【正文】 四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計報告 1 前 言 隨著時代的發(fā)展，先進的科學(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，推動著社會的進步。全球定位系統(tǒng) GPS 是美國從 20 世紀 70 年代開始研制，在 1994 年建成，以接收導(dǎo)航衛(wèi)星信號為基礎(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)實時高精度的實時時間、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)的不斷改進和完善，它的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)粩嗟財U大，必將成為信息時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 遠程終端控制設(shè)備等，但是他們的價格比較昂貴。本設(shè)計使用低功耗的 AT89S52單片機、 GPS衛(wèi)星定位模塊和 LCD12864液晶顯示模塊來實現(xiàn)對 GPS 定位信息的計算和顯示。 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)計中我用軟件只對 GPRMC（最小定位信息）和 GPGGA（ GPS 定位信息）進行了解析，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)計思路清晰、結(jié)構(gòu)簡易、性價比高，對研究 GPS 定位系統(tǒng)二次開發(fā)有重要作用。 四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計報告 2 本設(shè)計主要由電源電路、復(fù)位電路、時鐘電路、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)位電路用于單片機的初始化操作，時鐘電路用于是單片機工作在統(tǒng)一的時鐘脈沖。 GPS 接收模塊由 GPS 接收電路和 GPS 接收天線組成。 GPS 接收機用于接收 GPS 衛(wèi)星信號，并將接收到的信息通過串口 通信方式發(fā)送到單片機中。單片機通過軟件程序?qū)邮盏降?GPS 定位信息進行計算解析，并將解析的結(jié)果通過 LCD12864 顯示。系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖 1所示： AT89S52時鐘電路LCD12864顯示模塊電路GPS接 收模塊復(fù)位電路串口通信電路電源電路 圖 1 系統(tǒng)設(shè)計框圖 AT89S52 單片機結(jié)構(gòu)和原理 AT89S52 單片機功能特性 AT89S52 單片機是一種低功耗、高性能 COMS8 位控制器，具有 8K 可編程 Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(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，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。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、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計報告 3 中斷或硬件復(fù)位為止。 AT89S52 引腳分布圖如圖 2 所示： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 4 J u n 2 0 11 S he e t o f F i l e : E : \汽車課設(shè)等 \ 2 01 1 年 6 月課程設(shè)計 \ G P S 定位系統(tǒng)設(shè)計 \ G P S 定位系統(tǒng) .D d bD r a w n B y:R S T9X T A L 218X T A L 119GND20P 2. 0 ( A 8 )21P 2. 1 ( A 9 )22P 2. 2 ( A 1 0)23P 2. 3 ( A 1 1)24P 2. 4 ( A 1 2)25P 2. 5 ( A 1 3)26P 2. 6 ( A 1 4)27P 2. 7 ( A 1 5)28P S E N29A L E ( P R O G )30E A ( V P P )31P 0. 7 ( A D 7)32P 0. 6 ( A D 6)33P 0. 5 ( A D 5)34P 0. 4 ( A D 4)35P 0. 3 ( A D 3)36P 0. 2 ( A D 2)37P 0. 1 ( A D 1)38P 0. 0 ( A D 0)39V C C40P 1. 0 ( T 2)1P 1. 1 ( T 2E X )2P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 5 ( M O S I )6P 1. 6 ( M I S O )7P 1. 7 ( S C K )8P 3. 0 ( R X D )10P 3. 1 ( T X D )11P 3. 2 ( I N T 0 )12P 3. 3 ( I N T 1 )13P 3. 4 ( T 0)14P 3. 5 ( T 1)15P 3. 6 ( W R )16P 3. 7 ( R O )17J?8 9S 5 2 圖 2 AT89S52 引腳分布圖 AT89S52 主要性能： ★ 與 MCS51單片機產(chǎn)品兼容 ★ 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 ★ 1000 次擦寫周期 ★ 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz ★ 三級加密程序存儲器 ★ 32個可編程 I/O 口線 ★ 三個 16 位定時器 /計數(shù)器 ★ 八個中斷源 ★ 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 ★ 看門狗定時器 ★ 雙數(shù)據(jù)指針 ★ 掉電標(biāo)識符 四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計報告 4 復(fù)位控制電路原理 復(fù)位是單片機的初始化操作，單片機在上電啟動運行 時，都需要先復(fù)位。其作用是使單片機和其他部件都處于一個確定的初始化狀態(tài)，并從這個工作狀態(tài)開始工作。但是單片機自身不能自動進行復(fù)位，必須使用外部復(fù)位電路來實現(xiàn)單片機的復(fù)位。 單片機的外部復(fù)位電路有上電自動復(fù)位電路和按鍵手動復(fù)位電路兩種。我們采用的是按鍵手動復(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 22uf 電容重新充電， REST 引腳端出現(xiàn)復(fù)位正脈沖。其持續(xù)時間取決于 RC 電路時間常數(shù)。復(fù)位控制電路圖如圖 3 所示： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT itl eN u m be r R e v i s io nS iz eBD a t e : 1 2 J u n 2 0 11 S he e t o f F ile : F :\我的 p ro te l\客車超員自動檢測系統(tǒng) \超員自動檢測 .D d bD ra w n B y:C12 2u fS1S W P BR31 0KR12 00V C CR E S T 圖 3 復(fù)位 控制電路圖 時鐘控制電路原理 單片機的工作是在統(tǒng)一的時鐘脈沖控制下進行的，這個時鐘脈沖由單片機時鐘電路發(fā)出，單片機的時鐘產(chǎn)生有內(nèi)部時鐘和外部時鐘兩種，我們采用的是內(nèi)部時鐘方式。 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)部時鐘電路。外接晶振時， C4 和 C5 的值通常選擇為 15PF— 33PF 之間，電容對頻率有微調(diào)作用。時鐘控制電路圖如圖 4所示： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 2 J u n 2 0 11 S he e t o f F i l e : F : \我的 p r o t e l \客車超員自動檢測系統(tǒng) \超員自動檢測 .D d bD r a w n B y:C43 0pC53 0pY21 1. 0 59 2 MX1X2 圖 4 時鐘控制電路圖 四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計報告 5 GPS 結(jié)構(gòu)組成 全球定位系統(tǒng)（ Global Positioning System） GPS 是美國第二代衛(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 ， 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)組成圖如圖 5所示： 圖 5 GPS 結(jié)構(gòu)組成圖 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個軌道