基于51單片機的gps接收機畢業(yè)設計

1、<p>　　基于51單片機的GPS接收機</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　全球定位系統(tǒng)(GPS)是由美國國防部開發(fā)的一種先進的無線電導航系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠全天候、全方位的為海陸空用戶提供連續(xù)的、高精度的三維坐標、三維速度和時間等信息。它所具有的諸多優(yōu)點是其他導航設備所無法比擬地。現(xiàn)在，GPS接收機作為一種先進的導航和定位儀器，已

2、在軍事及民用領域得到廣泛的應用。</p><p>　　本設計詳細介紹了一種成本低又能滿足性能使用要求的經(jīng)濟型GPS接收機的設計方案。此方案基于單片機、GPS模塊和1602液晶顯示屏等硬件 , 并應用C語言實現(xiàn)了 GPS 信號的提取、顯示及基本的鍵盤控制操作等。經(jīng)過實踐測試 ,這種接收機可以達到基本 GPS信息接收以及顯示，可以做到體積小、精度高、連續(xù)導航，并可廣泛應用于個人野外旅游探險、 出租汽車定位及海上作業(yè)等

3、領域。</p><p>　　關鍵詞： GPS，單片機，接收機，GR-87，LCD</p><p>　　Design of GPS Receiver Based on 51 single chip computer</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Global Positionin

4、g System(GPS) is the most advanced radio navigation system which was developed by the U.S Department of Defence. The system can be used under any weather conditions, all day long and anywhere on the earth. It can provide

5、 land, marine and airborne user with continuous, highly accurate three-dimension position, velocity, time dataetc. It has various advantages that are unexampled other kind of navigation equipment. Now GPS receivers, as a

6、 type of advanced equipment on navigation a</p><p>　　This design introduced in detail one kind of low-cost economy GPS receiver's design proposal which can satisfy the performance operation requirements

7、.This plan is based on single chip computer、GPS and 1602 liquid crystal display monitors, and has realized the GPS signal extraction, the demonstration and the basic keyboard control operation and so on using the C langu

8、age. By practical measurement, the receiver can achieve GPS information receive and display. It has small size and low cost, can b</p><p>　　KEY WORDS: GPS，single chip computer，receiver，GR-87，LCD</p>&

9、lt;p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　前　言3</b></p><p>　　第1章 GPS系統(tǒng)簡介及設計方案選擇5</p><p>　　1.1 GPS系統(tǒng)簡介5</p><p>　　1.1.1 GPS由來及發(fā)展5</p><p>　　

10、1.1.2 GPS定位基本原理5</p><p>　　1.1.3 GPS接收機定位流程6</p><p>　　1.1.4 任務的描述6</p><p>　　1.2 設計方案選擇6</p><p>　　1.2.1 方案一7</p><p>　　1.2.2方案二7</p><p>　　第

11、2章 系統(tǒng)硬件設計8</p><p><b>　　2.1單片機8</b></p><p>　　2.2 GPS模塊9</p><p>　　2.2.1 概述9</p><p>　　2.2.2 主要技術參數(shù)9</p><p>　　2.2.3 管腳介紹9</p><p>

12、;　　2.3 顯示部分10</p><p>　　2.4 電源部分11</p><p>　　2.5 晶體振蕩器11</p><p>　　2.6 鍵盤部分12</p><p>　　第3章 系統(tǒng)相關協(xié)議介紹13</p><p>　　3.1 GR-87協(xié)議13</p><p>　　3.1.1

13、 協(xié)議簡介13</p><p>　　3.1.2 數(shù)據(jù)格式13</p><p>　　3.2串行通信14</p><p>　　3.2.1 異步通信特點14</p><p>　　3.2.2 異步通信協(xié)議14</p><p>　　3.2.3 中斷15</p><p>　　3.3 液晶顯示協(xié)議

14、19</p><p>　　3.3.1基本操作時序19</p><p>　　3.3.2顯示與控制命令19</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設計21</p><p>　　4.1系統(tǒng)軟件概述21</p><p>　　4.2軟件程序的編寫22</p><p>　　4.2.1 初始化模塊

15、22</p><p>　　4.2.2 數(shù)據(jù)處理模塊22</p><p>　　4.2.3 人機對話模塊26</p><p>　　4.3 代碼實現(xiàn)28</p><p><b>　　結 論30</b></p><p><b>　　謝 辭31</b></p>

16、<p><b>　　參考文獻32</b></p><p><b>　　外文資料翻譯34</b></p><p><b>　　前　言</b></p><p>　　GPS主系統(tǒng)是美國發(fā)射運行的衛(wèi)星系統(tǒng)，包含了27 顆能持續(xù)發(fā)送地理位置海拔高度和時間信號的衛(wèi)星，24 個正常使用，3 個備用，這

17、些衛(wèi)星平均分布運行在六個軌道上。一般來說，在地面上的GPS 接收器能接收5～12 個衛(wèi)星信號，而為了獲得地面上的定位坐標，GPS 導航至少需要4 個衛(wèi)星信號，三個用來確定GPS 接收器的緯度、經(jīng)度和海拔高度，第四個則提供同步校正時間[1]。</p><p>　　全球定位系統(tǒng)由三部分構成：太空衛(wèi)星部份：由 24 顆繞極使用衛(wèi)星所組成，分成六個軌道，運行于約 20200 公里的高空，繞行地球一周約12 小時。每個衛(wèi)星

18、均持續(xù)著發(fā)射載有衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)及時間的無線電波，提供地球上的各種接收機來應用。地面管制部份：這是為了追蹤及控制上述衛(wèi)星運轉，所設置的地面管制站，主要工作為負責修正與維護每個衛(wèi)星能保持正常運轉的各項參數(shù)數(shù)據(jù)，以確保每個衛(wèi)星都能提供正確的訊息給使用者接收機來接收。使用者接收機：追蹤所有的 GPS 衛(wèi)星，并實時地計算出接收機所在 位置的坐標、移動速度及時間，各種藍牙GPS 即屬于此部份。我們通常所說的GPS, 就是第3 部分。</p>

19、;<p>　　它可以實時提供全天候、全球性的三維定位、測速與授時功能的衛(wèi)星系統(tǒng) ,具有測量精度高、速度快、用戶數(shù)量不限、抗干擾能力強等一系列優(yōu)點 ,除了可用于軍事領域外 ,還可以廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、野外探險等領域。</p><p>　　自 20世紀90年代 GPS系統(tǒng)向全世界免費開放以來 , GPS系統(tǒng)已廣泛應用在導航、大地測量、精確授時、線路巡檢及車輛防盜等領域。接收機是獲得 GPS系統(tǒng)

20、服務的關鍵設備 ,目前已有從手持式到臺式數(shù)百種型號的接收機可供用戶選擇。通用接收機功能齊全 ,除了信號接收單元外,往往還配置有顯示單元和人機對話設備。這一方面為用戶提供了極大的方便 但 GPS定位接收機價格比較昂貴而且使用靈活性低 ,難以滿足特定條件下的應用需求 ,造成了資金浪費。因此 ,眾多用戶期望按照自己的使用環(huán)境和性能要求設計和使用個性化的GPS定位接收機。</p><p>　　本文首先介紹了GPS系統(tǒng)由來

21、及其發(fā)展、基本概念、GPS接收機的工作原理及接收機定位流程。然后對單片機及其串口通信、GR-87 及其NMEA-0183語句的數(shù)據(jù)格、液晶顯示器進行了詳細論述。并且設置了所需的外圍電路。接著詳細地介紹了該GPS接收機的軟件設計過程。通過C語言實現(xiàn)了 GPS 信號的提取、顯示及基本的鍵盤控制操作等。經(jīng)過實踐測試,這種接收機可以達到基本 GPS信息接收以及顯示，可以做到方便靈活、優(yōu)質價廉、精度高、連續(xù)導航、抗干擾能力強，并可廣泛應用于個人野

22、外旅游探險、出租汽車定位及海上作業(yè)等領域。</p><p>　　第1章 GPS系統(tǒng)簡介及設計方案選擇</p><p>　　1.1 GPS系統(tǒng)簡介</p><p>　　1.1.1 GPS由來及發(fā)展</p><p>　　導航衛(wèi)星定時測距全球定位系統(tǒng)(Navigation Satellite Timing and Ranging Global Po

23、sition System GPS)是美國第二代衛(wèi)星導航系統(tǒng)。它在 1973 年底由美國陸海空三軍等單位協(xié)調分工提出的能取代舊式的導航設備 ,為軍用艦船、飛機車輛等用戶提供全球全天候、連續(xù)實時服務的高精度三維導航系統(tǒng)。系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和地面接收機部分組成。定位服務包括精密定位服務( PPS)和標準定位服務(SPS) 。PPS授權的精密定位系統(tǒng)用戶需要密碼設備和特殊的接收機。SPS對于普通民用用戶 ,供全世界用戶免費、無限制地

24、使用[2]。</p><p>　　由于GPS具有全球覆蓋以及精度高、定位速度快、實時性好、抗干擾能力強等特點,近年來在國內(nèi)外得到廣泛的應用 ,在各個領域發(fā)揮了極大的作用 ,已成為信時代不可缺少的一部分。各種 GPS民用產(chǎn)品的開發(fā) ,已是經(jīng)濟和社會發(fā)展的必然要求 ,其前景將會非常廣闊和光明 ,尤其是在我國 ,通過這些年來對它認識不斷加深 ,我國的GPS開發(fā)應用也一定會以科技力量推動經(jīng)濟和社會發(fā)展的一顆巨星 ,對我國

25、的經(jīng)濟和社會的發(fā)展產(chǎn)生重大的影響。</p><p>　　1.1.2 GPS定位基本原理</p><p>　　GPS定位技術的基本原理是采用測量學中通用的測距交會方法．GPS接收機在某一時刻接收到4 顆以上的GPS衛(wèi)星信號導航電文, 通過變頻、放大、 濾波等一系列處理過程,實現(xiàn)對GPS衛(wèi)星號的跟蹤、鎖定、測量,從而產(chǎn)生計算位置的數(shù)據(jù)信息(包括:緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時間、航向、衛(wèi)星狀

26、況等),經(jīng)由I/O口輸出串行數(shù)據(jù)．</p><p>　　1.1.3 GPS接收機定位流程</p><p>　　1．搜索可用衛(wèi)星，接收衛(wèi)星信號，與衛(wèi)星信號同步，提取導航電文信息；</p><p>　　2．從導航電文中獲取計算位置所需的信息，這些信息應該包括時鐘信息和星歷等數(shù)據(jù)；</p><p>　　3．計算衛(wèi)星的準確位置，這包括計算衛(wèi)星的高度和

27、方位角，從而進行必要的對流層校正；</p><p>　　4．計算偽距，并進行電離層校正等；</p><p>　　5．重復上述過程，對所有可用衛(wèi)星進行相應的計算；</p><p>　　6．進行其他必要的校正，例如根據(jù)衛(wèi)星信號到達GPS接收機的時間，校正地球旋轉所造成的衛(wèi)星位置的偏差；</p><p>　　7．根據(jù)定位原理，計算出GPS接收機的初

28、始位置，并將其轉換成所需的坐標格式進行顯示或輸出；</p><p>　　8．加入閏秒和UTC（標準世界時）時間補償計算當前精確的時間；</p><p>　　9．分析可用衛(wèi)星的信息，計算最好的DOP(Dilution of Precision)，進行選星，并計算和修正GPS接收機的位置，給出GPS接收機的三維坐標和準確的時間信息。</p><p>　　1.1.4 任務

29、的描述</p><p>　　我們針對全球定位系統(tǒng)GPS，自行研制了一套GPS接收機，具有接收、處理、顯示信息能力并能進行鍵盤操作。本設計著重對NMEA-0183語句的數(shù)據(jù)格式、單片機串行通信、液晶顯示格式進行了詳細論述,同時給出了硬件電路和軟件設計。</p><p>　　工作要求：準確地進行定位，顯示出緯度、經(jīng)度、速度、時間、方位角、天空中的衛(wèi)星總數(shù)以及使用的衛(wèi)星數(shù)。通過按鍵可以進行復位與

30、頁面切換功能。</p><p>　　1.2 設計方案選擇</p><p><b>　　1.2.1 方案一</b></p><p>　　系統(tǒng)由GPS-OEM板、電平轉換電路(MAX232)、控制電路(8051單片機) 、顯示部分(SED1335 彩色液晶顯示器)組成。但在和單片機進行串行通信時由于電平不同，必須附加電平轉換電路(MAX232) 而

31、且價格比較昂貴。單片機采用8051功能全面，但其內(nèi)部ROM一般是掩膜ROM，不可更新改寫。SED1335 彩色液晶顯示器其有效顯示點陣為320 ×240 ,顯示顏色為 4 色，但根據(jù)我們設計要求，單色顯示完全可以。故不采用。</p><p><b>　　1.2.2方案二</b></p><p>　　系統(tǒng)由GPS模塊(GR-87)、控制電路(89C51單片機)

32、 、顯示部分(SMC1602液晶顯示器)組成。HOLUX GR-87是一個高性能，低功耗，小型的并且很容易聯(lián)合的GPS模塊。該芯片每次將跟蹤12枚衛(wèi)星，應用廣泛。而且不用附加電平轉換電路，可以直接與單片機進行串行通信。單片機采用89C51，其功能完全可以滿足設計要求，而且相對于8051，其內(nèi)部ROM是FLASH-ROM，可多次更新改寫，價格也便宜。1602字符型液晶模塊是一種用5x7位圖形來顯示字符的單色液晶顯示器，顯示2行16個字，可

33、以滿足設計要求而且經(jīng)濟實惠。</p><p>　　可以看出方案二更加實用，根據(jù)現(xiàn)實生活的需要,設計采用此方案。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)硬件設計</p><p>　　課題要求研制的GPS接收機要具有接收、處理、顯示信息、鍵盤操作，硬件上必須有相應的接收處理部分、顯示部分和配置輸入部分。同時需要處理器實現(xiàn)各部分功能的聯(lián)結。由于單片機集成度高，系統(tǒng)結構簡單，價格

34、低廉，同時技術成熟，處理器部分使用單片機實現(xiàn)。</p><p>　　本課題設計的硬件系統(tǒng)主要由：單片機、 GPS模塊、顯示部分等組成。如圖2-1所示:</p><p><b>　　圖2-1 系統(tǒng)框圖</b></p><p><b>　　2.1單片機</b></p><p>　　硬件核心控制任務是由單

35、片機來完成的，單片機的采用使硬件電路設計大大簡化，而性能更加可靠。目前，可采用的微處理器有很多種，如:MCS-51、Me6sol、280、eopsoo、等8位單片機，雖然16位單片機在1982年已經(jīng)問世，但其發(fā)展并不象人們想象的那樣快，盡管在某些性能指標方面超過了8位單片機，但從性能價格比及開發(fā)周期等綜合效益上不如8位單片機，因此應用并不普及。</p><p>　　在本次設計中，采用MCS-51系列單片機，雖然信

36、號處理和計算的功能相對差些，但其結構簡單、體積小、性價比高、可靠性高、功耗小及應用范圍廣，適合于小型化作業(yè)。因此，筆者選擇了AT89C51單片機作為微控制器。它具有全雙工異步通信口 ,可與GR-87接口進行數(shù)據(jù)讀取 ,處理和輸出。GPS信號接收和處理部分與單片機進行串口通信時,由于都采用 TTL電平 ,故兩者之間不需進行電平轉換就可直接通信。</p><p><b>　　2.2 GPS模塊</b&

37、gt;</p><p><b>　　2.2.1 概述</b></p><p>　　根據(jù)設計需要，GPS模塊選用GR-87。HOLUX GR-87是一個高性能，低功耗，小型的并且很容易聯(lián)合的GPS模塊，它每次將跟蹤12枚衛(wèi)星，應用廣泛。當GR-87系統(tǒng)最初的自檢完成后，它開始處理衛(wèi)星所獲得的數(shù)并自動跟蹤。在正常情況下，它需要大約45秒達到位置進行定位，但如果epheme

38、ris數(shù)據(jù)知道，只用38秒即可。在被計算了之后，合法的位置、速度和時間等信息被傳送到輸出通道，通過串口傳送到單片機設備。GR-87運用最初的數(shù)據(jù)，例如前被存放的位置、日期和衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)，完成最大獲取。</p><p>　　2.2.2 主要技術參數(shù)</p><p>　　1．輸入電壓：3.3-5.5 VDC輸入。輸入電流 ；少于80 mA (沒有天線)；</p><p>

39、;　　2． RF接口：天線連接器類型：MMCX，2.8 VDC產(chǎn)品 (任意產(chǎn)品VCC_IN)；</p><p>　　3．極小的信號跟蹤：-159 dBm；</p><p>　　4．連續(xù)端口： 二個全雙工串行通信CMOS 3V接口，可選擇的波特速率(4800默認， 9600， 19200， 38400)本設計選用4800；NMEA 0183版本2.2 ASCII 輸出(GGA， GSA， G

40、SV， RMC (VTG，任意的GLL和ZDA))； DGPS協(xié)議RTCM SC-104消息類型1，2和9；SiRF二進制位置，速度，高度，狀態(tài)輸出。</p><p>　　2.2.3 管腳介紹</p><p><b>　　表2-1 管腳</b></p><p><b>　　2.3 顯示部分</b></p>&

41、lt;p>　　液晶顯示LCD（Liquid Crystal Display），是利用液晶材料在電場作用下發(fā)生位置變化，而遮蔽/通透光線的性能制作成為一種重要平板顯示器件。通常使用的LCD器件有TN型（Twist Nematic，扭曲向列型液晶）、STN型（Super TN，超扭曲向列型液晶）和TFT型（Thin Film Transistor，薄膜晶體管型液晶）。TN、STN、TFT型液晶，性能依次增強，制作成本也隨之增加。TN和

42、STN型常用作單色LCD。STN型可以設計成單色多級灰度LCD和偽彩色LCD，TFT型常用作真彩色LCD。</p><p>　　采用 LCM 液晶顯示模塊作為人機交互界面。液晶顯示模塊是一種將液晶顯示器件、連接件、集成電路、PCB 線路板、背光源、結構件裝配在一起的組件。字符型液晶顯示模塊目前在國際上已經(jīng)規(guī)范化，無論顯示屏規(guī)格如何變化，其電特性和接口形式都是統(tǒng)一的。從性價比等方面考慮，這里選用長沙太陽人電子有限公

43、司生產(chǎn)的字符型液晶顯示模塊SMC1602，它是一種用5x7位圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個字、2行16個字、2行20個字等等。本設計以常用的2行16個字的1602液晶屏來構成整個系統(tǒng)的顯示模塊。</p><p>　　SMC1602采用標準的16腳接口，具體定義如下:</p><p>　　表2-2 16腳接口</p><p><b

44、>　　主要技術參數(shù)：</b></p><p><b>　　表2-3 技術參數(shù)</b></p><p><b>　　2.4 電源部分</b></p><p>　　本電路使用集成穩(wěn)壓芯片7805，它可以把頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉換為幅值穩(wěn)定的5V直流電壓。其主要原理是把單相交流經(jīng)過電源

45、變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉換成穩(wěn)定的直流電壓。</p><p><b>　　2.5 晶體振蕩器</b></p><p>　　石英晶體振蕩器是高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，被廣泛應用于單片機、計算機、遙控器等各類振蕩電路中，以及通信系統(tǒng)中用于頻率發(fā)生器、為數(shù)據(jù)處理設備產(chǎn)生時鐘信號和為特定系統(tǒng)提供基準信號。如圖2-2所示。</p><p>

46、　　圖2-2 石英晶體振蕩器</p><p><b>　　2.6 鍵盤部分</b></p><p>　　切換按鍵由單片機的P2.0控制，接上拉電阻，未按時P2.0為高電平。切換鍵盤輸入信息的過程是：首先，單片機判斷是否有鍵按下；然后，單片機把該鍵代表的信息轉換成相應的代碼,如圖2-3所示。復位按鍵由單片機RST控制,如圖2-2所示。</p><p&

47、gt;　　圖2-3 頁面切換按鍵

48、

49、 </p><p>　　第3章 系統(tǒng)相關協(xié)議介紹</p><p>　　3.1 GR-87協(xié)議</p><p>　　3.1.1 協(xié)議簡介</p><p>　　GR-87接口協(xié)議是以美國國家海洋電子協(xié)會（NMEA-The

50、 National Marine Electronics Association）制定的NMEA-0183 2.0版協(xié)議為依據(jù)的。NMEA-0183數(shù)據(jù)格式設置為 1個起始位,8個數(shù)據(jù)位 ,1個停止位,無奇偶校驗,波特率默認為4800。NMEA-0183輸出數(shù)據(jù)為 ASCII碼,常用語句包括 GPGG A、GPGLL、GPGSA、GPRMC等 ,其內(nèi)容主要有經(jīng)度、緯度、高度、速度、時間等[4]。</p><p>

51、　　3.1.2 數(shù)據(jù)格式</p><p>　　根據(jù)所需數(shù)據(jù)的需要 ,只選用GPGGA、GPGSV、GPRMC語句。</p><p>　　1．$GPGAA——GPS定位信息例：</p><p>　　$GPGGA,092204.999,4250.5589,S,14718.5084,E,1,04,24.4,19.7,M,,,0000*1F</p><

52、p>　　它的起始引導符及語句格式說明(只列出了系統(tǒng)關心的一些參數(shù)) ：</p><p>　　字段2：緯度ddmm.mmmm，度分格式（前導位數(shù)不足則補0）</p><p>　　字段3：緯度N（北緯）或S（南緯）</p><p>　　字段4：經(jīng)度dddmm.mmmm，度分格式（前導位數(shù)不足則補0）</p><p>　　字段5：經(jīng)度E（東經(jīng)

53、）或W（西經(jīng)）</p><p>　　字段6：GPS狀態(tài)，0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，3=無效PPS，6=正在估算</p><p>　　字段7：正在使用的衛(wèi)星數(shù)量（00 - 12）（前導位數(shù)不足則補0）</p><p>　　字段9：海拔高度（-9999.9 - 99999.9）</p><p>　　2．GPGSV——可見衛(wèi)星信息

54、例：</p><p>　　$GPGSV,3,1,10,20,78,331,45,01,59,235,47,22,41,069,,13,32,252,45*70</p><p>　　它的起始引導符及語句格式說明(只列出了系統(tǒng)關心的一些參數(shù)) ：</p><p>　　字段3：當前可見衛(wèi)星總數(shù)（00 - 12）（前導位數(shù)不足則補0）</p><p>

55、;　　3．$GPRMC——推薦定位信息 </p><p><b>　　例：</b></p><p>　　$GPRMC,024813.640,A,3158.4608,N,11848.3737,E,10.05,324.27,150706,,,A*50 </p><p>　　它的起始引導符及語句格式說明(只列出了系統(tǒng)關心的一些參數(shù))：</

56、p><p>　　字段1：UTC時間，hhmmss.sss格式</p><p>　　字段7：速度，節(jié)，Knots或Km/h</p><p><b>　　字段8：方位角，度</b></p><p><b>　　3.2串行通信</b></p><p>　　串行通信指數(shù)據(jù)是一位一位按順序

57、傳送的通信方式。同步和異步都屬于串行數(shù)據(jù)傳送方式。由于本設計只涉及異步通信，所以重點介紹異步通信（以AT89C51為例）。</p><p>　　3.2.1 異步通信特點</p><p>　　一個字符一個字符地傳輸，每個字符一位一位地傳輸，并且傳輸一個字符時，總是以“起始位”開始，以“停止位”結束,字符之間沒有固定的時間間隔要求。每一個字符的前面都有一位起始位（低電平，邏輯值），字符本身由5

58、-8位數(shù)據(jù)位組成（本設計中為8位，規(guī)定低位在前，高位在后），接著字符后面是一位校驗位（本設計中無校驗位），最后是一位或一位半或二位停止位，停止位后面是不定長的空閑位（可有可無）。停止位和空閑位都規(guī)定為高電平（邏輯值１），這樣就保證起始位開始處一定有一個下跳沿。</p><p>　　3.2.2 異步通信協(xié)議</p><p><b>　　1．起始位</b></p&g

59、t;<p>　　通信上沒有數(shù)據(jù)被傳送時，處于邏輯1狀態(tài)。當發(fā)送設備要發(fā)送一個字符數(shù)據(jù)時，首先發(fā)出一個邏輯 0信號，這個邏輯低電平就是起始位。起始位通過通信線傳向接收設備，接收設備檢測到這個邏輯低電平后，就開始準備接受數(shù)據(jù)位信號。起始位所起的作用就是設備同步，通信雙方必須在傳送數(shù)據(jù)位前協(xié)調同步。</p><p><b>　　2．數(shù)據(jù)位</b></p><p&g

60、t;　　當接收設備收到起始位后，緊接著就會接收數(shù)據(jù)位。89C51采用的是9或8位數(shù)據(jù)傳送，這些數(shù)據(jù)被接收到移位寄存器中，構成傳送數(shù)據(jù)字符。在傳送過程中，數(shù)據(jù)位從最低有效位開始發(fā)送，依次順序在接受設備中被轉換為并行數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　3．停止位</b></p><p>　　停止位是一個字符數(shù)據(jù)的結束標志，可以是1位、1.5位或2位的高電平。接收設備收到停

61、止位后，通信線路上便又恢復邏輯1狀態(tài)，直至下一個字符數(shù)據(jù)的起始位到來。</p><p><b>　　4．波特率</b></p><p>　　通信線上傳送的所有位信號都保持一致的信號持續(xù)時間，每一位的信號持續(xù)時間都由數(shù)據(jù)傳送速度確定，這個傳送速度即波特率。波特率的設置方式見3.2.3</p><p><b>　　3.2.3 中斷<

62、/b></p><p>　　中斷系統(tǒng)簡單實用，其基本特點是：有5個固定的可屏蔽中斷源，3個在片內(nèi)，2個在片外，它們在程序存儲器中各有固定的中斷入口地址，由此進入中斷服務程序；5個中斷源有兩級中斷優(yōu)先級，可形成中斷嵌套。</p><p>　　中斷系統(tǒng)的結構：5個中斷源的符號、名稱及產(chǎn)生的條件如下：INT0：外部中斷0，由P3．2端口線引入，低電平或下跳沿引起。INT1：外部中斷1，由P

63、3．3端口線引入，低電平或下跳沿引起。T0：定時器／計數(shù)器0中斷，由T0計滿回零引起。T1：定時器／計數(shù)器l中斷，由T1計滿回零引起。TI／RI：串行I／O中斷，串行端口完成一幀字符發(fā)送／接收后引起。根據(jù)需要，本設計只應用了TI/RI一個中斷源。串行中斷有發(fā)送(TI)和接收(R1)的區(qū)別；其打開與否，受中斷自身的允許位和全局允許位的控制。</p><p>　　89C51有4個用于中斷控制的寄存器IE、IP、TCO

64、N（用6位）、SCON（用2位）。下面分別對它們進行介紹：</p><p>　　中斷允許寄存器—IE：</p><p>　　表3-1中斷允許寄存器</p><p>　　EA：全局中斷允許位。EA＝0，關閉全部中斷；EA＝1，打開全局中斷控制，在此條件下，由各個中斷控制位確定相應中斷的打開或關閉。</p><p>　　ES：串行I／O中斷允許位

65、。ES＝1，打開串行I／O中斷；ES＝0，關閉串行I／O中斷。</p><p>　　中斷優(yōu)先寄存器—IP：</p><p>　　由于本設計只應用一個中斷源，不用優(yōu)先級設置，在此不予介紹。</p><p>　　T0/T1中斷控制寄存器—TCON：</p><p>　　表3-2中斷控制寄存器</p><p>　　除了TR1

66、和TR0，其余6個用于中斷控制，由于本設計中未使用定時器做中斷，在此不予詳細介紹。</p><p>　　因為在設計中使用定時器來設置串行通信的波特率，在此對定時器予以介紹：以上的TR1和TR0用于定時器的啟動；TMOD則用于控制定時器的工作模式，如3-3表所示：</p><p>　　表3-3 定時器控制寄存器</p><p>　　由表可見，TMOD的高4位用于T1，

67、低4使用于T0，4種符號的含義如下：</p><p>　　GATE：門控制位。GATE和軟件控制位TR、外部引腳信號INT的狀態(tài),共同控制定時器／計數(shù)器的打開或關閉。</p><p>　　C／T：定時器／計數(shù)器選擇位。C/T＝1，為計數(shù)器方式；C／T＝0，為定時器方式。當定時器/計數(shù)器為定時工作方式時，計數(shù)器的加1信號由振蕩器的12分頻信號產(chǎn)生，即每過一個機器周期，計數(shù)器加1，直至計滿溢出

68、為止。顯然，定時器的定時時間與系統(tǒng)的振蕩頻率有關。因一個機器周期等于12個振蕩周期，所以計數(shù)頻率f=1/12fosc。如果晶振為12MHz，則計數(shù)周期為：T=1/（12×106）Hz×1/12=1μs；當定時器/計數(shù)器為計數(shù)工作方式時，通過引腳T0和T1對外部信號計數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計數(shù)。計數(shù)器在每個機器周期的S5P2期間采樣引腳輸入電 平。若一個機器周期采樣值為1，下一個機器周期采樣值為0，則計數(shù)器加1。此

69、后的機器周期S3P1期間，新的計數(shù)值裝入計數(shù)器。所以檢測一個由1至0的跳 變需要兩個機器周期，故外部事年的最高計數(shù)頻率為振蕩頻率的1/24。例如，如果選用12MHz晶振，則最高計數(shù)頻率為0.5MHz。雖然對外部輸入信號 的占空比無特殊要求，但為了確保某給定電平在變化前至少被采樣一次，外部計數(shù)脈沖的高電平與低電平保持時間均需在一個機器周期以上[5]。</p><p>　　M1M0：工作方式選擇位，定時器／計數(shù)器的4

70、種工作方式由M1M0設定。如表3-4所示：</p><p>　　表3-4 工作方式選擇</p><p>　　定時器/計數(shù)器方式控制寄存器TMOD不能進行位尋址，只能用字節(jié)傳送指令設置定時器工作方式，低半字節(jié)定義為定時器0，高半字節(jié)定義為定時器1。復位時，TMOD所有位均為0。</p><p><b>　　串行中斷</b></p>

71、<p>　　單片機串行接口是一個可編程的全雙工串行通信接口。它可用作異步通信方式（UART），與串行傳送信息的外部設備相連接。通過管腳RXD（P3.0，串行數(shù)據(jù)接收端）和管腳TXD（P3.1，串行數(shù)據(jù)發(fā)送端）與外界通信。SBUF是串行口緩沖寄存器，包括發(fā)送寄存器和接收寄存器。它們有相同名字和地址空間，但不會出現(xiàn)沖突，因為它們兩個一個只能被CPU讀出數(shù)據(jù)，一個只能被CPU寫入數(shù)據(jù)。</p><p>　　串

72、行口的控制與狀態(tài)寄存器為SCON和PCON。</p><p>　　1．SCON用于定義串行口的工作方式及實施中斷接收和發(fā)送控制。字節(jié)地址為98H，其各位定義如表3-5所示：</p><p>　　表3-5 串行控制寄存器</p><p>　　SM0、SM1：串行口工作方式選擇位，其定義如表3-6所示：</p><p>　　表3-6 串行口工作方

73、式選擇</p><p>　　其中fosc為晶體震蕩器頻率。根據(jù)NMEA - 0183數(shù)據(jù)格式及設計要求，選用工作方式1</p><p>　　REN：接收允許控制位。由軟件置位以允許接收，又由軟件清0來禁止接收。</p><p>　　TI：發(fā)送中斷標志。在方式0中，第8位發(fā)送結束時，由硬件置位。在其它方式的發(fā)送停止位前，由硬件置位。TI置位既表示一幀信息發(fā)送結束，同時

74、也是申請中斷，可根據(jù)需要，用軟件查詢的辦法獲得數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢的信息，或用中斷的方式來發(fā)送下一個數(shù)據(jù)。TI必須用軟件清0。</p><p>　　RI：接收中斷標志位。在方式0，當接收完第8位數(shù)據(jù)后，由硬件置位。在其它方式中，在接收到停止位的中間時刻由硬件置位（例外情況見于SM2的說明）。RI置位表示一幀數(shù)據(jù)接收完畢，可用查詢的辦法獲知或者用中斷的辦法獲知。RI也必須用軟件清0。</p><p&g

75、t;　　以上只列出了本設計所關心的說明。</p><p>　　2．PCON是為了在單片機上實現(xiàn)電源控制而附加的。其中最高位是SMOD。SMOD=1時，方式1、方式2和方式3的波特率加倍。本設計SMOD設置為0。</p><p>　　波特率設置：波特率，即數(shù)據(jù)傳送速率，表示每秒傳送二進制代碼的位數(shù)，它的單位是b/s。異步通信的傳送速率為50—19200b/s.由于本設計選用工作方式1，這里只

76、介紹方式1的波特率設置規(guī)則。單片機的工作方式1一般選擇定時器T1作為波特率發(fā)生器。當T1作為波特率發(fā)生器時，通常選用定時器模式2（能夠自動重裝初值定時器），比較實用。應設置定時器T1為定時方式（C/T=0），讓T1計數(shù)內(nèi)部脈沖，即計數(shù)率為fosc/12。先設定TH1和TL1定時計數(shù)初值為X，那么每過（256-X）個機器周期，定時器就會產(chǎn)生一次溢出。因此，T1溢出率= T1計數(shù)率/產(chǎn)生溢出所需的周期數(shù)；波特率=定時器T1溢出率 </

77、p><p>　　3.3 液晶顯示協(xié)議</p><p>　　3.3.1基本操作時序</p><p>　　1.讀狀態(tài)：輸入：RS=L,RW=H,E=H </p><p>　　輸出：D0_D7=狀態(tài)字</p><p>　　2.寫指令：輸入：RS=L,RW=L,D0_D7=指令碼，高脈沖 </p&g

78、t;<p><b>　　輸出：無</b></p><p>　　3.讀數(shù)據(jù)：輸入：RS=H,RW=H,E=H </p><p>　　輸出：D0_D7=數(shù)據(jù)</p><p>　　4.寫數(shù)據(jù)：輸入：RS=H,RW=L,D0_D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖 </p><p><b&g

79、t;　　輸出：無</b></p><p>　　3.3.2顯示與控制命令</p><p>　　模塊內(nèi)部的字符發(fā)生內(nèi)存（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼。</p><p>　　1．1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，它的讀寫操作、屏幕

80、和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)。（說明：1為高電平、0為低電平）</p><p>　　指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置</p><p>　　指令2：光標復位，光標返回到地址00H</p><p>　　指令3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效&l

81、t;/p><p>　　指令4：顯示開關控制。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有游標，低電平表示無游標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍</p><p>　　指令5：光標或顯示移位元 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標 </p><p>　　指令6：功能設置命令 DL：高電平時為4

82、位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符</p><p>　　指令7：字符發(fā)生器RAM地址設置</p><p>　　指令8：DDRAM地址設置</p><p>　　指令9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不

83、忙。</p><p><b>　　指令10：寫數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　指令11：讀數(shù)據(jù)</b></p><p>　　2．液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符,如表3-8所

84、示:</p><p>　　表3-8 1602的內(nèi)部顯示地址</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設計</p><p><b>　　4.1系統(tǒng)軟件概述</b></p><p>　　系統(tǒng)的軟件流程是：開機上電后初始化，然后單片機開始接收GPS模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，并判斷數(shù)據(jù)是否有效，若數(shù)據(jù)有效則顯示所需的信息，數(shù)據(jù)無效則等待直至收

85、到有效數(shù)據(jù)。在等待過程中，單片機響應鍵盤輸入的信息，但鍵盤輸入不是必須的。系統(tǒng)圖如圖5.1所示：</p><p>　　圖5-1系統(tǒng)總流程圖 </p><p>　　系統(tǒng)軟件由以下模塊組成：初始化模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和人機對話模塊。初始化模塊完成開機上電后對單片機和液晶顯示器初始化。對單片機設置串口工作模式和中斷工作模式；對液晶顯示器設置開機畫面和顯示模式。</p><p&g

86、t;　　數(shù)據(jù)處理模塊主要是從GPS模塊接收數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)的有效性，對有效數(shù)據(jù)進行相應的格式處理，然后等待送液晶顯示器顯示。數(shù)據(jù)處理模塊的工作從開機上電開始一直連續(xù)不斷的進行，直到關機為止。</p><p>　　人機對話模塊主要是相應的顯示器顯示。該部分完成從單片機讀數(shù)據(jù)到液晶顯示器和從液晶顯示器讀數(shù)據(jù)到單片機的雙向傳輸工作。</p><p>　　4.2軟件程序的編寫</p>

87、<p>　　4.2.1 初始化模塊</p><p><b>　　1．單片機</b></p><p>　　根據(jù)3.2對單片機串行通信的詳細介紹可知：</p><p>　　本設計選擇串行通信工作方式1并允許接收；選擇定時器1，模式2；根據(jù)波特率為4800b/s,計算出定時器計數(shù)初值；啟動定時器1；開總中斷、串口中斷。</p>

88、<p><b>　　2．液晶顯示</b></p><p>　　通過初始化函數(shù)LCMInit()進行初始化，然后又調用顯示字符串函數(shù)以便讓屏幕顯示"GPS Monitor V1.2"字樣，表示準備工作，接著延時400Ms然后調用清屏函數(shù)進行一次清屏。</p><p>　　4.2.2 數(shù)據(jù)處理模塊</p><p>　

89、　數(shù)據(jù)處理模塊負責處理從GPS模塊接收到的數(shù)據(jù)。由于這些數(shù)據(jù)格式符合NMEA 0183 ASCII碼接口協(xié)議，所以接收到的數(shù)據(jù)會轉換為需要的信息。</p><p><b>　　1．接收總流程圖</b></p><p>　　圖5-2 接收總流程圖</p><p>　　2．命令類型判斷流程圖（以 GPGGA為例）</p><p

90、>　　圖5-3 命令類型判斷流程圖 </p><p>　　當類型數(shù)據(jù)接收完畢，先判斷類型。本設計中有3種類型數(shù)據(jù)，即GPGGA、GPGSV、GPRMC。如果接收到的是GPGGA，則將命令類型置1，接收命令模式賦為2，逗號和位數(shù)均清空。 </p><p>　　3．GPGGA數(shù)據(jù)存儲流程圖</p><p>　　

91、圖5-4 GPGGA數(shù)據(jù)存儲流程圖</p><p>　　開始接收類型數(shù)據(jù)。此時，當逗號計數(shù)為2且位計數(shù)小于9，就將緯度數(shù)據(jù)一位一位存儲起來（存儲一位后RI便置0以接收下一位）。當接收數(shù)據(jù)為“，”時，則逗號計數(shù)加1為3同時位計數(shù)清空，如果位計數(shù)小于1，則將緯度方向數(shù)據(jù)一位一位存儲起來（同上）。當逗號計數(shù)再加1為4時同時位計數(shù)清空，這時位計數(shù)只要小于10，就將經(jīng)度數(shù)據(jù)一位一位存儲起來（同上）。依次類推，會順次將經(jīng)度方

92、向、定位判斷、定位使用的衛(wèi)星數(shù)、高度處理存儲起來。然后會接收到“*”，說明整句接收完成并將其置為結束模式。</p><p>　　同理可知，GPGSV、GPRMC語句的接收過程。</p><p>　　4.2.3 人機對話模塊</p><p>　　人機對話模塊主要是顯示器工作。顯示器經(jīng)過初始化、設置才能正確顯示信息，才能夠對輸入的信息顯示出來。這個要點在前面已有描述.&

93、lt;/p><p><b>　　1．顯示總流程圖</b></p><p>　　圖5-5 顯示流程圖</p><p>　　2．GPRSM信息顯示流程圖</p><p>　　圖5-6 GPRSM信息顯示流程圖</p><p>　　GPS接收機打開后，如果有GPS信號，首先檢測是否有按鍵切換顯示。如果沒有，

94、則屏幕顯示第一頁，反之顯示第二頁（這里只介紹第二頁顯示）。當接收有效數(shù)據(jù)為GPRMC，其數(shù)據(jù)均在第二業(yè)顯示，先顯示時間，然后如果GPS未定位，則屏幕第一行首末均顯示"---.-"；如果已定位，則顯示速度，接著顯示方位角，然后刷新計數(shù)器清空。同理可知，另外兩種命令顯示（均顯示在第二頁）。</p><p><b>　　3．頁面切換流程圖</b></p><

95、p>　　圖5-7頁面切換流程圖</p><p><b>　　4.3 代碼實現(xiàn)</b></p><p>　　單片機開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，用于MCS-51單片機的匯編軟件有早期的A5

96、1，隨著單片機開發(fā)技術的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境將這些部份組合在一起。運行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以

97、上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。所以本設計使用C語言編程。</p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　本課題是在了解了當前GPS導航系統(tǒng)的條件下，自行開發(fā)一套GPS接收機。</p><p>　　GPS接收機的開發(fā)和研制，主要是了解GPS的原理，熟悉GPS接收機的工作原理及其各部分工

98、作流程。GPS信號處理這一塊由GR-87實現(xiàn)，通過GR-87與MCS-51兼容系列單片機串口相連，配備了所需的外圍電路，同時配有液晶顯示器，可以顯示字符，并詳細介紹了該GPS接收機的硬件和軟件設計。開發(fā)的GPS接收機已經(jīng)可以正常工作，同時顯示的定位精度和定位速度等各方面的指標都滿足要求。通過實驗模擬仿真，結合本課題的人機界面、參數(shù)設置與計算等，能夠滿足課題要求，可以實現(xiàn)導航功能。</p><p>　　通過本課題的

99、完成，我對GPS的原理有了深入的理解，熟練地掌握了GPS接收機的工作原理。同時，我對單片機的應用有了更深入的掌握，提高了單片機外圍電路設計和軟件設計的經(jīng)驗的能力。這些對我今后的工作的提高都有所幫助。</p><p>　　同時，由于水平有限和時間問題，有許多不足。沒有進行誤差分析，定位數(shù)據(jù)可能有誤差，這有待改進和提高。</p><p><b>　　謝 辭</b><

100、/p><p>　　在此，首先，我要感謝老師！老師學識淵博、治學嚴謹、耐心細致。在畢業(yè)設計期間，無論是在資料的查找、原理的講解，還是在做人處世的風格上，都讓我受益匪淺，得到的啟示是難以詳盡。在這里我要向老師表示最忠心最誠摯地感謝！我有很多基礎理論知識掌握不牢，一面幫我查缺補露，一面發(fā)揮我的特長，讓我的課題能夠順利有序地進行到滿足要求。</p><p>　　其次，我還要感謝我們課題組的***等同學

101、，在共同的學習中，我們互幫互助，愉快地完成了畢業(yè)設計！</p><p>　　此外,還要感謝以前的代課老師,他們在各方面都給于了我不少幫助,愿他們工作愉快,身體健康!</p><p>　　最后，向在這三年期間幫助過、關心過我的老師和同學致以忠心地感謝！愿大家身體健康、工作愉快輕松、生活幸福安康！謝謝大家！</p><p><b>　　參考文獻</b&g

102、t;</p><p>　　[1]劉基余, 李征航等. 全球定位系統(tǒng)原理及應用. 北京: 測繪出版社,1993</p><p>　　[2]洪大永. GPS全球定位系統(tǒng)技術及應用. 福建: 廈門大學出版社,1998</p><p>　　[3]張守信. GPS衛(wèi)星測量定位理論與應用. 長沙: 國防科技大學出版社,1996</p><p>　　[4]

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108、;p><b>　　外文資料翻譯</b></p><p>　　1.GPS obtains the wide-spread application, but it still had the insufficiency. GPS has become a global high and new technology industry, which is one kind of inform

109、ation infrastructure and is entering people's daily life gradually. The existence insufficiency is very obvious, it is the system which controls by military,and it is impossible at any time any place guarantee civil;

110、 In the bustling streets, the jungle, or in the mask and the environment bad situation, its usability is restricted; Th</p><p>　　2.GLONASS receives the attention,but it is actually disappointing. GLONASS on

111、ce gave people the very optimistic scene, the reality is heartless because of the economical and the technical dual reasons, which enable it only works incompletely, now only has the insufficiency ten star work, and is

112、 very unstable.</p><p>　　3.Galileoi forestalls opponent by a show of strength, with GPS combination application for overall mentality. The Galileo plan lifts up high the pure civil flag, feels relieved for t

113、he human with the security sense. Moreover its announce publicly and the GPS compatible interaction, strengthened its attraction and the competitive power, as well as service guarantee pledge. The richly colorful service