基于ADAS嵌入式導(dǎo)航儀電路設(shè)計 —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)域我國將會從GPS主宰的局面轉(zhuǎn)向為以我國自主研發(fā)的北斗全球?qū)Ш较到y(tǒng)為主的局面。為了實現(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)計方案，詳細給出了系統(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。并對整個系統(tǒng)進行了硬件平臺的搭建和測試，給出了北斗信號處理部分的硬件設(shè)計電路板。

　　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，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、極高的動態(tài)跟蹤范圍和測量精度，通過串口輸出標準的二進制或NMEA-0183格式的信號，數(shù)據(jù)被傳送到解析程序進行驗證處理，計算出位置信息，并在液晶顯示器上進行顯示。這部分電路的主要工作原理和過程是將射頻信號經(jīng)過下變頻成為模擬中頻信號再通過A／D轉(zhuǎn)換得到導(dǎo)航信號，這些信號經(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，有利于提高人機交互的友好性。在使用的時候，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，并進行A／D轉(zhuǎn)換。接口與觸摸屏驅(qū)動電路如圖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位總線方式進行控制，數(shù)據(jù)總線DATA0～DATA15與SD0～SD15連接，地址線也進行相對應(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USB Host控制器和1個USB Device控制器，本設(shè)計只使用了DN0、DP0引腳作為唯一的下行口，為此還設(shè)計了1個USB集線器電路．通過集線器可以方便對USB下行口進行擴展，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

　　目前船舶駕駛臺導(dǎo)航設(shè)備均采用RS-422接口進行數(shù)據(jù)互聯(lián)，由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動器比RS-232更強的驅(qū)動能力，允許在相同傳輸線上連接多個接收節(jié)點，所以RS-422支持點對多的雙向通信，采用全雙工通信模式，差模傳輸，抗干擾能力強，能給ECDIS和雷達等導(dǎo)航設(shè)備提供實時北斗導(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)的硬件平臺為三星公司的S3C2440A微處理器。S3C2440A的核心處理器（CPU）是一個由Advanced RISCMacllines有限公司設(shè)計的16／32為ARM920T的RISC處理器。ARM920T實現(xiàn)了MMU、AMBA、BUS及Harvard 高速緩沖體系結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)具有獨立的16KB指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache。每個都是由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)編輯點評分析：

　　北斗導(dǎo)航接收機主要由射頻前端、A／D轉(zhuǎn)換器、基帶信號處理和導(dǎo)航解算部分組成。射頻前端接收衛(wèi)星的射頻信號，經(jīng)前置放大器放大后，將信號下變頻為中頻信號；A／D轉(zhuǎn)換器采樣中頻信號，把模擬信號量化編碼為數(shù)字信號；基帶數(shù)字信號處理部分主要功能為；衛(wèi)星信號的二維捕獲、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)星接收機天線的地理位置，從而實現(xiàn)衛(wèi)星定位。當然這是比較成熟的設(shè)計方案，有許多的地方性能需要改進革新，還望能有更好的設(shè)計方案。

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