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基于SOPC的GPS无线定位终端设计与实现

2020-12-15阅读(451)

基于SOPC的GPS无线定位终端设计与实现

论文摘要

随着微电子技术和空间大地测量技术的发展,其为地理信息系统带来了无穷的活力,近些年来,由于全球定位系统(GPS)能够提供位置、速度、时间等信息,使其应用越来越广泛,已经涉及到国民经济的各个领域。嵌入式系统具有广阔的科技前沿和应用前景,已成为继个人电脑和互联网以后最为重要的发明之一。然而,将GPS以及最近发展起来的SOPC(System on Programmable Chip,可编程片上系统)嵌入式等技术集成到一块芯片上来实现目标的实时定位,即用大规模可编程器件的FPGA来实现SOC的功能,完成嵌入式定位系统的设计与实现,有着极大的开发应用前景。本课题主要是研究一种基于NiosⅡ软核处理器的GPS定位系统的设计与实现方法。论文研制基于标准型CPU核(Nios II/S)嵌入式架构的GPS定位系统,重点研究和设计基于NiosⅡ嵌入式软核处理器为核心的电路系统,并且根据嵌入式硬件系统在SOPC_Builder下定制外设组件及有关的IP核,并在NiosⅡIDE9.0(NiosⅡ集成开发环境)下进行软件开发设计按键中断模块、MotorolaM12GPS接收模块及控制命令发送模块、液晶显示驱动模块的实时定位显示系统。无线定位终端系统采用NiosⅡ嵌入式软核的FPGA作为信息处理和控制核心,用于完成对GPS数据、控制命令等数据的处理以及各模块的控制功能,其开发效率与可靠性都很高,结构紧凑、资源占用少；采用了具有高可靠性和具有定位精度的Motorola Oncore系列M12模块采集GPS数据,在恶劣的天气条件下和复杂交通环境下能够保证有良好的观测信号。此外整个设计都采用自顶向下的设计模式,其设计流程具备包括处理器在内的完整的软硬件协同设计和验证手段,使设计者从以往繁琐的设计细节中解脱出来,及大地缩短了设计周期和节约了开发成本。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 国内外研究现状及发展趋势
  • 1.2 课题意义
  • 1.3 论文的主要内容及创新点
  • 1.4 论文结构安排
  • 第二章 全球定位系统原理及GPS数据转换
  • 2.1 GPS全球卫星定位系统原理
  • 2.2 GPS接收模块
  • 2.3 开发器与GPS天线
  • 2.4 GPS数据接收转换与实现
  • 第三章 SOPC硬件系统开发
  • 3.1 硬件总体设计方案
  • 3.2 NIOSⅡ软核系统及组件
  • 3.2.1 NIOSⅡ软核嵌入式处理器
  • 3.2.2 AVALON SWITCH FABRIC
  • 3.2.3 外围设备
  • 3.3 硬件系统需求分析
  • 3.4 建立硬件系统
  • 3.4.1 创建QUARTUSⅡ工程
  • 3.4.2 创建SOPC BUILDER NIOSⅡ系统模块
  • 3.4.3 生成NIOSⅡ系统
  • 3.5 系统复位电路设计
  • 3.6 锁相环电路设计及相移计算推导
  • 3.7 硬件系统集成与设计
  • 第四章 NIOSⅡ系统软件总体设计
  • 4.1 SOPC软件开发环境及流程
  • 4.2 硬件抽象层（HAL）系统库
  • 4.2.1 HAL的构成
  • 4.2.2 使用HAL开发应用程序
  • 4.3 NIOSⅡIDE中断编程
  • 4.3.1 NIOSⅡIDE按键中断
  • 4.3.2 NIOSⅡUART编程
  • 4.4 LCD12864驱动程序编写
  • 4.4.1 液晶控制器接口信号
  • 4.4.2 液晶显示器的驱动和初始化程序
  • 4.4.3 NIOSⅡ系统下的LCD12864的字符显示
  • 4.5 GPS信息显示及功能设计
  • 4.6 系统软件总体设计
  • 第五章 系统定位结果测试及展望
  • 5.1 系统定位测试结果
  • 5.2 结论与展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文

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