分析：

　　北斗導(dǎo)航接收機(jī)主要由射頻前端、A／D轉(zhuǎn)換器、基帶信號(hào)處理和導(dǎo)航解算部分組成。射頻前端接收衛(wèi)星的射頻信號(hào)，經(jīng)前置放大器放大后，將信號(hào)下變頻為中頻信號(hào)；A／D轉(zhuǎn)換器采樣中頻信號(hào)，把模擬信號(hào)量化編碼為數(shù)字信號(hào)；基帶數(shù)字信號(hào)處理部分主要功能為；衛(wèi)星信號(hào)的二維捕獲、載波相位和碼相位的跟蹤，并且測算出偽距；最后導(dǎo)航解算部分采用一定的算法消除模型誤差，求解偽距方程，解析出衛(wèi)星接收機(jī)天線的地理位置，從而實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星定位。當(dāng)然這是比較成熟的設(shè)計(jì)方案，有許多的地方性能需要改進(jìn)革新，還望能有更好的設(shè)計(jì)方案。

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