【正文】 GPS 接收機的硬件和軟件設計。運行 Keil 軟件需要 Pentium 或以上的 CPU， 16MB 或更多 RAM、 20M 以上空閑的硬盤空間、 WIN9 NT、 WIN202 WINXP 等操作系統(tǒng)。同理可知，另外兩種命令顯示（均顯示在第二頁）。顯示器經(jīng)過初始化、設置才能正確顯示信息，才能夠?qū)斎氲?信息顯示出來。依次類推，會順次將經(jīng)度方向、定位判斷、定位使用的衛(wèi)星數(shù)、高度處理存儲起來。 3． GPGGA 數(shù)據(jù)存儲流程圖 逗 號 計 數(shù) 值 為 ？接 收位 1存 緯度高 度處 理使 用衛(wèi) 星數(shù)定 位判 斷存 經(jīng)度 方向存 經(jīng)度存 緯 度方 向接 收位 1 0接 收位 9接 收位 1接 收位 1接 收位 6接 收位 22345679圖 54 GPGGA 數(shù)據(jù)存儲流程圖 開始接收類型數(shù)據(jù)。由于這些數(shù)據(jù)格式符合 NMEA 0183 ASCII 碼接口協(xié)議，所以接收到的數(shù)據(jù)會轉(zhuǎn)換為需要的信息。該部分完成從單片機讀數(shù)據(jù)到 液晶顯示器和從液晶顯示器讀數(shù)據(jù)到單片機的雙向傳輸工作。對單片機設置串口工作模式和中斷工作模式；對液晶顯示器設置開機畫面和顯示模式。要顯示字符時要先輸入顯示字符地20 址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符 ,如表 38 所示 : 表 38 1602 的內(nèi)部顯示地址 顯 示 位 序 號 1 2 3 4 5 ???????? 40 DD RAM 地 址 (HEX) 第 一 行 00 01 02 03 04 ..?????? .. 27 第 二 行 40 41 42 43 44 ??????? .. 67 21 第 4 章 系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)軟件概述 系統(tǒng)的軟件流程是：開機上電后初始化，然后單片機開始接收 GPS 模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，并判斷數(shù)據(jù)是否有效，若數(shù)據(jù)有效則顯示所需的信息，數(shù)據(jù)無效則等待直至收到有效數(shù)據(jù)。（說明： 1 為高電平、 0 為低電平） 指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標復位到地址 00H 位置 指令 2：光標復位，光標返回到地址 00H 指令 3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。應設置 定時器 T1 為定時方式（ C/T=0），讓 T1 計數(shù)內(nèi)部脈沖，即計數(shù)率為 fosc/12。 波特率設置：波特率，即數(shù)據(jù)傳送速率，表示每秒傳送二進制代碼的位數(shù)，它的單位是 b/s。 2． PCON 是為了在單片機上實現(xiàn)電源控制而附加的。在其它方式中，在接收到停止位的中間時刻由硬件置位（例外情況見于 SM2 的說明）。 TI 置位既表示一幀信息發(fā)送結(jié)束，同時也是申請中斷，可根據(jù)需要，用軟件查詢的辦法獲得數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢的信息，或用中斷的方式來發(fā)送下一個數(shù)據(jù)。由軟件置位以允許接收，又由軟件清 0 來禁止接收。 串行口的控制與狀態(tài)寄存器 為 SCON 和 PCON。它可用作異步通信方式（ UART），與串行傳送信息的外部設備相連接 。 M1M0：工作方式選擇位，定時器／計數(shù)器的 4 種工作方式由 M1M0 設定。此后的機器周期 S3P1期間，新的計數(shù)值裝入計數(shù)器。因一個機器周期等于 12 個振蕩周期，所以計數(shù)頻率f=1/12fosc。 C／ T：定時器／計數(shù)器選擇位。 中斷優(yōu)先寄存器 — IP： 16 由于本設計只應用一個中斷源，不用優(yōu)先級設置，在此不予介 紹。下面分別對它們進行介紹： 中斷允許寄存器 — IE： 表 31 中斷允許寄存器 EA ES ET1 EX1 ET0 EX0 EA：全局中斷允許位。 TI／ RI：串行 I／ O 中斷，串行端口完成一幀字符發(fā)送／接收后引起。 中斷系統(tǒng)的結(jié)構 ： 5 個中斷源的符號、名稱及產(chǎn)生的條件如下 ： INT0：外部中斷0，由 P3． 2 端口線引入，低電平或下跳沿引起。 3． 停止位 停止位是一個字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標志，可以是 1 位、 位或 2 位的高電平。起始位所起的作用就是設備同步，通信雙方必須在傳送數(shù)據(jù)位前協(xié)調(diào)同步。停止位和空閑位都規(guī)定為高電平（邏輯值１），這樣就保證起始位開始處一定有一個下跳沿。同步和異步都屬于串行數(shù)據(jù)傳送方式。 NMEA0183 數(shù)據(jù)格式設置為 1 個起始位 ,8 個數(shù)據(jù)位 ,1 個停止位 ,無奇偶校驗 ,波特率默認為 4800。 5 R/W 讀 /寫信號 H:讀 L:寫 6 E 片選信號 下降沿觸發(fā) ,鎖存數(shù)據(jù) 7 | 14 DB0 | DB7 數(shù)據(jù)線 數(shù)據(jù)傳輸 15 BLA 背光源正極 提供背光 16 BLK 背光源負極 提供背光 12 K1470R510KR620uFC1VCCRST 圖 22 石英晶體振蕩器 鍵盤部分 切換按鍵由單片機的 控制，接上拉電阻，未按時 為高電平。 10% 3 VL 液晶顯示偏壓信號 調(diào)節(jié)對比度 4 RS 寄存器選擇信號 H:數(shù)據(jù)寄存器 L:指令寄存器 11 主要技術參數(shù)： 表 23 技術參數(shù) 顯示容量 16 2 個字符 芯片工作電壓 — 工作 電流 () 模塊最佳工作電壓 字符尺寸 (WXH)mm 電源部分 本電路使用集成穩(wěn)壓芯片 7805，它可以把頻率為 50Hz、有效值為 220V 的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定的 5V 直流電壓。字符型液晶顯示模塊目前在國際上已經(jīng)規(guī)范化，無論顯示屏規(guī)格如何變化，其電特性和接口形式都是統(tǒng)一的。 TN 和 STN 型常用作單色 LCD。 管腳介紹 表 21 管腳 管腳 管腳名稱 功能描述 1 VCC5V +~ 電量輸入 2 TXA 串行數(shù)據(jù)輸出端口 A （ CMOS 3V： Voh Vol Ioh=Iol=2mA） 10 3 RXA 串行數(shù)據(jù)輸入端 A (CMOS 3V： Vih≧ *VCC Vil≦ *VCC) 4 RXB 串行數(shù)據(jù)輸入端 B (CMOS 3V： Vih≧ *VCC Vil≦ *VCC) 5 GND 接地 6 時鐘 /復位 時鐘 ： 1PPS 時鐘信號輸出 (Vil≦ 脈沖 寬 度 10ms)。在 被計算了之后 ， 合法的位置、速度和時間 等信息 被傳送 到 輸出通道 ，通過串口傳送到單片機設備 。 GPS 模塊 概述 根據(jù)設計需要， GPS 模塊選用 GR87。 在本次設計中，采用 MCS51 系列單片機，雖然信號處理和計算的功能相對差些，但其結(jié)構簡單、體積小、性價比高、可靠性高、功耗小及應用范圍廣，適合于小型化作業(yè)。由于單片機集成度高，系統(tǒng)結(jié)構簡單，價格低廉，同時技術成熟，處理器部分使用單片機實現(xiàn)。 1602 字符型液晶模塊是一 種用 5x7 位圖形來顯示字符的單色液晶顯示器，顯示 2 行 16 個字，可以滿足設計要求而且經(jīng)濟實惠。 HOLUX GR87 是一個高性能，低功耗，小型的并且很容易聯(lián)合的 GPS 模塊。單片機采用 8051 功能全面，但其內(nèi)部 ROM 一般是掩膜 ROM，不可更新改寫。 工作要求：準確地進行定位，顯示出緯度、經(jīng)度、速度、時 間、方位角、天空中的衛(wèi)星總數(shù)以及使用的衛(wèi)星數(shù)。各種 GPS 民用產(chǎn)品的開發(fā) ,已是經(jīng)濟和社會發(fā)展的必然要求 ,其前景將會非常廣闊和光明 ,尤其是在我國 ,通過這些年來對它認識不斷加深 ,我國的GPS 開發(fā)應 用也一定會以科技力量推動經(jīng)濟和社會發(fā)展的一顆巨星 ,對我國的經(jīng)濟和社會的發(fā)展產(chǎn)生重大的影響。定位服務包括精密定位服務 ( PPS)和標準定位服務 (SPS) 。經(jīng)過實踐測試 ,這種接收機可以達到基本 GPS 信息接收以及顯示，可以做到方便靈活、優(yōu)質(zhì)價廉、精度高、連續(xù)導航、抗干擾能力強，并可廣泛應用于個人野外4 旅游探險、出租汽車定位及海 上作業(yè)等領域。然后對單片機及其串口通信、 GR87 及其 NMEA0183 語句的數(shù)據(jù)格、液晶顯示器進行了詳細論述。通用接收機功能齊全 ,除了信號接收單元外 ,往往還配置有顯示單元和人機對話設備。我們通常所說的 GPS, 就是第 3 部分。 全球定位系統(tǒng)由三部分構成：太空衛(wèi)星部份：由 24 顆繞極使用衛(wèi)星所組成，分成六個軌道，運行于約 20200 公里的高空，繞行地球一周約 12 小時。經(jīng)過實踐測試 ,這種接收機可以達到基本 GPS 信息接收以及顯示，可以做到體積小、精度高、連續(xù)導航，并可廣泛應用于個人野外旅游探險、 出租汽車定位及海上作業(yè)等領域。它所具有的諸多優(yōu)點是其他導航設備所無法比擬地。該系統(tǒng)能夠全天候、全方位的為海陸空用戶提供連續(xù)的、高精度的三維坐標、三維速度和時間等信息。此方案基于單片機、 GPS模塊和 1602液晶顯示屏等硬件 , 并應用 C語言實現(xiàn)了 GPS 信號的提取、顯示 及基本的鍵盤控制操作等。一般來說，在地面上的 GPS 接收器能接收 5～ 12 個衛(wèi)星信號，而為了獲得地面上的定位坐標， GPS 導航至少需要 4 個衛(wèi)星信號，三個用來確定 GPS 接收器的緯度、經(jīng)度和海拔高度，第四個則提供同步校正時間 [1]。使用者接收機：追蹤所有的 GPS 衛(wèi)星，并實時地計算出接收機所在 位置的坐標、移動速度及時間，各種藍牙 GPS 即屬于此部份。接收機是獲得 GPS 系統(tǒng)服務的關鍵設備 ,目前已有從手持式到臺式數(shù)百種型號的接收機可供用戶選擇。 本文首先介紹了 GPS 系統(tǒng)由來及其發(fā)展、基本概念、 GPS 接收機的工作原理及接收機定位流程。通過 C 語言實現(xiàn)了 GPS 信號的提取、顯示及基本的鍵盤控制操作等。系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和地面接收機部分組成 。 由于 GPS 具有全球覆蓋以及精度高、定位速度快、實時性好、抗干擾能力強等特點 ,近年來在國內(nèi)外得到廣泛的應用 ,在各個領域發(fā)揮了極大的作用 ,已成為信時代不可缺少的一部分。本設計著重對 NMEA0183 語句的數(shù)據(jù)格式、單片機串行通信、液晶顯示格式進行了詳細論述 ,同時給出了硬件電路和軟件設計。但在和單片機進行串行通信時由于電平不同，必須附加電平轉(zhuǎn)換電路 (MAX232) 而且價格比較昂貴。 方案二 系統(tǒng)由 GPS 模塊 (GR87)、控制電路 (89C51 單片機 ) 、顯示部分 (SMC1602 液晶顯7 示器 )組成。單片機采用 89C51，其功能完全可以滿足設計要求，而且相對于8051，其內(nèi)部 ROM 是 FLASHROM，可多次更新改寫，價格也便宜。同時需要處理器實現(xiàn)各部分功能的聯(lián)結(jié)。目前，可采用的微處理器有很多種，如 :MCS5 Me6sol、 280、eopsoo、等 8 位單片機，雖然 16 位單片機在 1982 年已經(jīng)問世，但其發(fā)展并不象人們想象的那樣快，盡管在某些性能指標方面超過了 8 位單片機，但從性能價格比及開發(fā)周期等綜合效益上不 如 8 位單片機，因此應用并不普及。 GPS 信號接收和處理部分與單片機進行串口通信時 ,由于都采用 TTL 電平 ,故兩者之間不需進行電平轉(zhuǎn)換就可直接通信。在正常情況下， 它 需要大約 45 秒達到位置 進行定位 ， 但 如果 ephemeris 數(shù)據(jù)知道 ，只用 38 秒 即可。輸入電流 ； 少于 80 mA (沒有天線 )； 2． RF 接口 ： 天線連接器類型： MMCX， VDC 產(chǎn)品 (任意產(chǎn)品 VCC_IN)； 3． 極小的信號跟蹤： 159 dBm； 4． 連續(xù)端口 ： 二 個 全雙工串行通信 CMOS 3V 接口 ， 可選擇的波特速率 (4800 默認， 9600， 19200， 38400)本設計選用 4800； NMEA 0183 版本 ASCII 輸出 (GGA， GSA， GSV， RMC (VTG，任意的 GLL 和 ZDA))； DGPS 協(xié)議 RTCM SC104 消息類型 1，2 和 9； SiRF 二進制位置，速度，高度，狀態(tài) 輸出。 TN、 STN、 TFT 型液晶，性能依次增強，制作成本也隨之增加。液晶顯示模塊是一種將液晶顯示器件、連接件、集成電路、 PCB 線路板、背光源、結(jié)構件裝配在一起的組件。 SMC1602 采用標準的 16 腳接口，具體定義如下 : 表 22 16 腳接口 引 線 號 符 號 名 稱 功 能 1 Vss 接地 0V 2 VDD 電路電源 5V177。 如圖 22 所示。 8 9 C 5 1 P 2 . 0+ 5 V 圖 23 頁面切換按鍵