【正文】 序，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制系統(tǒng)的初始化，控制 GPS 器件完成 7 數(shù)據(jù)的采集 ,進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào) 處理，并通過單片機(jī)接口輸出至液晶顯示模塊顯示必要的數(shù)據(jù) 。利用其串行接口接收 SiRF Star II GPS 接收模塊輸出的 NMEA0183 語(yǔ)句數(shù)據(jù)，并將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選和處理后發(fā)送到 OLED 液晶顯示器顯示。 6 圖 GPS 接收模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu) 總體方案的設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)要求通過單片機(jī)控制 GPS 器件實(shí)現(xiàn)定位 信息 顯示功能。 GPS 接收模塊通 過它的 接收天線獲取衛(wèi)星信號(hào)， 經(jīng) 過變頻、放大、濾波、相關(guān)、混頻等一系列處理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)天線視界內(nèi)衛(wèi)星的跟蹤、鎖定和測(cè)量。 第二種方案是選擇成品的 GPS 接收模塊，采用這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是由于現(xiàn)階段 GPS接收模塊的制造技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成 熟，性能穩(wěn)定并且使用非常方便，定位成功后直接就可以通過模塊 輸出 GPS 相關(guān) 信息。實(shí)驗(yàn)表明，利用差分 GPS，定位 精度可提高到 5 米。 由于衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星時(shí)鐘存在誤差，大氣對(duì)流層、電離層對(duì)信號(hào)的影響，以及人為的 SA 保護(hù)政策，使得民用 GPS 的定位精度只有 100 米。 24 顆 GPS 衛(wèi)星在離地面 2 萬(wàn)公里的高空上，以 12 小時(shí)的周期環(huán)繞地球運(yùn)行，使得在任意時(shí)刻，在地面上的任意一點(diǎn)都可以同時(shí) 接收到 6 顆以上 GPS 衛(wèi)星的定位信息。1989 年 2 月 14 日，第一顆 GPS 工作衛(wèi)星的發(fā)射成功，宣告 GPS 系統(tǒng)進(jìn)入了生產(chǎn)作業(yè)階段。 (2) 空間部分，由 24 顆衛(wèi)星組成，分布在 6 個(gè) 軌 道平面上 。 在此次設(shè)計(jì)過程中，主要熟悉所選用的 GPS 接收模塊的 性能指標(biāo)，學(xué)習(xí) NMEA 封包并懂得 如何 使用 NMEA 輸出命令，結(jié)合單片機(jī) 的相關(guān)知識(shí)能實(shí)現(xiàn)對(duì) GPS 接收到的衛(wèi)星信息進(jìn)行提取，并在液晶顯示器上選擇性的顯示需要的數(shù)據(jù)。 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 這種 設(shè)備最基本的功能就是能 夠 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。 GPS 技術(shù)的陸地應(yīng)用 GPS 技術(shù)在陸地上的開發(fā)應(yīng)用可 以體現(xiàn)在許多方面，如： 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 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)等 。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 的 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)。 分別從硬件 設(shè)計(jì) 和軟件 設(shè)計(jì) 等方面對(duì) 其 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。 I 基于單片機(jī)的 GPS 定位信息顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì) 中 文 摘 要 GPS 全球定位系統(tǒng)在實(shí)際生活中被廣泛應(yīng)用，是當(dāng)今信息時(shí)代發(fā)展中的重要組成部分。 它 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。其用途 之廣，影響之大，是 其他無線電接收 裝置都 望塵莫及的。 GPS 技術(shù)的海洋應(yīng)用 GPS 技術(shù)在海洋方面有著極其重要的作用，比如： 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；凈化海洋；海洋糾紛或海損事故的定點(diǎn)測(cè)定；港口交通管制；海洋災(zāi)難檢測(cè) 等 。現(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， 如 GPS 手持機(jī)、車載 GPS 導(dǎo)航儀等等，雖然其功能強(qiáng)大，但價(jià)格 相對(duì)而言 比較昂貴，而且對(duì)于普通應(yīng)用 沒有必要。 3 第二章 GPS 定位信息顯示 系統(tǒng) 方案設(shè)計(jì) GPS 全球定位系統(tǒng)簡(jiǎn)介 全球定位系統(tǒng) (GPS)是本世紀(jì) 70 年代由美國(guó)陸海空三軍聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。 (3) 用戶裝置部分，主要由 GPS 接收機(jī)和衛(wèi)星天線組成 [3]。 GPS 系統(tǒng)經(jīng)過 16 年 的發(fā)射試驗(yàn)衛(wèi) 星，到開發(fā) GPS 信號(hào)應(yīng)用，進(jìn)而發(fā)射工作衛(wèi)星，終于在 1994 年 3 月建成了信號(hào)覆蓋率達(dá)到了 98％ 的 GPS 工作星座，它由 24 顆 Block2衛(wèi)星衛(wèi)星組成。只要有 4 顆衛(wèi)星的定位信息， GPS 接收機(jī)就能向用戶提供三維坐標(biāo)、時(shí)間及移動(dòng)速度等信息參數(shù)。美國(guó)政府宣布 從 2021 年起 ，在保證美國(guó)國(guó)家安全不受威脅的前提下，取消 SA 政策， GPS 民用信號(hào)精度在全球 5 范圍內(nèi)得到改善，利用 C/A 碼進(jìn)行單點(diǎn)定位的精度由 100 米提高到 20 米 。 GPS 信號(hào)接收 方案 選擇 要實(shí)現(xiàn)在液晶顯示器上顯示出接收到的 GPS 數(shù)據(jù) 信息，首先要實(shí)現(xiàn) GPS 信號(hào)的接收。并且在經(jīng)過大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)后價(jià)格已經(jīng) 能被我們所接受，這樣的模塊在市面上也能夠 容易的購(gòu)買到。在獲取了衛(wèi)星的位置信息和測(cè)算出衛(wèi)星信號(hào)傳播時(shí)間之后，即可計(jì)算出天線位置。在這里使用常見的 MCS51 型單片機(jī)作為處理器，利用 MCS51 單片機(jī)的串行接口接收 SiRF Star II GPS信號(hào)接收模塊 輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)，并通過軟件方法篩選出其中有用的定位數(shù)據(jù)，最后通過單片機(jī)的并行接口輸出至液晶顯示模塊顯示的方案。 外圍電路：外圍電路一部分是由 GPS 接收器件及其輔助電路組成，一部分是 OLED液晶顯示模塊的電源電路和顯示電路。 由 此 可知： GPS 接收模塊將接收到的 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，送給單片機(jī) ，當(dāng)單片機(jī) 接 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 顯示出來。 該器件采用 ATMEL 高 密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51 指令集和輸出管腳相兼容 [4]。 (4) 可編程輸入 /輸出引腳（ 32 根） ： 10 STC89C516RD+單片機(jī)有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別 為 P0、 P P P3 口，每個(gè)口有 8 根引腳 ，共 32 根。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn) 生。 外部方式的時(shí)鐘電路如圖 （ b） 所示， RXD 接地， TXD 接外部振蕩器。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從0000H 單元開始執(zhí)行程序。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù) 24 個(gè)振蕩周期 (即二個(gè)機(jī)器周期 )以上。 12 SiRF Star II GPS 信號(hào)接收模塊 該設(shè)計(jì)中 GPS 信號(hào)接收模塊所選用的是 SiRF Star II GPS 接收模塊，該模塊是由美國(guó)瑟孚科技有限公司所生產(chǎn)。 該模塊 天線采用的是體積小、可靠性高、靈敏度高的微帶天線，該天線封裝在 模塊內(nèi)部 ，更進(jìn)一步的提高了整個(gè)模塊的可靠性。 GRF2i 主要由片內(nèi)壓控振蕩器和基準(zhǔn)振蕩器、集成中頻濾波器 (IF)、集成 LNA 和數(shù)字接口等組成。 將 IF 濾波器集成到射頻芯片內(nèi)而無需新增外部濾波器 , 從而進(jìn)一步降低了元件的數(shù)目并增加了可靠性。但 OLED 屏幕卻具備了許多 LCD 不可比擬 的優(yōu)勢(shì)。 硬件電路設(shè)計(jì) 如圖 。 ，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)。 20 使用 軟件通過電腦測(cè)試 GPS 。 注意： 在接好 GPS 的 TXA 腳以后要保證 GPS 的負(fù)極和轉(zhuǎn)接小板的負(fù)極是連在 21 一起的，尤其是準(zhǔn)備給 GPS 使用獨(dú)立的電源供電的時(shí)候（只有這樣才能實(shí)現(xiàn) TTL 數(shù)據(jù)傳輸，部分買家朋友沒有注意這點(diǎn)因此測(cè)試時(shí)收到的都是 16 進(jìn)制的亂碼） 給 GPS 供電 給 GPS 供電時(shí)需要注意 GPS 模塊的工作電壓， 一般從 USB 拆機(jī)模塊都是直接 采用 5V 供電的（不帶 RS232 電平， DB9 座的模塊），這個(gè)電源可以用單獨(dú)的開 關(guān)電源或電池供電， 也可以是從單片機(jī)開發(fā)板上直接供電 使用 軟件通過電腦測(cè)試 GPS 首先介紹測(cè)試前的準(zhǔn)備（ TTL 轉(zhuǎn)接板） GPS 的工作模式是電源通電即從其 TXA 腳上輸出 NMEA 格式的數(shù)據(jù)包（剛啟動(dòng)和沒有信號(hào)的情況下數(shù)據(jù)包是無效的）因此使用時(shí)只需要給 GPS 提供 5V 供電并將 GPS 的 TXA 引腳接到單片機(jī)或者 TTL 轉(zhuǎn) USB 小板（或者 TTL 轉(zhuǎn) DB9 小板）的 RXD 上就行，而 GPS 的 RXA（ RXD）引腳則用不上 硬件準(zhǔn)備 使用串口助手測(cè)試 GPS 時(shí)需要有 TTL 轉(zhuǎn) USB 或者 TTL 轉(zhuǎn) DB9 的轉(zhuǎn)接小板（帶 DB9 口的可不使用轉(zhuǎn)接板，但是部分 GPS 的 DB9 口是針座的（公頭），因?yàn)樵O(shè)計(jì)的時(shí)候主要是為了兼容單片機(jī)及 ARM 開發(fā)板，由于臺(tái)式機(jī)上的 DB9 串口座也是公頭的，因此需要一根母對(duì)母的串口線來連接 GPS 與電腦） 沒有小板的話也可使用帶下載功能的 51 單片機(jī)開發(fā)板代 替，方法如下： 由于 51 單片機(jī)開發(fā)板下載電路是通過 RS232 轉(zhuǎn) TTL 的 MAX232（或者是 STC232）芯片或者是 USB 轉(zhuǎn) TTL 的 PL2303 芯片來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的，因此可以借用該 電路實(shí)現(xiàn) GPS 與電腦的通信。 注意：模塊本身是 供電的 (USB 轉(zhuǎn) TTL 小板有 電源電壓輸出 )，引腳說明請(qǐng)看圖一。如下圖所示 (2)設(shè)置波特率 GPS 模塊波特率主要有 4800bps 和 9600bps 兩種，絕大部分是 4800bps，少數(shù)是 9600bps 的，極少數(shù)的 REB3571 板是 38400bps 波特率的，如果不知道波特率可以先設(shè)置 為 4800 即可，如果進(jìn)行下一步時(shí)獲得數(shù)據(jù)不對(duì)的話改為 9600或者 38400 即可。 接線方法和使用串口助手測(cè)試時(shí)是一樣的，不再做介紹。 需要注意的是， 測(cè)試時(shí) GPS 的天線一 定要朝上，而且放到越空曠的地方效果越好。 C51 已被完全集成到 uVision2 的集成開發(fā)環(huán)境中，這個(gè)集成開發(fā)環(huán)境包括：編譯器，匯編器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，項(xiàng)目管理器，調(diào)試器。 一個(gè)單一的 uVision2工程能夠產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)程序。此數(shù)據(jù)庫(kù)包含：片上存儲(chǔ)器和外圍設(shè)備的信息，擴(kuò)展數(shù)據(jù)指針 (extra data pointer)或者加速器(mathaccelerator)的特性。用詳細(xì)的符號(hào)信息來優(yōu)化用戶變數(shù)存儲(chǔ)器 ； 文件尋找功能：在特定文件中執(zhí)行全局文件搜索 ； 工具菜單：允許在 V2 集成開發(fā)環(huán)境下啟動(dòng)用戶功能 ； 可配置 SVCS 接口：提供對(duì)版本控制系統(tǒng)的入口 ； PC－ LINT 接口：對(duì)應(yīng)用程序代碼進(jìn)行深層語(yǔ)法分析 ； Infineon 的 EasyCase 接口：集成塊集代碼產(chǎn)生 ； Infineon的 DAVE功能：協(xié)助用戶的 CPU和外部程序。可以在編輯器內(nèi)調(diào)試程序，它能提供一種自然的調(diào)試環(huán)境，使你更快速地檢查和修改程序。 (2) 調(diào)試函數(shù)語(yǔ)言 uVision2 中，你可以編寫或使用類似 C 的數(shù)語(yǔ)言進(jìn)行調(diào)試。 測(cè)試程序 uVision2調(diào)試器具備所有常規(guī)源極調(diào)試，符號(hào)調(diào)試特性以及歷史跟蹤，代碼覆蓋，復(fù)雜斷點(diǎn)等功能。監(jiān)控器用 uVision2的調(diào)試器直接工作 ,可支持代碼區(qū)。用戶可在檢測(cè) 8051性能的同時(shí) ,查看開發(fā)工具的可行性。 Keil C 編譯步驟 Keil uVision2 C51軟件是目前功能最強(qiáng)大的單片機(jī) C語(yǔ)言集成開發(fā)環(huán)境，這里介紹簡(jiǎn)單的編譯步驟。 32 圖 保存路徑 (4) 根據(jù)使用的 單片機(jī) 選擇相應(yīng)的型號(hào)，如圖 。 圖 輸出文件設(shè)置 (7) 程序編寫完 成后進(jìn)入菜單 Project/Build target編譯工程，如圖 。該 軟件 模塊設(shè)計(jì)分為 液晶模塊初始化模塊， GPS 數(shù)據(jù)接收模塊， 單片機(jī)模塊 這 三 個(gè)主要模塊。 35 Lcd_WriteCmd(0x30)。 } void Lcd_WriteCmd(uchar cmd) { LCD_RS = 0。 _nop_()。 DelayNOP()。 LCD_EN = 0。 36 DelayNOP()。 //擴(kuò)充指令操作 delay(5)。 //顯示開，關(guān)光標(biāo) delay(5)。 if (X==0) {X=0x80。} pos = X+Y 。 while (str[i] != 39。 } } GPS 數(shù)據(jù)接收模塊