【正文】 四 川 理 工 學 院 畢 業(yè) 設 計（論 文）說 明 書 題 目： 基于單片機的 GPS設計 系 別： 電子與信息工程系 專業(yè)班級： 自 動 化 2 班 學生姓名： 潘 越 指導教師： 方 寧 教 研 室： 自 動 化 教 研 室 提交時間： 2020 年 6 月 13日 潘越： 基于單片機的 GPS 設計 I 摘 要 本 設計 詳細介紹了一種基于單片機、 GPS 接收模塊、 1602 液晶屏等 器件 的 GPS 實時顯示功能的 實現(xiàn)。分別從硬件 和軟件實現(xiàn)等方面對 設計 作了詳細的闡述 ，并且結合硬件的特點研究了 MCS－ 51 系列單片機如何與 GPS接收模塊實現(xiàn)串行通信， 該系統(tǒng)是根據(jù) GPS 模塊數(shù)據(jù)輸出 基本原理設計而成的 。是一臺 體積小巧、攜帶方便 、可以獨立使用的全天候?qū)崟r 的 定位導航設備 。 關鍵詞： 單片機 ； GPS； 1602 液晶屏 ； 串行通信 ； 四川理工學院本科畢業(yè)（設計）論文 II ABSTRACT The desingn of GPS(Global Positioning System )portable receiver is introduced in receiver has been realized on the basis of MCU,GPS receiver and 1602LCD screen system is discussed in two aspects,software and is widely used in traveling,navigations,land surveys,prospecting and many other it is designed based on principles of GPS ,which is small bulk,easy to take and can be independently used. KEY WORDS: GPS(Global Positioning System )； MCU51； 1602LCD screen 潘越： 基于單片機的 GPS 設計 III 目 錄 摘 要 .................................................. I ABSTRACT ............................................... II 第 1 章 引 言 ............................................ 1 課題的背景及意義 ................................... 1 總體方案的設計 ..................................... 2 第 2 章 GPS 全球定位系統(tǒng)介紹與接收 GPS 定位信號方案 ......... 4 GPS 全球定位系統(tǒng)及 GPS 接收模塊的研究 ............... 4 GPS 全球定位系統(tǒng) ............................... 4 GPS 接收模塊的研究 ............................. 8 接收 GPS 定位信號方案 .............................. 9 第 3 章 基于單片機的 GPS 硬件設計 ......................... 10 基于單片機的 GPS 硬件總體結構 ...................... 10 基于單片機的 GPS 設計硬件部分介紹 .................. 11 AT89S51 微處理器主要性能 ...................... 11 SERF GS1100 GPS 信號接收模塊介紹 .............. 12 1602 液晶顯示模塊介紹 ......................... 13 電平轉換電路介紹 .............................. 16 電源 ......................................... 17 基于單片機的 GPS 硬件連接介紹 ...................... 17 第 4 章 基于單片機的 GPS 軟件設計 ......................... 19 GPS NAEA 0183 數(shù)據(jù)格式介紹 ........................ 19 基于單片機的 GPS 軟件開發(fā)環(huán)境 ...................... 20 程序編譯環(huán)境―― Keil uVision2 ................. 20 串口通信調(diào)試工具―― COMPort Debuger ...... 21 單片機程序編程軟件―― ............. 22 GPS 接收模塊調(diào)試軟件 —— uNav Analyzer ......... 23 基于單片機的 GPS 軟件設計思路 ...................... 25 各模塊軟件設計 ................................... 26 串口初始化模塊 ............................... 26 液晶模塊初始化模塊 ........................... 27 數(shù)據(jù)接收模塊 ................................. 28 四川理工學院本科畢業(yè)（設計）論文 IV 數(shù)據(jù)格式調(diào)整送顯模塊 .......................... 30 第五章 設計過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法 ................... 35 液晶屏無顯示 ..................................... 35 GPS 模塊送出數(shù)據(jù)單片機不能接收 .................... 35 第六章 總結 ............................................ 37 致 謝 .................................................. 38 參考文獻 ............................................... 39 附 錄一 ................................................ 40 附 錄二 ................................................ 41 潘越： 基于單片機的 GPS 設計 1 第 1 章 引 言 課題的背景及意義 1978 年 2 月 22 日第一顆 GPS 試驗衛(wèi)星的入軌運行，開創(chuàng)了以導航衛(wèi)星為動態(tài)已知點的無線電導航定位的新時代。 GPS 衛(wèi)星所發(fā)送的導航定位信號，是一種可供無數(shù)用戶共享的空間信息資源。陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要持有一種能夠接收、跟蹤、變換和測量 GPS 信號的接收機 ，就可以全天時、全天候和全球性地測量運動載體的七維狀態(tài)參 數(shù)和三維狀態(tài)參數(shù)。其用途之廣，影響之大，是任何其他無線電 接收設備望塵莫及的。不僅如此， GPS 衛(wèi)星的入軌運行 ，還為大地測量學、地球動力學、地球物理學、天體力學、載人航天學、全球海洋學和全球氣象學提供了一種高精度、全天時、全天候的測量新技術。 縱 觀現(xiàn)狀， GPS 技術有下述用途。 技術的陸地應用 各種車輛的行駛狀態(tài)監(jiān)控；旅游者或旅游車的景點導游；應急車輛（如公安、急救車等）的快速引導行駛；高精度時間比對和頻率控制；大氣物理觀測；地球物理資源勘探；工程建設的施工放樣測量；大型建筑和煤氣田的沉降檢測；板內(nèi)運動狀 態(tài)和地殼形變測量；陸地以及海洋大地測量基準的測定；工程、區(qū)域、國家等各種類型大地測量控制網(wǎng)的測量和建設；請求救援在途實時報告；引導盲人行走；平整路面的實時監(jiān)控，精細農(nóng)業(yè) 。 技術的海洋應用 遠洋船舶的最佳航線測定；遠洋船隊在途中航行的實時調(diào)度和監(jiān)測；內(nèi)河船只的實時調(diào)度和自主導航測量；海洋救援的搜索和定點測量；遠洋漁船的結隊航行和作業(yè) 調(diào)度；海洋油氣平臺的就位和復位測定；海底沉船位置的精確探測；海底管道鋪設測量；海岸地球物理勘探 ；水文測量；海底大地測量控制網(wǎng)的布測；海底地形的精細測量；船運貨物失竊報警； 凈四川理工學院本科畢業(yè)（設計）論文 2 化海洋（如海洋溢油的跟蹤報告）；海洋糾紛或海損事故的定點測定；浮筒拋設和暗礁爆破等海洋工程的精確定位；港口交通管制；海洋災難檢測。 技術的航空應用 民航飛機的在途自主導航；飛機精密著陸；飛機空中加油控制；飛機編隊飛行的安全保護；航空援救的搜索和定點測量；機載地球物理勘探；飛機探測災區(qū)大小和標定測量；攝影和遙感飛機的七維狀態(tài)參數(shù)和三維姿態(tài)參數(shù)測量。 4． GPS 技術的航天應用 低軌道通訊衛(wèi)星群的實時軌道測量；衛(wèi)星入軌和衛(wèi)星回收的實時點位測量；載入航天器的在軌防護探測；星載 GPS 的遮掩天體大小和大氣參 數(shù)測量；對地觀測衛(wèi)星的七維狀態(tài)參數(shù)和三維姿態(tài)參數(shù)測量。 由此可見 GPS 技術已經(jīng)延伸到各個領域的方方面面，但是要完成以上所述的各種用途，最基本的就是要具備能夠接收 GPS 信號并且能夠調(diào)制輸出的設備， 而設備最基本的功能就是能顯示當時所處地點的經(jīng)緯度以及 UTC標準時間?，F(xiàn)在世面上已經(jīng)有許多基于 GPS 接收模塊所開發(fā)的產(chǎn)品， GPS 手持機、車載 GPS 導航儀等等，雖然其功能強大，如車載 GPS 導航系統(tǒng)都帶有大比例尺地圖，但價格都比較昂貴，而且對于普通應用完全沒有必要 。所以基于這種情況本次設計針對普通用戶使用 GPS 的切實需要， 設計并制作實現(xiàn)了基于單片機采集與顯示 GPS 定位信息的低成本手持 GPS 設備。 總體方案的 設計 該手持 GPS 設備 硬件 主要由 GPS 信號接收部分（ SERF GS1100 GPS 信號接收模塊 ）、控制芯片（ AT89S51 單片機）、顯示部分（ 1602LCM 液晶顯示模塊）、電平轉換電路（ MAX232）構成。 GPS 接收模塊將收到的 GPS 衛(wèi)星導航電文調(diào)制解碼，轉換為標準格式后潘越： 基于單片機的 GPS 設計 3 送到電平轉換電路再由 MAX232 芯片進行 RS232—— TTL 的電平轉換，再 送給單片機 串口接收，當單片機收到 GPS 發(fā)送過來的導航電文后，經(jīng)過 片內(nèi)程序的識別篩選，將篩選出來的導航電文送到顯示模塊，并且最后通過液晶顯示器按照 要求的編排 格式 所 顯示。 四川理工學院本科畢業(yè)（設計）論文 4 第 2 章 GPS 全球定位系統(tǒng)介紹與接收 GPS 定位信號方案 GPS 全球定位系統(tǒng)及 GPS 接收模塊的研究 GPS 全球定位系統(tǒng) 全球定位系統(tǒng) (GPS)是本世紀 70 年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。其主要目的是為陸、海、空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應急通訊等一些軍事目的，是美國獨霸全球戰(zhàn)略的重要組成。經(jīng)過 20 余年的研究實驗，耗資 300 億美元，到 1994 年 3 月，全球覆蓋率高達 98%的 24 顆 GPS 衛(wèi)星星座己布設完成。 全球定位系統(tǒng)由三部分構成： (1)地面控制部分，由主控站 (負責管理、協(xié)調(diào)整個地面控制系統(tǒng)的工作 )、地面天線 (在主控站的控制下，向衛(wèi)星注入尋電文 )、監(jiān)測站 (數(shù)據(jù)自動收集中心 )和通訊輔助系統(tǒng) (數(shù)據(jù)傳輸 )組成；(2)空間部分，由 24 顆衛(wèi)星組成，分布在 6 個道平面上； (3)用戶裝置部分， 主要由 GPS 接收機和衛(wèi)星天線組成。 其系統(tǒng)的結構框圖如圖 2－ 1 所示 。 GPS 星座 GPS 信號接收機 地面監(jiān)控系統(tǒng) 注入信號 GPS 信號 GPS 信號 潘越： 基于單片機的 GPS 設計