關(guān)于單片機(jī)的GPS定位系統(tǒng)

1、四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計(jì)報(bào)告前 言隨著時(shí)代的發(fā)展，先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)給人們的生活帶來了翻天覆地的變化。各種各樣的智能化產(chǎn)品層出不窮，推動(dòng)著社會(huì)的進(jìn)步。全球定位系統(tǒng)GPS是美國(guó)從20世紀(jì)70年代開始研制，在1994年建成，以接收導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)為基礎(chǔ)的非自主式導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，它以全球性、全能性、全天候性、連續(xù)實(shí)時(shí)高精度的實(shí)時(shí)時(shí)間、三維位置、三維速度為人們的生活帶來了方便。隨著全球定位技術(shù)的不斷改進(jìn)和完善，它的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)不斷地?cái)U(kuò)大，必將成為信息時(shí)代不可缺少的一部分。在我們的生活中GPS定位系統(tǒng)給我們帶來了便利，如車載GPS導(dǎo)航儀、GPS手持設(shè)備、GPS/GPRS遠(yuǎn)程終端控制設(shè)備等，但是他們

2、的價(jià)格比較昂貴。本設(shè)計(jì)使用低功耗的AT89S52單片機(jī)、GPS衛(wèi)星定位模塊和LCD12864液晶顯示模塊來實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS定位信息的計(jì)算和顯示。GPS信息主要有GPGSV（可見衛(wèi)星信息）、GPGLL（地理定位信息）、GPRMC（推薦最小定位信息）、GPVTG（地面速度信息）、GPGGA（GPS定位信息）和GPGSA（當(dāng)前衛(wèi)星信息）。在設(shè)計(jì)中我用軟件只對(duì)GPRMC（最小定位信息）和GPGGA（GPS定位信息）進(jìn)行了解析，并將解析后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成字符，通過LCD12864顯示日期、時(shí)間、經(jīng)度、緯度、航向、速度和海拔高度等衛(wèi)星信息。本設(shè)計(jì)思路清晰、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、性價(jià)比高，對(duì)研究GPS定位系統(tǒng)二次開發(fā)有重要作用

3、。1.總體設(shè)計(jì)方案1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖本設(shè)計(jì)主要由電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、串口通信電路、GPS接收模塊、LCD12864顯示電路組成。電源電路為系統(tǒng)提供電源，復(fù)位電路用于單片機(jī)的初始化操作，時(shí)鐘電路用于是單片機(jī)工作在統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖。GPS接收模塊由GPS接收電路和GPS接收天線組成。GPS接收機(jī)用于接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，并將接收到的信息通過串口通信方式發(fā)送到單片機(jī)中。單片機(jī)通過軟件程序?qū)邮盏降腉PS定位信息進(jìn)行計(jì)算解析，并將解析的結(jié)果通過LCD12864顯示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示：圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖2.設(shè)計(jì)原理2.1 AT89S52單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理2.1.1 AT89S52單片機(jī)功能特性

4、AT89S52單片機(jī)是一種低功耗、高性能COMS8位控制器，具有8K可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，適宜于常規(guī)編程。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)

5、工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。AT89S52引腳分布圖如圖2所示：圖2 AT89S52引腳分布圖AT89S52主要性能： 與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器 1000次擦寫周期 全靜態(tài)操作：0Hz33Hz 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 32個(gè)可編程I/O口線 三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 八個(gè)中斷源 全雙工UART串行通道 低功耗空閑和掉電模式 掉電后中斷可喚醒 看門狗定時(shí)器 雙數(shù)據(jù)指針 掉電標(biāo)識(shí)符2.1.2 復(fù)位控制電路原理復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，單片機(jī)在上電啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位。其作用是使單片

6、機(jī)和其他部件都處于一個(gè)確定的初始化狀態(tài)，并從這個(gè)工作狀態(tài)開始工作。但是單片機(jī)自身不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位，必須使用外部復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。單片機(jī)的外部復(fù)位電路有上電自動(dòng)復(fù)位電路和按鍵手動(dòng)復(fù)位電路兩種。我們采用的是按鍵手動(dòng)復(fù)位，當(dāng)復(fù)位按鍵按下后，復(fù)位端與VCC電源接通，電容迅速放電，使REST引腳為高電平；當(dāng)復(fù)位鍵彈起后，VCC電源通過10K歐姆電阻對(duì)22uf電容重新充電，REST引腳端出現(xiàn)復(fù)位正脈沖。其持續(xù)時(shí)間取決于RC電路時(shí)間常數(shù)。復(fù)位控制電路圖如圖3所示：圖3 復(fù)位控制電路圖2.1.3 時(shí)鐘控制電路原理單片機(jī)的工作是在統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖控制下進(jìn)行的，這個(gè)時(shí)鐘脈沖由單片機(jī)時(shí)鐘電路發(fā)出，單片機(jī)的時(shí)

7、鐘產(chǎn)生有內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘兩種，我們采用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式。此方式是利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳XTAL1和XTAL2兩端接晶體振蕩器，就構(gòu)成了自激的振蕩器，發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路。外接晶振時(shí)，C4和C5的值通常選擇為15PF33PF之間，電容對(duì)頻率有微調(diào)作用。時(shí)鐘控制電路圖如圖4所示：圖4 時(shí)鐘控制電路圖2.2 GPS結(jié)構(gòu)組成全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）GPS是美國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)，和子午儀系統(tǒng)一樣，全球定位系統(tǒng)由空間部分、地面控制部分和用戶設(shè)備三大部分組成。GPS結(jié)構(gòu)組

8、成圖如圖5所示：圖5 GPS結(jié)構(gòu)組成圖2.2.1 空間部分GPS的空間部分由21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成，它們位于距離地球表面20200Km的高空中。平均分配在6個(gè)軌道平面上（每個(gè)平面4顆），軌道傾斜角為55，各軌道平面升交點(diǎn)的赤徑相差60度。此外，還有4顆有源備份衛(wèi)星在軌運(yùn)行。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時(shí)間都可觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖象，這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰?。GPS衛(wèi)星產(chǎn)生兩組電碼, 一組稱為C/A 碼( Coarse/Acquisition Code11023MHz) ；一組稱為P 碼(Precise Code 10123MHz)，

9、P 碼因頻率較高，不易受干擾，定位精度高，因此受美國(guó)軍方管制，并設(shè)有密碼，一般民間無法解讀，主要為美國(guó)軍方服務(wù)。C/A 碼人為采取措施而刻意降低精度后，主要開放給民間使用。GPS衛(wèi)星有如下基本功能： 接受和存儲(chǔ)有地面監(jiān)控站發(fā)來的導(dǎo)航信息，接受并執(zhí)行監(jiān)控站的控制命令。 借組與衛(wèi)星上設(shè)有的微處理機(jī)進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理工作。 通過星載的高精度銫原子鐘和銣原子鐘提供精密的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。 向用戶發(fā)送定位信息。 在地面監(jiān)控站的指令下，通過推進(jìn)器調(diào)整衛(wèi)星的姿態(tài)和啟用備用衛(wèi)星。2.2.2 地面控制部分地面控制部分由1個(gè)主控站、5個(gè)監(jiān)測(cè)站和3個(gè)地面控制站組成。檢測(cè)站是主控站直接控制下的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集中心，站內(nèi)配有雙頻的

10、GPS接收機(jī)和高精度原子鐘。檢測(cè)站將衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù),包括電離層和氣象數(shù)據(jù)，經(jīng)過初步處理后，傳送到主控站。主控站從各監(jiān)測(cè)站收集跟蹤數(shù)據(jù)，計(jì)算出衛(wèi)星的軌道和時(shí)鐘參數(shù)，然后將結(jié)果送到3 個(gè)地面控制站。地面控制站在每顆衛(wèi)星運(yùn)行至上空時(shí)，把這些導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站指令注入到衛(wèi)星。這種注入對(duì)每顆GPS 衛(wèi)星每天一次，并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進(jìn)行最后的注入。如果某地面站發(fā)生故障，那么在衛(wèi)星中預(yù)存的導(dǎo)航信息還可用一段時(shí)間，但導(dǎo)航精度會(huì)逐漸降低。2.2.3 用戶設(shè)備部分用戶設(shè)備即為GPS接收機(jī)本設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)該部分，其主要功能是能夠捕獲一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星。利用已經(jīng)設(shè)計(jì)好的GPS接收模

11、塊接收衛(wèi)星發(fā)送的定位信息，通過MCU處理采集到的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成字符，顯示定位信息。GPS接收機(jī)的硬件，一般包括主機(jī)（包括GPS數(shù)據(jù)采集芯片）、天線和電源，接收機(jī)中的微處理機(jī)算機(jī)是用戶設(shè)備的核心部分，它可以按照定位解算方法進(jìn)行定位計(jì)算，計(jì)算出用戶所在位置的經(jīng)度、緯度、海拔高度、速度和日期時(shí)間信息。2.3 GPS工作原理GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會(huì)的方法，確定待測(cè)點(diǎn)的位置。本設(shè)計(jì)采用GPS絕對(duì)定位原理，參照坐標(biāo)系為WGS84坐標(biāo)系。假設(shè)t時(shí)間在地面安置GPS接收機(jī)，測(cè)得GPS信號(hào)到達(dá)GPS接收機(jī)的時(shí)間為t，再根據(jù)GPS接收機(jī)上接收到

12、的從GPS衛(wèi)星發(fā)射回來的星歷信息。測(cè)偽距觀測(cè)方程圖如圖6所6示：圖6 測(cè)偽距觀測(cè)方程圖上述四個(gè)方程式中待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)X、Y、Z和Vt0為未知參數(shù)，其中di=Cti（i=1、2、3、4）。di（i=1、2、3、4）分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4到接收機(jī)之間的距離。ti（i=1、2、3、4）分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的信號(hào)到達(dá)接收機(jī)所經(jīng)歷的時(shí)間。C為GPS信號(hào)的傳播速度（即光速）。 四個(gè)方程式中各個(gè)參數(shù)意義如下： X、Y、Z為待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。 Xi、Yi、Zi（i=1、2、3、4）分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4在t時(shí)刻的空間直角坐標(biāo)，可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得。Vti（i=1

13、、2、3、4）分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的衛(wèi)星時(shí)鐘差它由衛(wèi)星星歷提供。Vt0為接收機(jī)的時(shí)鐘差。由以上四個(gè)方程即可解算出待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)X、Y、Z和接收機(jī)的時(shí)鐘差Vt0。2.4 GPS數(shù)據(jù)解析本設(shè)計(jì)的GPS接收機(jī)根據(jù)NMEA-0183協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將位置、速度等信息通過串口傳送到單片機(jī)系統(tǒng)。NMEA-0183協(xié)議是GPS接收機(jī)應(yīng)當(dāng)遵守的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，也是目前GPS接收機(jī)上使用最廣泛的協(xié)議，大多數(shù)常見的GPS接收機(jī)、GPS數(shù)據(jù)處理軟件、導(dǎo)航軟件都遵守或者至少兼容這個(gè)協(xié)議。NMEA 通訊協(xié)議所規(guī)定的通訊語句都已是以 ASCII 碼為基礎(chǔ)的，NMEA-0183 協(xié)議語句的數(shù)據(jù)格式如下：“$”為語句

14、起始標(biāo)志；“，”為域分隔符；“ *”為校驗(yàn)和識(shí)別符，其后面的兩位數(shù)為校驗(yàn)和，代表了“$”和“*”之間所有字符的按位異或值（不包括這兩個(gè)字符）；“”為終止符，所有的語句必須以“”或“”來結(jié)束，也就是 ASCII 字符的“回車”（十六進(jìn)制的 0D）和“換行”（十六進(jìn)制的 0A）。所有的信息由$開始，以換行結(jié)束，緊跟著$后的五個(gè)字符解釋了信息的基本類型，多個(gè)參數(shù)之間用逗號(hào)隔開。NMEA-0183 協(xié)議定義的語句非常多，但是常用的或者兼容性最廣的語句有$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL等。在設(shè)計(jì)中我們只對(duì)GPRMC數(shù)據(jù)和GPRMC數(shù)據(jù)進(jìn)行了解析。2.4.

15、1 GPRMC數(shù)據(jù)詳解$GPRMC,*hh UTC時(shí)間，hhmmss(時(shí)分秒)格式 定位狀態(tài)，A=有效定位，V=無效定位 緯度ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也將被傳輸) 緯度半球N(北半球)或S(南半球) 經(jīng)度dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也將被傳輸) 經(jīng)度半球E(東經(jīng))或W(西經(jīng)) 地面速率(000.0999.9節(jié)，前面的0也將被傳輸) 地面航向(000.0359.9度，以真北為參考基準(zhǔn)，前面的0也將被傳輸) UTC日期，ddmmyy(日月年)格式 磁偏角(000.0180.0度，前面的0也將被傳輸) 磁偏角方向，E(東)或W(西) 模式指示(僅NMEA0183 3.0

16、0版本輸出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=數(shù)據(jù)無效) 解析內(nèi)容：1. 時(shí)間，這個(gè)是格林威治時(shí)間，是世界時(shí)間（UTC），我們需要把它轉(zhuǎn)換成北京時(shí)間（BTC），BTC和UTC差了8個(gè)小時(shí)，要在這個(gè)時(shí)間基礎(chǔ)上加8個(gè)小時(shí)。2. 定位狀態(tài)，在接收到有效數(shù)據(jù)前，這個(gè)位是V，后面的數(shù)據(jù)都為空，接到有效數(shù)據(jù)后，這個(gè)位是A，后面才開始有數(shù)據(jù)。3. 緯度，我們需要把它轉(zhuǎn)換成度分秒的格式，計(jì)算方法：如接收到的緯度是：4546.408914546.40891/100 = 45.4640891 可以直接讀出45度4546.4089145 * 100 = 46.40891 可以直接讀出46分46.4089146

17、= 0.40891 * 60 = 24.5346 讀出24秒所以緯度是：45度46分24秒。4. 南北緯，這個(gè)位有兩種值N（北緯）和S（南緯）5. 經(jīng)度的計(jì)算方法和緯度的計(jì)算方法一樣6. 東西經(jīng)，這個(gè)位有兩種值E（東經(jīng)）和W（西經(jīng)）7. 速率，這個(gè)速率值是 海里/時(shí)，單位是節(jié)，要把它轉(zhuǎn)換成千米/時(shí)，根據(jù)：1海里 = 1.85公里，把得到的速率乘以1.85。8. 航向，指的是偏離正北的角度9. 日期，這個(gè)日期是準(zhǔn)確的，不需要轉(zhuǎn)換2.4.2 GPGGA數(shù)據(jù)詳解$GPGGA,M,M,*xx$GPGGA：起始引導(dǎo)符及語句格式說明(本句為GPS定位數(shù)據(jù))UTC時(shí)間，格式為hhmmss.sss緯度，格式為

18、ddmm.mmmm(第一位是零也將傳送)緯度半球，N或S(北緯或南緯)經(jīng)度，格式為dddmm.mmmm(第一位零也將傳送)經(jīng)度半球，E或W(東經(jīng)或西經(jīng))定位質(zhì)量指示，0=定位無效，1=定位有效使用衛(wèi)星數(shù)量，從00到12(第一個(gè)零也將傳送)水平精確度，0.5到99.9天線離海平面的高度，-9999.9到9999.9米 M指單位米 大地水準(zhǔn)面高度，-9999.9到9999.9米 M指單位米 差分GPS數(shù)據(jù)期限(RTCM SC-104)，最后設(shè)立RTCM傳送的秒數(shù)量差分參考基站標(biāo)號(hào)，從0000到1023(首位0也將傳送)2.5 LCD12864液晶顯示原理LCD12864是一種具有4/8位并行、2線

19、或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊，其顯示分辨率為12864，內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。可以顯示84行1616點(diǎn)陣的漢字。也可完成圖形顯示，低電壓低功耗是它的又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不但硬件電路結(jié)構(gòu)和顯示程序簡(jiǎn)單，該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。2.5.1 LCD12864的基本特性 低電源電壓（VDD:+3.0+5.5V） 顯示分辨率:12864點(diǎn) 內(nèi)置漢字字庫(kù)，提

20、供8192個(gè)1616點(diǎn)陣漢字(簡(jiǎn)繁體可選) 內(nèi)置 128個(gè)168點(diǎn)陣字符 2MHZ時(shí)鐘頻率 顯示方式：STN、半透、正顯 驅(qū)動(dòng)方式：1/32DUTY，1/5BIAS 背光方式：側(cè)部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1/51/10 通訊方式：串行、并口可選 內(nèi)置DC-DC轉(zhuǎn)換電路，無需外加負(fù)壓 無需片選信號(hào)，簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì) 工作溫度: 0 +55 ,存儲(chǔ)溫度: -20 +60 表1 LCDD12864并行接口表管腳號(hào)管腳名稱電平管腳功能描述1VSS0V電源地2VCC3.0+5V電源正3V0-對(duì)比度（亮度）調(diào)整4RS(CS）H/LRS=“H”,表示DB7DB0為顯示數(shù)據(jù)RS=“L”,表示DB7DB

21、0為顯示指令數(shù)據(jù)5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到DB7DB0R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0的數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信號(hào)7DB0H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線8DB1H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線9DB2H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線10DB3H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線11DB4H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線12DB5H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線13DB6H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線14DB7H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式（見注釋1）16NC-空腳17/RESETH/L復(fù)位端，低電平有效（見注釋2）18VOUT-LCD驅(qū)動(dòng)電壓輸出端19AVDD背光源正端（+5V）（見注釋3）20

22、KVSS背光源負(fù)端（見注釋3）注釋1：如在實(shí)際應(yīng)用中僅使用并口通訊模式，可將PSB接固定高電平，也可以將模塊上的J8和“VCC”用焊錫短接。注釋2：模塊內(nèi)部接有上電復(fù)位電路，因此在不需要經(jīng)常復(fù)位的場(chǎng)合可將該端懸空。 注釋3：如背光和模塊共用一個(gè)電源，可以將模塊上的JA、JK用焊錫短接。3.模塊電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)由復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、P0口加上拉電阻組成。我們采用的是按鍵手動(dòng)復(fù)位，當(dāng)復(fù)位按鍵按下后，復(fù)位端與VCC電源接通，電容迅速放電，使REST引腳為高電平；當(dāng)復(fù)位鍵彈起后，VCC電源通過10K歐姆電阻對(duì)22uf電容重新充電，REST引腳端出現(xiàn)復(fù)位正脈沖。其持續(xù)時(shí)間取決于

23、RC電路時(shí)間常數(shù)。時(shí)鐘電路我們采用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式。此方式是利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳XTAL1和XTAL2兩端接晶體振蕩器，就夠成了自激的振蕩器，發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路。最小系統(tǒng)電路圖如圖7所示：圖7 最小系統(tǒng)電路圖3.2 電源電路本設(shè)計(jì)電源電路由三個(gè)部分組成：包括整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路。U5為整流橋它將交流電轉(zhuǎn)化直流電。常見的整流電路有單相半波、全波、橋式、和倍壓整流電路。濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，常見的濾波電路有電容濾波、電感濾波和混合濾波電路，設(shè)計(jì)中采用的是電容濾波。本設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電路采用的是三端穩(wěn)壓器。電源電路圖如圖8所示：圖8 電源電路圖3.3 串口通

24、信電路對(duì)于單片機(jī)來說，為了進(jìn)行串行數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)通信，單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行通信接口，包含串行口接收和發(fā)送緩沖寄存器等。本設(shè)計(jì)中考慮到GPS定位接收模塊與單片機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。由于GPS接收模塊需要的是TTL或CMOS電平，可以通過MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)化，單片機(jī)輸出的電平就是TTL電平。為什么要在加一個(gè)MAX232串口電路呢,就是為了方便在PC機(jī)上應(yīng)用GPS Viewer軟件觀察GPS模塊是否接收到GPS衛(wèi)星傳回的數(shù)據(jù)信息。串口通信電路圖如圖9所示：圖9 串口通信電路圖3.4 LCD12864顯示電路LCD12864是20個(gè)引腳SIP封裝的集成接口器件。在設(shè)計(jì)中我們將2腳外接電源，3腳接10

25、K的電位器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)其背光調(diào)節(jié)。4、5、6腳是控制端口，7-14腳是數(shù)據(jù)輸出端口，接單片機(jī)P0端口。LCD12864顯示電路圖如圖10所示：圖10 LCD12864顯示電路圖3.5 HOLUX GR-87 GPS模塊HOLUX GR-87 GPS是一種高性能，低功耗，體積小，很容易集成GPS引擎板為一種廣譜的設(shè)計(jì)OEM系統(tǒng)應(yīng)用。該產(chǎn)品是基于成熟的技術(shù)在其他HOLUX12通道GPS接收機(jī)和SiRFstar II / LP芯片組解決方案。該GPS引擎板將跟蹤多達(dá)12顆衛(wèi)星在同一時(shí)間，而提供快速的時(shí)間，首次定位和一秒鐘的導(dǎo)航更新。其遠(yuǎn)達(dá)能力滿足汽車導(dǎo)航的靈敏度的要求，以及其他基于位置的應(yīng)用程序。因此

26、，HOLUX GR- 87引擎板是非常適合的客戶的AVL系統(tǒng)集成和基于位置的服務(wù)。而GR- 87的設(shè)計(jì)采用了最新的表面貼裝技術(shù)（BGA）和高水平的電路集成，實(shí)現(xiàn)卓越的性能，同時(shí)最大限度地減少空間和功率的要求。這種硬件功能結(jié)合智能軟件使引擎板更容易被集成在各種導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)品上。應(yīng)用系統(tǒng)可通過兩個(gè)RS232兼容設(shè)置與CMOS / TTL電平的雙向溝通渠道進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。HOLUX GR-87 GPS模塊主要特點(diǎn)： 平均冷啟動(dòng)時(shí)間在45秒 低功耗、12通道“全在查看”跟蹤 集成ARM7TDMI CPU和軟件工程服務(wù) 嵌入式客戶定義的應(yīng)用程序 在1Mb的SRAM芯片 雙TTL電平的串行端口，一個(gè)用于GPS

27、接收器命令消息 接口，另一個(gè)為RTCM104 DGPS輸入之一 契約理事會(huì)尺寸1“ 1”x0.27“（25.4x25.4x7mm），易于集成到手持設(shè)備 重捕時(shí)間0.1秒 支持標(biāo)準(zhǔn)NMEA -0183和SiRF二進(jìn)制協(xié)議 支持精確的1PPS輸出信號(hào)與GPS時(shí)序?qū)R 多路徑緩解硬件 板上RTCM SC104 DGPS和WAAS/ EGNOSDemodulator 內(nèi)置鋰電池進(jìn)行GPS定位快表2 HOLUX GR-87 GPS模塊管腳分布表PinPin NameFunction description1VCC_5V+3.55.5Vdc power input2TXASerial Data outpu

28、t port A(TTL Level: Voh2.4VVol0.4V Ioh=Iol=2mA)3RXASerial Data input port A(TTL Level Vih0.7*VCCVil0.3*VCC)4RXBSerial Data input port B(TTL Level Vih0.7*VCCVil0.3*VCC)5GNDPower ground6TIMEMARK/RESET (option)TIMEMARK: 1PPS Time mark output(Vil0.2V PulseWidth 10ms)。RESET: Reset Input (Active Low)(opti

29、on function)4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序流程圖主程序是單片機(jī)程序執(zhí)行的主體部分，整個(gè)系統(tǒng)軟件的功能都在其中完成，本設(shè)計(jì)的主程序部分主要包括：串口通信控制程序、LCD12864程序、GPS數(shù)據(jù)解析程序和顯示程序。主程序中進(jìn)行了串口初始化、定時(shí)器0初始化、LCD12864的初始化和GPS數(shù)據(jù)的初始化。定義了GPS的接收開始和停止標(biāo)志位rev_start和rev_stop、GPS處理標(biāo)志位gps_falg和換頁顯示標(biāo)志位change_page。進(jìn)入主程序后首先判斷串口是否接收到數(shù)據(jù)及ch=$和gps_flag=0；然后rev_start=1，rev_stop=0，開始接收GPS接收機(jī)發(fā)送

30、的數(shù)據(jù)，rev_start=0，rev_stop=1接收完成；開定時(shí)器0，對(duì)GPRMC和GPGGA進(jìn)行解析，并顯示解析的數(shù)據(jù)信息。如果沒有接收到$，LCD12864顯示初始化信息。主程序流程圖如圖11所示:圖11 主程序流程圖4.2 GPS數(shù)據(jù)處理流程圖GPS數(shù)據(jù)的處理包含兩個(gè)部分：一部分是對(duì)GPRMC數(shù)據(jù)的解析處理，另一部分是對(duì)GPGGA數(shù)據(jù)的解析處理。在對(duì)GPRMC數(shù)據(jù)的解析時(shí)主要是定義了以個(gè)字符型變量ch，并判斷接收到的數(shù)據(jù)的第五個(gè)字符，如果第五個(gè)字符是C，在判斷定位狀態(tài)status是否等于A，如果等于則就將接收到的經(jīng)度、緯度、日期和時(shí)間信息進(jìn)行字符轉(zhuǎn)換，及單片機(jī)將GPS接收機(jī)發(fā)送來的數(shù)

31、據(jù)通過軟件程序控制轉(zhuǎn)換成字符型數(shù)據(jù)。在對(duì)GPGGA數(shù)據(jù)的解析是也是定義了一個(gè)字符型變量ch，判斷接收到的數(shù)據(jù)的第四個(gè)字符，如果第四個(gè)字符是G，且定位狀態(tài)標(biāo)志位status不等于，那么單片機(jī)也將GPS發(fā)送來的海拔高度和水平面高度數(shù)據(jù)通過軟件程序轉(zhuǎn)換成字符型數(shù)據(jù)。GPS數(shù)據(jù)處理流程圖如圖12所示:圖12 GPS數(shù)據(jù)處理流程圖每行開頭的字符都是$，接著是信息類型，后面是數(shù)據(jù)，以逗號(hào)分隔開。一行完整的數(shù)據(jù)如下：$GPRMC,080655.00,A,4546.40891,N,12639.65641,E,1.045,328.42,170809,A*604.3 顯示程序流程圖顯示程序包含三個(gè)方面的數(shù)據(jù)顯示主

32、要是日期時(shí)間、第一頁數(shù)據(jù)的顯示、第二頁數(shù)據(jù)的顯示。第一頁顯示經(jīng)緯度，第二頁顯示的是速度、航向、高度、海拔。開始程序后進(jìn)入程序初始化定義數(shù)據(jù)；然后判斷GPS接收機(jī)發(fā)送到單片機(jī)的數(shù)據(jù)是否解析，是否有效；有效的話就LCD12864清屏、開定時(shí)器0，顯示從GPS衛(wèi)星發(fā)射回來的日期和時(shí)間。其次判斷經(jīng)緯度是東經(jīng)還是西經(jīng)、南緯還是北緯，如果正確顯示當(dāng)前的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，關(guān)定時(shí)器0。否則的話LCD12864再一次清屏，開定時(shí)器0，顯示速度、航向、高度和海拔。顯示程序流程圖如圖13所示:圖13 顯示程序流程圖5.設(shè)計(jì)總結(jié) 在整個(gè)設(shè)計(jì)與制作過程中，我們遇到了很多的困難，但是最后通過老師和隊(duì)友們的共同努力下，所有的問題

33、都解決了。當(dāng)我們拿到這個(gè)題目時(shí)開始有點(diǎn)茫然，畢竟沒有使用過SD的讀寫系統(tǒng)，不過我們很快就開始細(xì)細(xì)的規(guī)劃了，了解其相關(guān)的參數(shù)以及查找資料來實(shí)現(xiàn)8962單片機(jī)與其的通信，也就是如何來通過8962單片機(jī)對(duì)其控制、讀取數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)的正確處理。后來我們又遇到了制版的麻煩，不過還好，得到了實(shí)驗(yàn)中心的老師熱心幫助，最終也解決了。其實(shí)這個(gè)設(shè)計(jì)最主要的部分就是程序代碼了，因?yàn)槲矣泻芎玫某绦蚧A(chǔ)，所以最重要的部分很輕松的就完成了。在這次的課程設(shè)計(jì)中，我再次的感受到了一點(diǎn)，那就是團(tuán)隊(duì)合作，無論一個(gè)人多么的優(yōu)秀都離不開一個(gè)團(tuán)隊(duì)，即使一個(gè)人能夠完成，那必然會(huì)花費(fèi)更多的時(shí)間以及資源，并且不一定會(huì)做得很好，因?yàn)橐粋€(gè)人想的方

34、面畢竟有限。我在收獲知識(shí)的同時(shí)，還獲取了閱歷，豐富了經(jīng)驗(yàn)，在此過程中，我們通過查找大量的資料，請(qǐng)教老師，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手制作能力，在各種其他能力上也都有了提高。更重要的是，在課程設(shè)計(jì)的過程中，我學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)方法。而這時(shí)以后最實(shí)用的，要面對(duì)社會(huì)的挑戰(zhàn)，只有不斷地學(xué)習(xí)與實(shí)踐。同時(shí)在與老師和同學(xué)交流的過程中，互相學(xué)習(xí)，將知識(shí)融會(huì)貫通，提高自己與人交流的能力，提高自己的團(tuán)隊(duì)意識(shí)。6. 參考文獻(xiàn)1 謝維成單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)M. 北京：清華大學(xué)出版社，2005.4.100-1122 沈紅衛(wèi)基于單片機(jī)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)M. 北京：電子工業(yè)出版社，2009.6.12-

35、233 朱月秀單片機(jī)原理與應(yīng)用M. 北京：北京科學(xué)出版社，2007.8.40-504 魏建秋汽車電子電路試圖技巧M北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2009.8.36-585 康光華電子技術(shù)基礎(chǔ)M北京：高等教育出版社，2006.1.486-5006 牛昱光單片機(jī)原理與接口技術(shù)M. 北京：電子工業(yè)出版社，2009.12.160-1737 徐 瑋C51單片機(jī)高效入門M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.5.124-1338 戴仙金51單片機(jī)及其C語言程序開發(fā)實(shí)例M. 北京：清華大學(xué)出版社，2008.2.189-1939 邱致和GPS原理與與應(yīng)用M北京：電子工業(yè)出版社,2001.2.125-13310 李明峰G

36、PS定位技術(shù)及其應(yīng)用M北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007.7.156-1987.附錄附錄1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖附錄2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)PCB圖附錄3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3D圖附錄3 實(shí)物初始化圖附錄4 實(shí)物效果圖1附錄5 實(shí)物效果圖28.使用說明書首先將電源插頭接入220v交流插座中，最好將其天線伸向窗外，以便更好的接收gps信號(hào)。上電后系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)搜索gps信號(hào)，黃色led燈閃爍。圖8.1 gps初始化其次，當(dāng)收到gps信號(hào)后，gps定位器將自測(cè)出并顯示其速度、航向、高度、海拔。同時(shí)綠色led燈閃爍。圖8.2 gps測(cè)速圖 最后，gps定位系統(tǒng)將顯示出日期、時(shí)間和經(jīng)緯度，紅色led閃爍。同時(shí)，每10秒鐘圖8.2和圖8.3交替顯示。圖8.3