【正文】 序，實現(xiàn)單片機控制系統(tǒng)的初始化，控制 GPS 器件完成 7 數(shù)據(jù)的采集 ,進行相應的信號 處理，并通過單片機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 語句數(shù)據(jù)，并將接收到的數(shù)據(jù)經過篩選和處理后發(fā)送到 OLED 液晶顯示器顯示。 6 圖 GPS 接收模塊內部結構 總體方案的設計 本次設計要求通過單片機控制 GPS 器件實現(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， 經 過變頻、放大、濾波、相關、混頻等一系列處理，可以實現(xiàn)對天線視界內衛(wèi)星的跟蹤、鎖定和測量。 第二種方案是選擇成品的 GPS 接收模塊，采用這個方案的優(yōu)點是由于現(xiàn)階段 GPS接收模塊的制造技術已經相當成 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 信息。實驗表明，利用差分 GPS，定位 精度可提高到 5 米。 由于衛(wèi)星運行軌道、衛(wèi)星時鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，以及人為的 SA 保護政策，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 萬公里的高空上，以 12 小時的周期環(huán)繞地球運行，使得在任意時刻，在地面上的任意一點都可以同時 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)進入了生產作業(yè)階段。 (2) 空間部分，由 24 顆衛(wèi)星組成，分布在 6 個 軌 道平面上 。 在此次設計過程中，主要熟悉所選用的 GPS 接收模塊的 性能指標，學習 NMEA 封包并懂得 如何 使用 NMEA 輸出命令，結合單片機 的相關知識能實現(xiàn)對 GPS 接收到的衛(wèi)星信息進行提取，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 技術已經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 信號并且能夠調制輸出的設備，而 這種 設備最基本的功能就是能 夠 顯示當時所處地點的經緯度以及 UTC 標準時間。 GPS 技術的陸地應用 GPS 技術在陸地上的開發(fā)應用可 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導游；應急車輛 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的測量和建設等 。陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要持有一種能夠接收、跟蹤、變換和測量 GPS 信號的接收機，就可以全天時、全天候和全球性 的 測量運動載體的七維狀態(tài)參數(shù)和三維狀態(tài)參數(shù)。 分別從硬件 設計 和軟件 設計 等方面對 其 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。 I 基于單片機的 GPS 定位信息顯示系統(tǒng)設計 中 文 摘 要 GPS 全球定位系統(tǒng)在實際生活中被廣泛應用，是當今信息時代發(fā)展中的重要組成部分。 它 是一臺體積小巧、攜帶方便、可以獨立使用的全天候實時的定位導航設備。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 技術的海洋應用 GPS 技術在海洋方面有著極其重要的作用，比如： 遠洋船舶的最佳航線測定；遠洋船隊在途中航行的實時調度和監(jiān)測；內河船只的實時調度和自主導航測量；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的布測；海底地形的精細測量；船運貨物失竊報警；凈化海洋；海洋糾紛或海損事故的定點測定；港口交通管制；海洋災難檢測 等 ?，F(xiàn)在世面上已經有許多基于 GPS 接收模塊所開發(fā)的產品， 如 GPS 手持機、車載 GPS 導航儀等等，雖然其功能強大，但價格 相對而言 比較昂貴，而且對于普通應用 沒有必要。 3 第二章 GPS 定位信息顯示 系統(tǒng) 方案設計 GPS 全球定位系統(tǒng)簡介 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)。 (3) 用戶裝置部分，主要由 GPS 接收機和衛(wèi)星天線組成 [3]。 GPS 系統(tǒng)經過 16 年 的發(fā)射試驗衛(wèi) 星，到開發(fā) GPS 信號應用，進而發(fā)射工作衛(wèi)星，終于在 1994 年 3 月建成了信號覆蓋率達到了 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 接收機就能向用戶提供三維坐標、時間及移動速度等信息參數(shù)。美國政府宣布 從 2021 年起 ，在保證美國國家安全不受威脅的前提下，取消 SA 政策， GPS 民用信號精度在全球 5 范圍內得到改善，利用 C/A 碼進行單點定位的精度由 100 米提高到 20 米 。 GPS 信號接收 方案 選擇 要實現(xiàn)在液晶顯示器上顯示出接收到的 GPS 數(shù)據(jù) 信息，首先要實現(xiàn) GPS 信號的接收。并且在經過大規(guī)模的商業(yè)化生產后價格已經 能被我們所接受，這樣的模塊在市面上也能夠 容易的購買到。在獲取了衛(wèi)星的位置信息和測算出衛(wèi)星信號傳播時間之后，即可計算出天線位置。在這里使用常見的 MCS51 型單片機作為處理器，利用 MCS51 單片機的串行接口接收 SiRF Star II GPS信號接收模塊 輸出的數(shù)據(jù)信號，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)星導航電文調制解碼，轉換為標準格式后，送給單片機 ，當單片機 接 收到 GPS 發(fā)送過來的導航電文后，經過片內程序的識別篩選，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 顯示出來。 該器件采用 ATMEL 高 密度非易失存儲器制造技術制造，與 工業(yè)標準的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+單片機有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別 為 P0、 P P P3 口，每個口有 8 根引腳 ，共 32 根。時鐘可以由內部方式產生或外部方式產 生。 外部方式的時鐘電路如圖 （ 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，使單片機從0000H 單元開始執(zhí)行程序。復位信號是高電平有效，其有效時間應持續(xù) 24 個振蕩周期 (即二個機器周期 )以上。 12 SiRF Star II GPS 信號接收模塊 該設計中 GPS 信號接收模塊所選用的是 SiRF Star II GPS 接收模塊，該模塊是由美國瑟孚科技有限公司所生產。 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 模塊內部 ，更進一步的提高了整個模塊的可靠性。 GRF2i 主要由片內壓控振蕩器和基準振蕩器、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而無需新增外部濾波器 , 從而進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。 硬件電路設計 如圖 。 ，在接收到有效數(shù)據(jù)前，這個位是‘ V’ ，后面的數(shù)據(jù)都為空，接到有效 數(shù)據(jù)后，這個位是‘ A’ ，后面才開始 有數(shù)據(jù)。 20 使用 軟件通過電腦測試 GPS 。 注意： 在接好 GPS 的 TXA 腳以后要保證 GPS 的負極和轉接小板的負極是連在 21 一起的，尤其是準備給 GPS 使用獨立的電源供電的時候（只有這樣才能實現(xiàn) TTL 數(shù)據(jù)傳輸，部分買家朋友沒有注意這點因此測試時收到的都是 16 進制的亂碼） 給 GPS 供電 給 GPS 供電時需要注意 GPS 模塊的工作電壓， 一般從 USB 拆機模塊都是直接 采用 5V 供電的（不帶 RS232 電平， DB9 座的模塊），這個電源可以用單獨的開 關電源或電池供電， 也可以是從單片機開發(fā)板上直接供電 使用 軟件通過電腦測試 GPS 首先介紹測試前的準備（ TTL 轉接板） 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（剛啟動和沒有信號的情況下數(shù)據(jù)包是無效的）因此使用時只需要給 GPS 提供 5V 供電并將 GPS 的 TXA 引腳接到單片機或者 TTL 轉 USB 小板（或者 TTL 轉 DB9 小板）的 RXD 上就行，而 GPS 的 RXA（ RXD）引腳則用不上 硬件準備 使用串口助手測試 GPS 時需要有 TTL 轉 USB 或者 TTL 轉 DB9 的轉接小板（帶 DB9 口的可不使用轉接板，但是部分 GPS 的 DB9 口是針座的（公頭），因為設計的時候主要是為了兼容單片機及 ARM 開發(fā)板，由于臺式機上的 DB9 串口座也是公頭的，因此需要一根母對母的串口線來連接 GPS 與電腦） 沒有小板的話也可使用帶下載功能的 51 單片機開發(fā)板代 替，方法如下： 由于 51 單片機開發(fā)板下載電路是通過 RS232 轉 TTL 的 MAX232（或者是 STC232）芯片或者是 USB 轉 TTL 的 PL2303 芯片來實現(xiàn)轉換的，因此可以借用該 電路實現(xiàn) GPS 與電腦的通信。 注意：模塊本身是 供電的 (USB 轉 TTL 小板有 電源電壓輸出 )，引腳說明請看圖一。如下圖所示 (2)設置波特率 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置 為 4800 即可，如果進行下一步時獲得數(shù)據(jù)不對的話改為 9600或者 38400 即可。 接線方法和使用串口助手測試時是一樣的，不再做介紹。 需要注意的是， 測試時 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，這個集成開發(fā)環(huán)境包括：編譯器，匯編器，實時操作系統(tǒng)，項目管理器，調試器。 一個單一的 uVision2工程能夠產生一個或多個目標程序。此數(shù)據(jù)庫包含：片上存儲器和外圍設備的信息，擴展數(shù)據(jù)指針 (extra data pointer)或者加速器(mathaccelerator)的特性。用詳細的符號信息來優(yōu)化用戶變數(shù)存儲器 ； 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)境下啟動用戶功能 ； 可配置 SVCS 接口：提供對版本控制系統(tǒng)的入口 ； PC－ LINT 接口：對應用程序代碼進行深層語法分析 ； Infineon 的 EasyCase 接口：集成塊集代碼產生 ； Infineon的 DAVE功能：協(xié)助用戶的 CPU和外部程序?？梢栽诰庉嬈鲀日{試程序，它能提供一種自然的調試環(huán)境，使你更快速地檢查和修改程序。 (2) 調試函數(shù)語言 uVision2 中，你可以編寫或使用類似 C 的數(shù)語言進行調試。 測試程序 uVision2調試器具備所有常規(guī)源極調試，符號調試特性以及歷史跟蹤，代碼覆蓋，復雜斷點等功能。監(jiān)控器用 uVision2的調試器直接工作 ,可支持代碼區(qū)。用戶可在檢測 8051性能的同時 ,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大的單片機 C語言集成開發(fā)環(huán)境，這里介紹簡單的編譯步驟。 32 圖 保存路徑 (4) 根據(jù)使用的 單片機 選擇相應的型號，如圖 。 圖 輸出文件設置 (7) 程序編寫完 成后進入菜單 Project/Build target編譯工程，如圖 。該 軟件 模塊設計分為 液晶模塊初始化模塊， GPS 數(shù)據(jù)接收模塊， 單片機模塊 這 三 個主要模塊。 35 Lcd_WriteCmd(0x30)。 } void Lcd_WriteCmd(uchar cmd) { LCD_RS = 0。 _nop_()。 DelayNOP()。 LCD_EN = 0。 36 DelayNOP()。 //擴充指令操作 delay(5)。 //顯示開，關光標 delay(5)。 if (X==0) {X=0x80。} pos = X+Y 。 while (str[i] != 39。 } } GPS 數(shù)據(jù)接收模塊