1 引言

GPS是"Global Positioning System"，即"全球定位系統"的簡稱。GPS系統具有定位精度高、全天候、實時性、測站無須通視、使用方便等優點，并且所有結果均通過數字形式來實現，便于數字化管理，因而已被廣泛用于社會生活的各個領域，如工程、交通、氣象、國防、水利、環保、安全保衛、定時等。目前，GPS的應用已進入與定位有關的領域，并獲得了巨大的經濟效益和社會效益。我國從肋年代起開始引進GPS接收機及其技術，目前GPS也在我國得到了全面廣泛地應用。 GPS的作用是晝夜不停地發送導航定位信息，以在地球的任何地方和任何時間實現定位。這其中最重要的設備就是用戶接收機。GPS接收機是被動式全天候系統，對信號只收不發，故不受衛星系統和地面控制系統的控制，用戶數量也不受限制。GPS接收機可以按照不同的要求進行分類，但總起來說，可分兩大類：導航型和測地型。

導航型接收機結構簡單、體積小、耗電省、價格便宜。一般采用單頻C／A碼偽碼接收技術，定位精度幾十米，可用于航空、航海和陸地的實時導航。本文將介紹一種基于iTrax02的GPS接收機模塊和聯想公司手持式設備PDA一起實現導航定位的系統。該方法硬件設計簡單，精度高，功耗低，能滿足實時定位要求。

2 iTrax02GPS接收機的性能特點

iTrax02GPS接收機模塊是芬蘭FastraX公司生產的超低功耗、小體積接收機模塊，適宜于便攜式、手提式設備，它只需要連接簡單的外圍電路即可工作，而且占用空間小，工作時間長。iTrax02GPS接收機模塊的內部結構框圖如圖1所示。iTrax02接收模塊共有40個管腳。各管腳功能見表1所列。

iTrax02GPS接收機模塊的主要性能特點如下：

極小的PCB封裝體積(26mm×26mm×4．7mm包括射頻部分和模塊系統對外接口)；

超低功耗，在連續工作狀態下為100mW@2．7V；

是一種12信道的并行接收機；

集成有20腳QLP封裝的射頻前端芯片UN8021和144腳BGA封裝的基帶處
理器芯片UN8031；

采用0．35UCMOS技術的標準ASIS(Application Specific Integrated System)結構；

具有極快的信號獲取專門搜索引擎；

獨有的超低功耗，以及32MIPS集成的16比特DSP核；

實時操作系統控制(VSDSP ROTOS)類似于RISC的編程；

帶有通用的小型系統連接器(包括射頻和I／0口)；

具有片內存儲器(X／Y數據和程序SRAM)；

自帶低功耗實時時鐘；

具有16比特通用輸入輸出口(GPIO)以及2個通用異步收發報機口(UART)，同時具有SPI總線接口；

采用雙脈沖檢測輸入。

3 iTrax02 CPS接收機的接口信號

3．1 SPI接口

對iTrax02 GPS接收機來說，其SPI接口主要有兩個作用：第一是通過外部的EEPROM來啟動接收機，第二是控制射頻前端芯片UN8021。對iTrax02來說，基帶處理芯片UN8031永遠是主設備，其它的有SPI接口的設備永遠是從設備。

當通過外部的EEPROM來啟動接收機時，其數據或命令時序如圖2所示。

3．2 UART接口

iTrax02接收機芯片帶有兩個UART接口，這兩個接口可支持不同的協議，且均可用于串行通信。UART 0口支持FastraX公司自行開發的iTALK協議，其數據率為115．2kbps；UART l口則支持通用的無線電NMEA協議，它的數據率為4．8kbps。iTrax02接收芯片的早期版本支持iTALK協議，新的版本則統一改為支持NMEA協議。

3．3 GPIO接口信號

iTrax02與外部接口中有一個16bit的GPIO口，每一個GPIO信號都可以編程產生中斷。一些GPIO接口信號是iTrax02GPS接收機內部的保留信號管腳，其中內留的GPl014和GPl015可用于啟動方式的選擇，具體用法如表2所列。

iTrax02GPS接收機的缺省啟動方式是從內部的FLASH啟動，其它的啟動方式可以通過對外部的相應配置來選擇。GPl013用來控制內部LNA的開啟，GPl012用來控制內部FLASH的開啟，GPl011則用來接收外部的喚醒信號，引腳電平由1到0或由0到1的跳變均可作為喚醒命令。

4 iTrax02 GPS接收機的應用電路

要使iTrax02GPS模塊正常工作，其外部天線、Reset及供電電路是必不可少的。其天線的接人和外圍相關引腳的連接見圖3所示。請注意：無源天線和有源天線只接其中之一即可。

4．1 供電設置

為了讓接收達到最好的效果，對iTrax02射頻部分和基帶部分要分開供電，圖4是供電部分的參考電路，DC-DC芯片可選用TI公司的TPS77127DGK和TPS77027，這兩個電源芯片均可將5V電壓轉換為穩定的2．7V電壓，并可滿足iTrax02的低功耗要求。用TPS77127DGK的另一個好處是可以提供一個RESET復位信號，此RESET信號和電源上電之間最少有200ms的延遲，因此，完全可以滿足iTrax02GPS接收機對復位信號的要求，這樣就大大簡化了電路。有關TPS77127DGK和TPS77027的詳細情況可參閱其它相關資料。

4．2典型應用

圖5所示是該GPS接收機的硬件系統連接框圖，它在上電復位后，iTrax02GPS接收機即可開始正常工作，并可通過UART0發送數據，當PDA接收到數據后，即可根據iTALK協議將有用數據解析出來，以獲取定位信息。

4．3設計要點

在設計PCB板時，要考慮到接收模塊和天線之間的阻抗匹配問題。在PCB板上，推薦在無源天線和接口之間接一個50Ω的PCB帶狀線，這個50Ω的帶狀線的寬度依靠PCB板的材料和厚度而定，對于FR4板材(約1．5GHz)而言，其帶狀線的寬度應是板厚的2倍。如板厚是0．8mm，那么帶狀線的寬度應是1．6mm，依此類推。

實際上，同樣也可以在iTrax02GPS接收機的38腳V_ANTENNA上外接有源天線，有源天線的電壓依所用的天線類型而定，但供應電流最大不能超過100mA。

5 軟件實現方法

手持式PDA是聯想公司的XP天璣100，它所采用的操作系統是Windows CE。Windows CE是32位的多線程操作系統，是一種能夠使用各種設備的開放性體系，它整體緊湊，在小內存的情況下可提高性能，并具有伸縮性，能夠支持未來的嵌入式移動或多媒體產品的發展潮流。它是微軟公司的新產品，是基于掌上型電腦類電子設備的操作系統，同時也是一個搶先式多任務并具有強大通信能力的嵌入式操作系統。

iTrax02接收模塊能夠支持兩種協議。筆者在Windows CE的軟件平臺上開發的可支持iTALK協議(或NMEA協議)的軟件基本流程如圖6所示。

6 結束語

通過將本GPS接收機模塊用于車載導航系統的具體實踐證明：該模塊可有效解決功耗問題，而且操作方便，定位及時準確，所占空間小，效果良好。