基于MAX3100和OLED的GPS定位系统设计

李利功

(国营第七八五厂，山西太原030024)

0 引言

在单片机应用系统中，串行数据通信通常采用芯片8251，但因8251的通信波特率不高，不能应用于晶振较高的系统，这就使得要求高运行速度、高速收发数据的系统无法应用8251芯片收发数据，而且8251需要有8253提供外部时钟信号。MAXIM公司推出的新型UART芯片MAX3100正好填补了这个空白。MAX3100支持高速通信，最高通信波特率可达230KBPS，低功耗，支持低电压，设计后系统体积小，比采用外部时钟8253设计的印制版尺寸的一半还小。而且能够使软件设计实现起来更可靠。

有机发光显示OLED是比液晶显示技术更为先进的新一代平板显示技术，是被业界公认为最具发展前景的下一代显示技术。有机发光显示OLED(Organic Light Emitting Display)与液晶显示技术相比，具有超轻薄、高亮度、广视角、自发光、响应速度快、适应温度范围宽、抗震强、功耗低、可实现柔软显示等优越性能，因此OLED屏正快速扩大其在便携式电子产品市场上的应用份额，能够应用于通讯、测绘、铁路以及兵器等野外恶劣环境。

1 主要工作原理

系统主要由AT89C52单片机、MAX3100通用异步收发器、GPS-OEM板、OLED显示屏等组成。AT89C52单片机通过MAX3100接收GPS-OEM板发出的NEMA语句，经过软件编程计算出定位信息(包括:纬度、经度、高度、速度、日期、时间、航向、卫星状况等)后，在OLED显示屏上显示出来。并且通过MAX3100将这些定位信息以RS232标准串口数据输出。系统电路原理图如图1所示。

2 单片机与GPS-OEM板之间的数据通信

单片机与 GPS-OEM板之间的数据通信，是通过MAX3100通用异步收发器来实现的，其中单片机震荡频率选用11.059 2 MHz。首先用MAX232电平转换芯片，来实现RS232电平与TTL电平的双向转换，因为GPS OEM板的串口电平是符合RS232标准的电平，而MAX3100采用的是TTL电平。

图1 电路原理图

MAX3100的DIN引脚为串行数据输入端，DOUT为串行数据输出端，串行时钟的上升沿锁存DIN数据，DOUT数据由串行时钟的下降沿同步输出。MAX3100的DIN和DOUT引脚的串行数据序列都是16位数据，其中DIN数据序列的前两位表征串的数据类型。当前两位是“1，1”时，表示写命令，当前两位是“0，0”时，表示读数据，当前两位是“1，0”时，表示写数据。

对MAX3100进行初始化配置，是单片机通过写命令序列来完成的。该命令序列包括奇偶校验位、数据位、停止位、波特率设置、数据字长度、校验FIFO、中断使能等信息。MAX3100具有自己的波特率发生器，其振荡器可以用频率为1.843 2 MHZ或3.686 4 MHZ的晶振。波特率由写命令序列的后4位B0～B3位决定的。

当单片机接收GPS OEM板的串口数据时，是通过读MAX3100数据序列来完成的，单片机从MAX3100读出数据时，需要在DIN写入一个16位的字(0000H)，再从DOUT读入16位的字，其中的高八位是:接收/发送缓冲区的状态，数据错/溢出状态，接收/校验位状态和CTS的状态，低八位才是接收到的GPS OEM板的串口数据。

当单片机发送最终的定位数据时，是通过向MAX3100写入数据序列来完成的，单片机向MAX3100写入数据时，在DIN写入的是一个16位的字，其中高八位设置的内容是:写入标志、允许TX输出、RTS引脚设定以及传送校验位设定。低八位才是要传送的数据。

3 OLED显示屏显示定位信息

显示模块显示屏为128列、64行，有1片行驱动器和2片列驱动器，其中行驱动器有64行输出，每片列驱动器有64路输出。只要提供电源就能产生驱动信号和同步信号，模块的外部信号仅与列驱动器有关。列驱动器内置64×64位显示存储器，显示屏上各像素点显示状态与显示存储器各位数据一一对应，显示存储器的数据直接作为图形显示的驱动信号，为“1”的时候显示，为“0”的时候不显示。系统中OLED显示屏显示纬度、经度、高度、速度、日期、时间、航向、卫星状况等定位信息。

4 软件设计

4.1 看门狗中断的应用

MAX706的6脚与7脚分别与AT89C52的P1.7与复位脚相连，在软件程序中，每隔一段程序插入一个看门狗计数器复位指令，这样，在程序运行过程中，如果进入死循环或非法代码区，就会使系统复位，保证系统正常运行。

4.2 延时处理

将所要发送的数据送入发送缓冲器时，由于MAX3100要等T=1时，发送缓冲器为空，才可以接收另一个需发送的数据，所以此时加入合适的延时，是非常必要的，可以保证所发数据准确无误。

4.3 建立字库

在实现OLED显示时，先将需要显示的汉字组成一个汉字库，英文字符或阿拉伯数字组成一个西文字库。

如汉字“效”字，设置宋体12号，对应的点阵为宽×高=16×16，用取模软件横向取模对应的32字节为:{0×10，0 ×20，0 ×08，0 ×30，0 ×08，0 ×20，0 ×7F，0 ×20，0 ×14，0 ×7E，0 ×12，0 ×44，0 ×21，0 ×C4，0 ×22，0 ×44，0 ×62，0 ×28，0 ×14，0 ×28，0 ×08，0 ×10，0 ×0C，0 ×10，0 ×12，0 ×28，0 ×20，0 ×CE，0 ×C3，0 ×04，0 ×00，0 ×00}。

阿拉伯数字“1”，设置宋体12号，对应的点阵为宽×高=8×16，用取模软件横向取模对应的16字节为:{0×00，0 ×00，0 ×00，0 ×10，0 ×70，0 ×10，0 ×10，0 ×10，0 ×10，0 ×10，0 ×10，0 ×10，0 ×10，0 ×7C，0 ×00，0 ×00}。

4.4 软件要点设计

软件设计的时候，有两部分关键设计，一是对串口接收到的GPS模块数据进行处理;二是将所需的定位信息在OLED显示屏上显示出来。软件流程图如图2所示。

在MAX3100中定义一个8位移位的子程序，C语言代码如下:

图2 软件流程图

这个子程序的任务就是通过对MAX3100的DIN和DOUT引脚进行8次移位操作，来完成两个任务，首先是接收部分，通过初始化配置后，经过RX接收GPS模块的NEMA语句，送入接收缓冲区。接下来是发送部分，接收SPI数据并进行发送缓冲，通过TX按异步串行发送出去。

接收NEMA语句时首先从行首标志“$”开始，在没有进一步处理之前，NEMA语句是一长串字节流，这些信息在经过分类提取之前是无法加以利用的，因此，必须通过软件程序将各个字段的信息从字节流中提取出来，将其转化成纬度、经度、高度、速度、日期、时间、航向、卫星状况等定位信息。其中接收NEMA语句的C语言代码如下:

在OLED显示屏上某一位置显示某一定位信息，是通过软件设置来完成的，其中Row代表所要显示位置的开始行，Column代表所要显示位置的开始列，a代表在已经建立的汉字库和西文字库中的序列号，C语言代码如下:

5 结束语

本系统结合MAX3100高效的异步收发通信优点，吸取了其功耗低、体积小、传输快以及OLED显示屏超轻薄、高亮度、广视角、自发光、响应速度快、适应温度范围宽、抗震强、功耗低等优点。设计开发出由电池供电的便携式GPS定位系统，已经成功应用到产品中，取得很好的效果。

［1］黄仁欣.GPS卫星导航定位原理与方法［M］.北京:清华大学出版社，2008.

［2］陈金鑫.OLED有机电致发光材料与器件［M］.北京:清华大学出版社，2007.