基于TI MSPM0G3507多功能GPS测速仪系统开发设计

1   项目背景及构想

GPS应用无处不在，比如汽车导航应用，应急救灾，各种app 的LBS（基于位置的服务），给我们生活带来各种便利。可以说，没有GPS，我们寸步难行，尤其是目前很火的自动驾驶。结合自己工作主要也是和车联网V2X 相关，但是对GPS 的了解也只百度百科的认识程度，一直想做一个小东西，来进一步了解GPS 模块的相关特点。另外在有时候骑共享单车时候，总会听到有语音提示，想到如果自己实现的话，可以采用什么样的方案呢？

所以就有了这个项目的构想，即要结合GPS，又要有语音模块，主要结合这两方面来构想产品的功能。

主要解决的问题是：通过解析GPS 数据，获取速度，及低成本的语音提示功能的实现。

项目的亮点：TI 芯片低成本的语音提示功能的实现。

2   实现的主要功能

这个项目利用GPS 模块开发一款多功能测速仪，主要实现以下功能：

(1)按键切换室内模式和户外模式

(2)户外模式使用GPS 同步时间

(3)使用GPS 模块输出的经纬度等信息计算速度

(4)使用地磁传感器通过LCD显示电子罗盘方向角

(5)室内模式实现时钟和定时器功能

(6)使用喇叭播放自定义报警音

3   系统架构图和流程图

流程图：

4   硬件选型

MCU

LP-MSPM0G3507 LaunchPad™ 开发套件是基于MSPM0G3507 的易用型评估模块（EVM），具有128 KB闪存、32 KB SRAM、2 个12 位4 Msps ADC、DAC、3 个COMP、3 个运算放大器、CAN-FD、MATHACL 的80MHz Arm M0 + MCU。

该板包含三个按钮、两个LED（其中一个是RGBLED）以及模拟温度传感器和光传感器，还有一个外部缓冲器，用于显示4 MSPS 时的高速ADC 性能。

特性

外部环境光传感器

RGB 显示PWM 控制

用于显示4 MHz 高速ADC 的外部缓冲器

外部温度传感器

一个词形容：就是精美！

GPS 模块

GPS 北斗双模导航定位模块ATGM336HATGM336H-5N 系列模块是9.7×10.1 尺寸的高性能BDS/GNSS 全星座定位导航模块系列的总称，该系列模块都是基于中科微第四代采用完全自主知识产权的低功耗GNSS SOC 芯片一AT6558，支持多种卫星导航系统，包括中国的BDS（北斗卫星导航系统），美国的GPS，俄罗斯的GLONASS，欧盟的GALILEO， 日本的QZSS 以及卫星增强系统SBAS（WAAS, EGNOS,GAGANMSAS）。ATGM336H 是一款真正意义的六合一多模卫星导航模块，包含32 个跟踪通道可以同时接收六个卫星导航系统的GNSS 信号，并且实现联合定位、导航与授时。具有高灵敏度、低功耗、低成本等优势，适用于车载定位与导航和手持或可穿藏设备，可以直接替换U-bloxMAX 系列模块。

LCD

矽创电子Sitronix TFT（Thin Film Transistor）即薄膜场效应晶体管属于有源矩阵液晶显示器中的一种。TFT 液晶显示屏的特点是亮度好、对比度高、层次感强、颜色鲜艳，但也存在着比较耗电和成本较高的不足SPI 接口。

地磁传感器

HMC5883L 是一款高集成的弱磁传感器芯片，带有能使罗盘精度控制在 1° ~ 2°的模数转换器。其灵敏度较高，开发难度不高。

喇叭

5   硬件资源占用及引脚分配

6   整体硬件连接图

7   软件模块开发

LCD模块

ST7735S LCD模块使用的是SPI驱动，主要通过选择命令引脚还是数据引脚，来进行控制电以后初始化进行屏幕相关的配置，显示字符数字就是在指定的位置进行填充来实现。

软件配置：

软件处理

最核心的就是画点，这里为什么写入是16 位的数据？涉及到颜色的编码，像素。RGB 565 16 bit/Pixel 。主要注意的地方：时序。可以通过逻辑分析仪查看发送的数据的时序。

LCD实测效果：

GPS模块

主要功能：

MCU主通过串口中断接收GPS 模块发过来的NMEA协议数据，进行解析，获取经纬度及速度数据，时间数据。波特率为9600。

NMEA协议简介

NMEA协议是为了在不同的GPS（全球定位系统）导航设备中建立统一的BTCM（海事无线电技术委员会）标准，由美国国家海洋电子协会（NMEA-The National Marine Electronics Associa-tion）制定的一套通讯协议。GPS接收机根据NMEA-0183 协议的标准规范，将位置、速度等信息通过串口传送到PC 机、PDA等设备。

NMEA-0183协议是GPS接收机应当遵守的标准协议，也是目前GPS 接收机上使用最广泛的协议，大多数常见的GPS接收机、GPS数据处理软件、导航软件都遵守或者至少兼容这个协议。

NMEA-0183协议定义的语句非常多，但是常用的或者说兼容性最广的语句只有$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL 等。

Global Positioning System Fix Data（GGA）：GPS 定位信息

GPS DOP and Active Satellites（GSA）：当前卫星信息

GPS Satellites in View（GSV）：可见卫星信息

Recommended Minimum Specific GPS/TRANSITData（RMC）：推荐定位信息

下面给出这些常用NMEA-0183 语句的字段定义解释。

数据格式如下：

$GPRMC,014600.00,A,2237.496474,N,11356.089515,

E,0.0,225.5,310518,2.3,W,A*23

field 0：$GPRMC，格式ID，表示该格式为建议的最低特定GPS/TRANSIT 数据（RMC）推荐最低定位信息

field 1：UTC 时间，格式hhmmss.ssss，代表时分秒. 毫秒

field 2：状态A：代表定位成功 V：代表定位失败

field 3：纬度ddmm.mmmmmm 度格式（如果前导位数不足，则用0填充）

field 4：纬度N（北纬） S（南纬）

field 5：经度dddmm.mmmmmm 度格式（如果前导位数不足，则用0填充）

field 6：经度E（东经） W（西经）

field 7：速度（也为1.852 km / h）

field 8：方位角，度（二维方向，等效于二维罗盘）

field 9：UTC 日期DDMMYY 天月年

field 10：磁偏角（000 -180）度，如果前导位数不足，则用0 填充）

field 11：磁偏角方向E = 东 W = 西

field 12： 模式，A = 自动，D = 差分，E = 估计，

AND = 无效数据（3.0 协议内容）

fi eld 13：校验和

UART软件配置

软件处理

主要是在中断中处理识别关键字符, 然后进行字符串，解析处理。

GPS实测效果

地磁模块

地磁传感器HMC5883L通过I2C接口访问，初始化通过配置寄存器，然后读取X Y Z，三个坐标轴，进行后续的换算显示。

I2C时序

软件配置：

注：配置速率100 KHz

软件处理：

注：主要是读6个寄存器数据，而提供的api非常简单易用

地磁传感器实测效果

语音模块

一般地，用蜂鸣器滴滴两声就达到效果，这里我们要实现自定义语音播放，所以用到DAC 模块。

原理是：将准备的wav 语音数据，使用GoldWave语音剪辑软件将数据尽量压缩成单声道采样率8 K，8 bit 数据，这样可以保证1 s 音频数据占用8 K 存储空间，以节省空间。

关于播放，直接使用DAC，按8 K 的频率读取数据放到DAC 输出就可以。

软件配置

注：使能DMA，设置分辨率为8 位，采样率为8 kSPS软件处理

这里其实首先需要将WAV 格式的音频数据，提取出来生成const 的数组，这样就会存储在fl ash，不占用ram 空间。这部分处理，采用python 做个小工具，方便后续可以直接方便使用。

直接使用DMA设置源数据地址，及目的地址DAC输出。非常简单实现自定义音频数据播放

8   总结

1.TI 芯片如何帮助我快速完成这个项目？

其实项目的功能总体并不复杂，遇到的第一个困难主要就是常用外设驱动的再熟悉，项目主要就是一些常用外设的使用，由于TI 的资料例子文档很丰富，上手非常的快，方便快速验证功能，而不是花费时间在熟悉芯片寄存器等芯片问题上。没有让芯片成为项目的一个卡点一个问题点，一句话，就是没有在芯片上踩坑，节省了时间。

尤其是syscfg 驱动配置工具的使用，就是一个神器，只要配置好相关功能，就再也不发愁驱动的编写和测试，极大方便应用程序的开发。

还有一个困难就是语音模块实现方案，原来只是有个思考，但具体实现一直不成功，喇叭一直没有声音，在这里，帮助最大的是TI 文档中心里面的一篇：《基于MSPM0 的医用警报设计》，参考这个然后实现了低成本语音模块。

2.对新手建议

新手入门TI M0 芯片最快的方式还是跑官方提供的例子，使用配套IDE，Code ComposerStudio 熟悉配置，申请使用官方的评估版来快速入门外设驱动。

还有就是加入官方的微信群有问题及时和网友交流，会有TI 的FAE 及热心网友出谋划策，方便问题的解决。

（本文来源于《EEPW》202503）