【正文】 四 川 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）說 明 書 題 目： 基于單片機(jī)的 GPS設(shè)計(jì) 系 別： 電子與信息工程系 專業(yè)班級(jí)： 自 動(dòng) 化 2 班 學(xué)生姓名： 潘 越 指導(dǎo)教師： 方 寧 教 研 室： 自 動(dòng) 化 教 研 室 提交時(shí)間： 2020 年 6 月 13日 潘越： 基于單片機(jī)的 GPS 設(shè)計(jì) I 摘 要 本 設(shè)計(jì) 詳細(xì)介紹了一種基于單片機(jī)、 GPS 接收模塊、 1602 液晶屏等 器件 的 GPS 實(shí)時(shí)顯示功能的 實(shí)現(xiàn)。分別從硬件 和軟件實(shí)現(xiàn)等方面對(duì) 設(shè)計(jì) 作了詳細(xì)的闡述 ，并且結(jié)合硬件的特點(diǎn)研究了 MCS－ 51 系列單片機(jī)如何與 GPS接收模塊實(shí)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(shè)計(jì)而成的 。是一臺(tái) 體積小巧、攜帶方便 、可以獨(dú)立使用的全天候?qū)崟r(shí) 的 定位導(dǎo)航設(shè)備 。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī) ； GPS； 1602 液晶屏 ； 串行通信 ； 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）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(jī)的 GPS 設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì) ..................................... 2 第 2 章 GPS 全球定位系統(tǒng)介紹與接收 GPS 定位信號(hào)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(hào)方案 .............................. 9 第 3 章 基于單片機(jī)的 GPS 硬件設(shè)計(jì) ......................... 10 基于單片機(jī)的 GPS 硬件總體結(jié)構(gòu) ...................... 10 基于單片機(jī)的 GPS 設(shè)計(jì)硬件部分介紹 .................. 11 AT89S51 微處理器主要性能 ...................... 11 SERF GS1100 GPS 信號(hào)接收模塊介紹 .............. 12 1602 液晶顯示模塊介紹 ......................... 13 電平轉(zhuǎn)換電路介紹 .............................. 16 電源 ......................................... 17 基于單片機(jī)的 GPS 硬件連接介紹 ...................... 17 第 4 章 基于單片機(jī)的 GPS 軟件設(shè)計(jì) ......................... 19 GPS NAEA 0183 數(shù)據(jù)格式介紹 ........................ 19 基于單片機(jī)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(jī)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(jī)的 GPS 軟件設(shè)計(jì)思路 ...................... 25 各模塊軟件設(shè)計(jì) ................................... 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(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 IV 數(shù)據(jù)格式調(diào)整送顯模塊 .......................... 30 第五章 設(shè)計(jì)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(jī)不能接收 .................... 35 第六章 總結(jié) ............................................ 37 致 謝 .................................................. 38 參考文獻(xiàn) ............................................... 39 附 錄一 ................................................ 40 附 錄二 ................................................ 41 潘越： 基于單片機(jī)的 GPS 設(shè)計(jì) 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(yàn)衛(wèi)星的入軌運(yùn)行，開創(chuàng)了以導(dǎo)航衛(wèi)星為動(dòng)態(tài)已知點(diǎn)的無線電導(dǎo)航定位的新時(shí)代。 GPS 衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航定位信號(hào)，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(cè)量 GPS 信號(hào)的接收機(jī) ，就可以全天時(shí)、全天候和全球性地測(cè)量運(yùn)動(dòng)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(shè)備望塵莫及的。不僅如此， GPS 衛(wèi)星的入軌運(yùn)行 ，還為大地測(cè)量學(xué)、地球動(dòng)力學(xué)、地球物理學(xué)、天體力學(xué)、載人航天學(xué)、全球海洋學(xué)和全球氣象學(xué)提供了一種高精度、全天時(shí)、全天候的測(cè)量新技術(shù)。 縱 觀現(xiàn)狀， GPS 技術(shù)有下述用途。 技術(shù)的陸地應(yīng)用 各種車輛的行駛狀態(tài)監(jiān)控；旅游者或旅游車的景點(diǎn)導(dǎo)游；應(yīng)急車輛（如公安、急救車等）的快速引導(dǎo)行駛；高精度時(shí)間比對(duì)和頻率控制；大氣物理觀測(cè)；地球物理資源勘探；工程建設(shè)的施工放樣測(cè)量；大型建筑和煤氣田的沉降檢測(cè)；板內(nèi)運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)和地殼形變測(cè)量；陸地以及海洋大地測(cè)量基準(zhǔn)的測(cè)定；工程、區(qū)域、國(guó)家等各種類型大地測(cè)量控制網(wǎng)的測(cè)量和建設(shè)；請(qǐng)求救援在途實(shí)時(shí)報(bào)告；引導(dǎo)盲人行走；平整路面的實(shí)時(shí)監(jiān)控，精細(xì)農(nóng)業(yè) 。 技術(shù)的海洋應(yīng)用 遠(yuǎn)洋船舶的最佳航線測(cè)定；遠(yuǎn)洋船隊(duì)在途中航行的實(shí)時(shí)調(diào)度和監(jiān)測(cè)；內(nèi)河船只的實(shí)時(shí)調(diào)度和自主導(dǎo)航測(cè)量；海洋救援的搜索和定點(diǎn)測(cè)量；遠(yuǎn)洋漁船的結(jié)隊(duì)航行和作業(yè) 調(diào)度；海洋油氣平臺(tái)的就位和復(fù)位測(cè)定；海底沉船位置的精確探測(cè)；海底管道鋪設(shè)測(cè)量；海岸地球物理勘探 ；水文測(cè)量；海底大地測(cè)量控制網(wǎng)的布測(cè)；海底地形的精細(xì)測(cè)量；船運(yùn)貨物失竊報(bào)警； 凈四川理工學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 2 化海洋（如海洋溢油的跟蹤報(bào)告）；海洋糾紛或海損事故的定點(diǎn)測(cè)定；浮筒拋設(shè)和暗礁爆破等海洋工程的精確定位；港口交通管制；海洋災(zāi)難檢測(cè)。 技術(shù)的航空應(yīng)用 民航飛機(jī)的在途自主導(dǎo)航；飛機(jī)精密著陸；飛機(jī)空中加油控制；飛機(jī)編隊(duì)飛行的安全保護(hù)；航空援救的搜索和定點(diǎn)測(cè)量；機(jī)載地球物理勘探；飛機(jī)探測(cè)災(zāi)區(qū)大小和標(biāo)定測(cè)量；攝影和遙感飛機(jī)的七維狀態(tài)參數(shù)和三維姿態(tài)參數(shù)測(cè)量。 4． GPS 技術(shù)的航天應(yīng)用 低軌道通訊衛(wèi)星群的實(shí)時(shí)軌道測(cè)量；衛(wèi)星入軌和衛(wèi)星回收的實(shí)時(shí)點(diǎn)位測(cè)量；載入航天器的在軌防護(hù)探測(cè)；星載 GPS 的遮掩天體大小和大氣參 數(shù)測(cè)量；對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星的七維狀態(tài)參數(shù)和三維姿態(tài)參數(shù)測(cè)量。 由此可見 GPS 技術(shù)已經(jīng)延伸到各個(gè)領(lǐng)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(hào)并且能夠調(diào)制輸出的設(shè)備， 而設(shè)備最基本的功能就是能顯示當(dāng)時(shí)所處地點(diǎn)的經(jīng)緯度以及 UTC標(biāo)準(zhǔn)時(shí)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(jī)、車載 GPS 導(dǎo)航儀等等，雖然其功能強(qiáng)大，如車載 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)都帶有大比例尺地圖，但價(jià)格都比較昂貴，而且對(duì)于普通應(yīng)用完全沒有必要 。所以基于這種情況本次設(shè)計(jì)針對(duì)普通用戶使用 GPS 的切實(shí)需要， 設(shè)計(jì)并制作實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)采集與顯示 GPS 定位信息的低成本手持 GPS 設(shè)備。 總體方案的 設(shè)計(jì) 該手持 GPS 設(shè)備 硬件 主要由 GPS 信號(hào)接收部分（ SERF GS1100 GPS 信號(hào)接收模塊 ）、控制芯片（ AT89S51 單片機(jī)）、顯示部分（ 1602LCM 液晶顯示模塊）、電平轉(zhuǎn)換電路（ MAX232）構(gòu)成。 GPS 接收模塊將收到的 GPS 衛(wèi)星導(dǎo)航電文調(diào)制解碼，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)格式后潘越： 基于單片機(jī)的 GPS 設(shè)計(jì) 3 送到電平轉(zhuǎn)換電路再由 MAX232 芯片進(jìn)行 RS232—— TTL 的電平轉(zhuǎn)換，再 送給單片機(jī) 串口接收，當(dāng)單片機(jī)收到 GPS 發(fā)送過來的導(dǎo)航電文后，經(jīng)過 片內(nèi)程序的識(shí)別篩選，將篩選出來的導(dǎo)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(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 4 第 2 章 GPS 全球定位系統(tǒng)介紹與接收 GPS 定位信號(hào)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(jì) 70 年代由美國(guó)陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，是美國(guó)獨(dú)霸全球戰(zhàn)略的重要組成。經(jīng)過 20 余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資 300 億美元，到 1994 年 3 月，全球覆蓋率高達(dá) 98%的 24 顆 GPS 衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。 全球定位系統(tǒng)由三部分構(gòu)成： (1)地面控制部分，由主控站 (負(fù)責(zé)管理、協(xié)調(diào)整個(gè)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(cè)站 (數(shù)據(jù)自動(dòng)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(gè)道平面上； (3)用戶裝置部分， 主要由 GPS 接收機(jī)和衛(wèi)星天線組成。 其系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 2－ 1 所示 。 GPS 星座 GPS 信號(hào)接收機(jī) 地面監(jiān)控系統(tǒng) 注入信號(hào) GPS 信號(hào) GPS 信號(hào) 潘越： 基于單片機(jī)的 GPS 設(shè)計(jì)