一种基于嵌入式WindowsCE的GPS数据导航系统设计

摘要：通过对FastraX公司生产的超低功耗iTrax02 GPS接收机模块的分析，介绍将GPS接收机和联想手持式PDA结合进行空间定位的硬件实现和软件设计方法。该系统体积小、功耗低，能快速、精确的对所处空间进行定位。 关键词：GPS接收机 定位PDA

引言

GPS是“Global Positioning System”，即“全球定位系统”的简称。GPS系统具有定位精度高、全天候、实时性、测站无须通视、使用方便等优点，并且所有结果均通过数据来实现，便于数字化管理。所以GPS已被广泛用于社会生活的各个领域，如工程、交通、气象、国防、水利、环保、安全保卫、定时等。

自1994年美国全球定位系统(GPS)全部建成并投入运行以来。这一技术在短短的四年中，发展极为迅速。各种档次和型号的接收机应运而生，并投放市场。 GPS的应用也进入与定位有关的领域，获得了巨大的经济效益和社会效益。我国从20世纪80年代起开始引进GPS接收机及其技术，目前GPS在我国也得到了全面广泛地应用。 GPS全部建成以后，它将昼夜不停地发送导航定位信息，在地球的任何地方和任何时间实现定位，其中最重要的设备就是用户接收机。GPS接收机是被动式全天候系统，只收不发信号，故不受卫星系统和地面控制系统的控制，用户数量也不受限制。GPS接收可以按照不同的要求进行分类，但总体来说分两大类：导航型和测地型。 导航型接收机结构简单、体积小、精度低、耗电省、价格便宜。一般采用单频C/A码伪码接收技术，定位精度几十米，常用于航空、航海和陆地的实时导航中。

1 iTrax02 GPS接收机的性能特点

iTrax02 GPS接收机模块是芬兰FastraX公司生产 的超低功耗、极小体积的接收机模块。它适宜于便携式、手提式设备，只要求简单的外围电路，占用空间小，工件时间长。iTrax02 GPS接收机模块的内部结构框图如图1所示。其主要性能特点如下： *极小的PCB封装体积(26mm%26;#215;26mm%26;#215;4.7mm，包括射频部分和模块系统对外接口); *超低功率损耗，在连续工作状态下100mW@2.7V; *12信道并行接收机; *集成了20针QLP封装的射频前端芯片UN8021和144针BGA封装的基带处理芯片NU8031; *0.35Ucmos技术的标准ASIS(Application Specific Integrated System)结构; *极快信号获取的专门搜索引擎; 图3 *独有的、超低功耗、32MIPS、集成的16位DSP核; *实时操作系统控制(VSDSP RTOS)下类似于RISC的应用编程; *通用小型系统连接器(包括射频和I/O口); *片上存储器(X/Y数据和程序SRAM); *低功耗实时时钟; *16位通用输入输出口(GPIO)，2个通用异步收发器(UART)，拥有SPI总线接口; *双脉冲检测输入。 iTrax02接收模块共有40个引脚。

2 iTrax02 GPS接收机的接口信号

2.1 SPI接口 对iTrax02 GPS接收机来说，提供的SPI接口主要用于两个目的：①可用于通过外部的EEPROM来启动接收机;②控制射频前端芯片uN8021。对iTrax02 来说，基带处理芯片uN8031永远是主设备，而其它有SPI接口的设备永远是从设备。 当通过外部的EEPROM来启动接收机时，实际数据或命令的时序关系如图2所示。 2.2 UART接口 iTrax02接收芯片带有2个UART接口，这2个接口支持不同的协议，均可用于串行通信。UART0口支持FastraX公司自行开发的iTALK协议，数据率是115.2kbps;UART1口支持通用的无线电NMEA协议，数据率是4.8kbps。iTrax02接收芯片是早期版本支持iTALK 协议，新的版本统一改为支持NMEA协议。 2.3 GPIO接口信号

与外部接口有一个16bit的GPIO口可用，每一个GPIO信号都可以编程产生中断。一些GPIO接口信号是iTrax02 GPS接收机内部保留信号引脚，GPIO14和GPIO15内部保留用于启动方式的选择。 iTrax02 GPS接收机缺省启动方式是从内部的Flash启动，其它的启动方式可以通过对外部的相应配置来选择。GPIO13保留，用来控制内部LNA的开启;GPIO12保留，用来控制内部Flash的开启，GPIO11保留，用来接收外部的唤醒信号。引脚电平由1到0或由0到1来作为唤醒命令。

3 iTrax02 GPS接收机的应用电路

要使iTrax02 GPS模块正常工作，外部天线、Reset及供电电路也是必不可少的。而其天线的接入和与外围相关引脚的连接如图3所示。请注意：无源天线和有源天线只接其中之一即可。

3.1 供电设置 对iTrax02芯片来说，为让接收达到最后的结果，对射频部分和基带部分要分开供电，图4是供电部分的参考电路。DC-DC电源片用的是TI公司的TPS77127DGK和TPS77027，这2个电源片均可将5V转换为稳定的2.7V，满足iTrax02的低轼耗要求。在这里，用PS77127DGK还有一个好处就是可以提供RESET信号。此RES