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1、ARM嵌入式仪表设计基础课程论文题目名称：基于ＡＲＭ核的ＧＰＳ接收机的设计学院名称：专业：姓名：学号：联系电话：填表日期：11沈阳理工大学制【摘要】介绍了GPS接收机的原理以及一款GPS接收机的实际设计。该GPS接收机采用Zarlink公司生产的GP2015芯片作为接收机的射频前端,内嵌ARM7核的GP4020芯片作为接收机的数字基带处理器,并阐述了外围扩展电路及软件设计。该GPS接收机消除了以往处理器数据处理的瓶颈效应,体积小,功耗低。【关键词】GPS接收机;GP2015芯片;ARM技术;GP4020芯片11目录
2、1.引言３2.GPS接收机的基本组成３3GPS接收机的硬件设计３3.1信号接收单元４3.2射频前段４3.3信号通道及应用处理单元６3.4存储模块及通信接口７4.GPS接收机的软件设计８115.小结８6.参考文献９111引言作为一种成熟的卫星导航系统,GPS(全球定位系统)技术已被应用在各行各中GPS接收机作为GPS系统中的用户部分,一直是国内外一些公司和研究机构的研发对象。国内许多GPS应用项目目前还需依赖国外OEM产品的进口,同时受到采用的微处理器处理速度的限制,设计的GPS接收机的实时性能和定位精度不高。笔者介
3、绍了一种GPS接收机的整机设计方案,该方案采用Zarlink公司生产的GP2015和GP4020芯片。其中GP2015芯片作为接收机的射频前端，内嵌ARM7核的GP4020芯片作为接收机的数字基带处理器。ARM微处理器具有性能高、功耗低的特点。2GPS接收机的基本组成从功能上看,可以将目前的GPS接收机分为以下3个级联的模块:1)RF前端:完成从射频信号的接收到中频的数字化输出;2)数字跟踪与处理:完成从数字中频信号输入到导航电文、伪距、伪距率的输出;3)导航计算部分:完成从导航电文、伪距、伪距率到接收机位置、速度
4、和时间等的计算。3GPS接收机的硬件设计图1为典型的GPS接收机原理图。11图1GPS接收机原理图3.1信号接收单元信号接收单元的主要功能是接收来自卫星的导航信号。它主要由天线和低噪声放大器组成:天线的作用是将GPS卫星信号极微弱的电磁波能量转化为相应的电流(当弱达2.7×10-21~2.8×10-21W/m2·Hz的GPS卫星信号到达接收天线时,天线能将其转化为相同变化规律的电流);而前置放大器则是将GPS卫星信号电流予以放大。对GPS接收机天线的主要技术要求是:接收频率为1575.42MHz的信号;天线辐射方向
5、应能保证全向接收来自空中的右旋圆极化电波;电线馈线的阻抗应为50Ω。为保证GPS接收机的灵敏度,将GPS接收机天线与低噪声前置放大器做成一体,使天线输出端至低噪声放大器之间的连线尽量缩短,以降低馈线损耗。3.2射频前端射频前端(Front-end)即信号变频(Down-Converter)模块,其中的基准频率振荡源为GPS接收机提供时间和频率基准,其输出通往频率合成器,产生本振频率与系统时钟信号,然后用一个或多个本振频率信号与射频信号进行混频,完成射频信号到中频信号的变换,同时将中频信号放大并进行模数转换,再通过抽
6、样频率对该中频信号进行抽样,以便后续数字化处理。本设计中射频前端主要由Zarlink公司生产的GP2015芯片及外围滤波电路构成,图2为内部功能框图。11图2GP2015内部功能框图GP2015的输入信号自天线下行,经前置放大器滤波、放大后的GPS卫星信号(L1,1575.42MHz)与锁相环频率合成器产生的第一本振信号(1.4GHz)混频,经过滤波得到差频信号(175.42MHz)。该信号与第二本振信号(140MHz)混频,经过声表面波滤波器中心频率选择得到差频信号(35.42MHz)。该信号随后进入中频信号主放
7、大器,这一部分由两个AGC放大器和三级混频器组成,信号首先经过AGC放大,然后与第三本振信号(31.11MHz)混频,经过低通滤波器选出中频信号(4.309MHz)。该中频信号随后进入ADC进行量化,把模拟信号转换为二位数字信号——符号和模(SIGN和MAG),分别表示输出信号的极性和幅度值,它们同来自于中频模拟信号通过比较器比较之后实时输出的比较结果。比较结果的输出被相关器提供的时钟信号(5.714MHz)锁定,锁定后使4.309MHz的信号变频到1.405MHz的数字信号,该数字信号被输出至相关器等待进一步处理
8、。射频前端及外围滤波电路的设计分别如图3和图4所示。11图3射频前端及晶振电路的设计图4GPS接收机外围滤波电路的设计11经实验验证,本设计的外围滤波电路,能够滤除混频输出的绝大多数的本振和射频信号,但是这一部分的PCB制版图的元件布局要求非常严格。元件布局不合理,就有可能产生寄生振荡现象。出于同样的原因,电路的布线也需要精心安排,设计时考虑在这一部分滤波器
