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基于C8051F021的定位和報警移動終端設(shè)計
摘要：C8051F021是美國Cygnal公司生產(chǎn)的單片機(jī)。具有雙串口、低功耗、高速度等優(yōu)點。本文以GSM的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，設(shè)計一種具有報警和定位的移動終端，并介紹該終端的結(jié)構(gòu)框圖、工作原理以及I/O配置和初始化程序。關(guān)鍵詞：C8051F021 GSM模塊 GPS模塊 移動終端 定位報警
引言
GSM網(wǎng)是目前移動通信體制中最成熟、最完善、應(yīng)用最廣的一種系統(tǒng)。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)作為GSM網(wǎng)絡(luò)的一種基本業(yè)務(wù)，已得到越來越多的系統(tǒng)運營商和開發(fā)商的重視，基于這種業(yè)務(wù)的各種應(yīng)用也蓬勃發(fā)展起來。以GSM網(wǎng)絡(luò)作為無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，可開發(fā)出多種前景極其樂觀的應(yīng)用，如無線遠(yuǎn)程檢測和控制、無線自動警報等。本文基于GSM的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)設(shè)計一種實時性比較強(qiáng)、數(shù)據(jù)率為9.6kbps的具有報警和定位的終端。
1 C8051F021簡述
C8051F021是集成在一塊芯片上的混合信號系統(tǒng)級單片機(jī)，芯片上有32位數(shù)字I/O端口（引腳），與標(biāo)準(zhǔn)8051的端口（P0～3）相同。C8051F021在功能上有所增強(qiáng)，每個I/O端口都可獨立地設(shè)置為推挽或開漏輸出和弱上拉，這為一些低功耗系統(tǒng)設(shè)計提供了節(jié)省電源的手段，而其最突出優(yōu)點就是改進(jìn)了可以控制片內(nèi)數(shù)字資源與外部I/O引腳相連的交叉開頭網(wǎng)絡(luò)。通過設(shè)置交叉開關(guān)控制寄存器，將人的數(shù)字資源輸入輸出配置為端口I/O引腳，這就允許用戶根據(jù)自己的特定應(yīng)用將通用I/O端口與所需數(shù)字資源相結(jié)合。C7051F021具有雙串口、多中斷源、低功耗、高速度、低電壓工作（3.3V）、高容量存儲器等特性，這些特性滿足本終端核心處理器的要求：低功耗、集成度高、可擴(kuò)展性好等。
2 終端結(jié)構(gòu)框圖
終端系統(tǒng)是由C8051F021單片機(jī)、GSM模塊、GPSOEM接收模塊、鍵盤和液晶顯示器組成，如圖1所示。C8051F021單片機(jī)是用來實時采集終端外圍設(shè)備數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)的處理；GSM模塊即GSM無線調(diào)制解調(diào)器，完成和GSM網(wǎng)的接續(xù)，負(fù)責(zé)通過串口接收來自單片機(jī)所采集到的數(shù)據(jù)，并以無線電磁波的形式發(fā)送，或接收來自遠(yuǎn)程計算機(jī)發(fā)來的信息并傳遞給單片機(jī)處理；GPSOEM的主要功能是接收衛(wèi)星發(fā)射導(dǎo)航電文的信號，并進(jìn)行碼測量或相位測量，然后根據(jù)導(dǎo)航電文提供的衛(wèi)星位置和時鐘差校正信息，計算GPS接收機(jī)的當(dāng)前位置，在單片機(jī)的控制下傳輸定位數(shù)據(jù)；鍵盤包括數(shù)字鍵和功能鍵，數(shù)字鍵用來設(shè)置呼叫遠(yuǎn)程主機(jī)的號碼，功能鍵具有相應(yīng)的報警功能如火警、匪警等和輔助功能；液晶顯示器用來顯示操作信息和提示信息。由于移動終端不需采集和存儲大量的數(shù)據(jù)，僅采集GPS-OEM模塊的導(dǎo)航數(shù)據(jù)、報警類型數(shù)據(jù)和存儲呼叫遠(yuǎn)程主機(jī)的號碼數(shù)據(jù)和系統(tǒng)程序，所以C8051F021自帶的存儲器容量即64KB+128 Flash和4KB+256B RAM已滿足本終端的需要，故不需擴(kuò)展外部存儲器。
3 工作原理
在終端中，由GPS-OEM模塊完成位置定位。GSM模塊完成與GSM網(wǎng)通信接續(xù)，用戶按鍵盤上的報警按鈕后，單片機(jī)通過串口實時讀取來自GPS-OEM發(fā)出的導(dǎo)航電文，從中提取經(jīng)度、緯度、速度、時間、航向定位數(shù)據(jù)，并和相應(yīng)的報警類型數(shù)據(jù)重新組合形成新的數(shù)據(jù)格式。同時，以ATD<號碼>指令進(jìn)行撥號在接，連接成功后通過所建立的數(shù)據(jù)鏈路實時傳輸數(shù)據(jù)，監(jiān)控中心計算機(jī)接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行經(jīng)緯度數(shù)據(jù)坐標(biāo)變換、誤差校正等處理，在電子在圖上實時顯示出當(dāng)前監(jiān)控的終端地理位置，并實時地跟蹤移動終端，并以聲光的形式提示工作人員，以便及時處理警情。移動終端也可隨時接來自監(jiān)控中心的控制命令，并依命令執(zhí)行相應(yīng)的動作。
4 終端I/O配置和初始化程序(范文先生網(wǎng)www.panasonaic.com收集整理)
由于本系統(tǒng)需要配置UART0、SMBus、UART1、INT0和INT1（8位），存儲器的工作模式為片內(nèi)方式。P1端口作為4×4鍵盤的接口，P2、P3口作為通用的I/O端口，其中INT0用作遠(yuǎn)程主機(jī)呼叫終端時的中斷處理，INT1用作鍵盤中斷處理。故C8051F021單片機(jī)的EMIF和I/O端口配置如下。
①設(shè)EMI的配置寄存器EMI0CF=0x00，因為本應(yīng)用無擴(kuò)展存儲器和存儲器映像的I/O設(shè)備，即存儲器工作模式為片內(nèi)方式；同時將EMIFLE（XBR2.5）設(shè)置為0，這樣P037、P0.6、P0.5的引腳將由交叉開關(guān)或端口鎖存器來決定，不被交叉開關(guān)忽略。
②按UART0EN=1、UART1EN=1、SMB0EN=1、INT0E=1、INT1E和EMIFLE=0設(shè)置XBR0、XBR1和XBR2為XBR0=0x05、XBR1=0x14、XBR2=0x04。
③配置P1端口為數(shù)字輸入模式，即P1MDIN=0xFF。P1端口低4位為鍵盤輸出，高4位為輸入，P1MDOUT=0x0FH(P1.0～P1.3為推挽方式，P1.4～P1.7為漏極開路方式)，P1|=0xF0。
④使能交叉開關(guān)，即XBARE=1，XBR2=0x44。因為EMIFLE=0，交叉開關(guān)譯碼器將不跳過P0.7、P0.6、P0.5引腳，所以按優(yōu)先權(quán)交叉開關(guān)譯碼表進(jìn)行分配。UART0具有最高優(yōu)先權(quán)，故P0.0分配給TX0、P0.1分配給RX0；SMBus的SDA、SCL分別分配在P0.2、P0.3引腳；UART1的TX1、RX1分別分配在P0.4、P0.5引腳；INT0分配在P0.6引腳；INT1分配在P0.7引腳。
⑤設(shè)置UART0的TX0引腳（TX0，P0.0）、UART1的TX1引腳（TX1、P0.4）為推換輸出方式，即P0MDOUT=0x11。RX0、SDA、SCL、RX1、INT0和INT1是由交叉開關(guān)分配輸入的，因此與其端口配置寄存器的值無關(guān)。
⑥P2、P3作為一般I/O端口初始化輸入狀態(tài)，即P2MDOUT=0x00、P2=0xFF和P3MDOUT=0x00、P3=0xFF。
引腳分配如表1所列。
表1 單片機(jī)引腳分配
初始化程序如下：
void System_init(){
WDTCN=0xdeh; //禁止看門狗
WDTCN=0xadh；
EMI0CF=0x00；
XBR0=0x05; //使能UART0、SMBus
XBR1=0x14; //使能UART1，使能交叉開關(guān)和弱上拉，禁止外部寄存器低端口ALE、WR、RD由交叉開關(guān)寄存器或地址鎖存器決定I/O端口配置
P0MDOUT=0x11; //TX0、TX1為推挽輸出，RX0、SDA、SCL、RX1、INT0和INT1是由交叉開關(guān)分配輸入的，因此與其端口配置寄存器的值無關(guān)
P2MDOUT.0=0x0； //把P2.0位初始化為輸入方式，用作LCD的命令/數(shù)據(jù)的辨別
P2.0=1；
//初始化為4×4鍵盤接口
P1MDIN=0xFFH; //配置P1端口為數(shù)字輸入模式
P1MDOUT=0x0FH； //配置P1.0～P1.3為推挽方式，P1.4～P1.7為漏極開路方式
P1|=0xF0; //P1端口低4位為輸出，高4位為輸入
P3MDOUT=0x00； //將P3口設(shè)置為輸入方式
P3=0xFF；
IE=0x85; //使能INT0、INT1并按默認(rèn)的優(yōu)先權(quán)進(jìn)行切換
}
；UART0初始化函數(shù)；定時器1為UART0波特率源
void UART0_init(){
SCON0=0x50; //UART工作模式為1，8位數(shù)據(jù)位，使能RX
TMOD=0x20； //定時器1工作模式2，8位自動重載
TH1=-(SYSCLK/9600/16);//按波特率設(shè)置定時器1的重載值
TL1=TH1; //設(shè)置定時器1的初始值
CKCON|=0x10； //使用系統(tǒng)時鐘SYSCLK作為時基
PCON|=0x80; //SCOD0=1
TR1=1; //啟動定時器1
}
;UART1初始化函數(shù)；配置定時器4為串口波特率源
void UART1_Init(void){
SCON1=0x50; //SCON1：模式1，8位UART，使能RX
T4CON=0x30; //停止定時器；清除中斷標(biāo)示；使能UART波特率模式
RCAP4=-(SYSCLK/9600/32);//按波特率設(shè)置定時器T4重載值
T4=RCAP4; //給定時器4賦初值
T4CON|=0x04; //（TR4=1）啟動定時器4
TI1=1; //清除HW_UART接收和發(fā)送中斷
}
;SMBus初始化函數(shù)
void SMBus_init(){
SMB0CN=0x04h; //配置SMBus在應(yīng)答周期發(fā)送確認(rèn)ACK
SMBOCR=0x60; //時鐘速率大約10μs，根據(jù)SMBOCR公式計算
SMB0CN|=0x40h; //使能SMBus
}
6 總結(jié)
該該端具有功耗低、集成度高、數(shù)據(jù)處理速度快以及數(shù)據(jù)通信實時性強(qiáng)等特點，可廣泛應(yīng)用于個人、出租車和長途車輛的定位和報警。由于其利用GSM網(wǎng)的電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)通信，其通信費用相對比較高。
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