【正文】 的主要區(qū)別在于:GPS采用的是非同步多衛(wèi)星定位原理，一般要求獲取4顆以上衛(wèi)星位置和到用戶的距離，才可以得到用戶的經(jīng)緯度和高程數(shù)據(jù)，其定位處理部分分散到各個用戶機來完成。而兩個定位球又和地面相交產(chǎn)生兩個定位圓，用戶必定位于兩個定位圓相交的兩個點上(這兩個交點一定是以赤道為對稱軸南北對稱的)。 3)標校系統(tǒng):有測軌、定位、測高三類標校站。 4)定位精度:導(dǎo)航定位精度比目前任何系統(tǒng)都高。 為了打破美國GPS在衛(wèi)星導(dǎo)航定位領(lǐng)域的壟斷，1999年歐洲提出了建立伽利略(Galileo)導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的計劃，這是歐洲開發(fā)的最重要的航天計劃。LZ載波信號的頻率為1246^ 1256MHz。衛(wèi)星運行周期T=11時15分()。第三章系統(tǒng)總體設(shè)計。 (2)選擇合適的GPS模塊和SOC單片機，構(gòu)建基于SOC技術(shù)的定位導(dǎo)航終端，并進行可行性論證。因此，為了開發(fā)成本低、體積小、性能穩(wěn)定的定位導(dǎo)航終端，選擇一種合適的控制器至關(guān)重要。 (4)針對導(dǎo)航電子地圖，由于生產(chǎn)廠家各自為陣，電子地圖的數(shù)據(jù)質(zhì)量也參差不齊，沒有統(tǒng)一的標準。 (2)縱觀國內(nèi)的GPS導(dǎo)航市場，成型的GPS導(dǎo)航定位產(chǎn)品價格各異，少則上千多則上萬，且性能差距較大。我國的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)研究起步晚，基本上處于對國外研究的比較、學(xué)習(xí)階段。 但是就目前運行情況來看，俄羅斯由于經(jīng)費原因?qū)е略谲壭l(wèi)星數(shù)目不足6顆無法獨立成網(wǎng)，而伽利略和北斗系統(tǒng)正在建立過程中，所以GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)無疑占據(jù)著最大的市場并有著最高的工作穩(wěn)定性。為了能在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域中占有一席之地，因而歐盟決定啟動軍民兩用的與現(xiàn)有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相互兼容的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)計劃一“伽利略”(GALILEO)計劃。 GPS即全球定位系統(tǒng)。阻抗匹配。本系統(tǒng)硬件設(shè)計分為兩部分.:第一部分，接收板是以ublox公司的GPS模塊為核心并結(jié)合相關(guān)的外圍電路實現(xiàn)。 文中首先闡述了課題涉及的相關(guān)知識，主要包括定位導(dǎo)航的原理、系統(tǒng)組成、技術(shù)特點。并在此基礎(chǔ)上提出了下一步的研究方向和工作。由于GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)作為一個新興的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，技術(shù)含量相當高。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，GPS的應(yīng)用己經(jīng)深入到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，主要包括大地測量，工程測量，航空攝影‘線路勘測，智能交通等。該系統(tǒng)是全天候、全天時提供衛(wèi)星導(dǎo)航信息的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。但是，由于導(dǎo)航定位系統(tǒng)有強烈的本地特色，例如當?shù)氐木W(wǎng)絡(luò)狀況和地圖信息的不盡相同，使許多國外導(dǎo)航定位系統(tǒng)產(chǎn)品不能夠簡單的應(yīng)用于中國。本課題的研究意義主要有如下幾個方面: (1)隨著中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人們的出行越來越頻繁，GPS應(yīng)用也越來越廣泛，GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)的研制具有很大的實用價值和市場前景，但是從系統(tǒng)的技術(shù)水平、產(chǎn)品的質(zhì)量和成熟程度來說，我國還處在往上發(fā)展的時期。其內(nèi)部電路包括CIP51微控制器內(nèi)核及RAM, ROM, I/0口、定時/計數(shù)器、ADC, DAC, PCA, SPI和SMBus等部件，即把計算機的基本組成單元以及模擬和數(shù)字外設(shè)集成在一個芯片上，構(gòu)成一個完整的片上系統(tǒng)(SOC )。目前，定位導(dǎo)航終端一般采用基于嵌入式、單板機或單片機的實現(xiàn)方案。 該課題主要的任務(wù)是:以Silicon Labs公司生產(chǎn)的C8051F020芯片作為系統(tǒng)中心控制處理器，結(jié)合部分外圍器件設(shè)計出控制、顯示的硬件電路，并通過自制的GPS接收機接收來自GPS定位衛(wèi)星的定位信息。實現(xiàn)簡單的自制電子地圖顯示。第2章衛(wèi)星定位系統(tǒng)相關(guān)技術(shù) GLONASS(格魯納斯)衛(wèi)星定位系統(tǒng) 該系統(tǒng)是1982年底由前蘇聯(lián)開始建設(shè)，期間因蘇聯(lián)解體，幾經(jīng)周折最后由俄羅斯于1996年建成全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)(Global Navigation Satellite System GLONASS )。在GCS內(nèi)裝有激光測距設(shè)備對測距數(shù)據(jù)作周期修正，為此所有的GLONASS衛(wèi)星上都裝有激光反射鏡。垂直精度:士75m。衛(wèi)星的軌道傾角為56度，公轉(zhuǎn)周期T=14小時23分14秒，軌道高度H=23616km。 2000年10月31日和12月21日，我國發(fā)射了兩顆北斗一號衛(wèi)星，并由其構(gòu)成獨特的“雙星有源定位系統(tǒng)”。2)用戶設(shè)備:定位收發(fā)機的瞬間發(fā)射功率較大。RI, R2,R3分別表示用戶機到衛(wèi)星1, 2和地球質(zhì)心的距離。24顆衛(wèi)星(其中3顆為備用衛(wèi)星)均為近圓形軌道，運行周期約為11小時58分，分布在六個軌道面上(每軌道面4顆)，軌道傾角為55度。 1)空間部分一GPS衛(wèi)星星座:由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成GPS衛(wèi)星星座，記作((21+3)GPS星座。這4顆衛(wèi)星在觀測過程中的幾何位置分布對定位精度有一定的影響。主控站主要任務(wù)是收集各監(jiān)控站對GPS衛(wèi)星的全部觀測數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)計算每顆GPS衛(wèi)星的軌道和衛(wèi)星鐘改正值。因測站數(shù)量少，故衛(wèi)星定軌精度不高。每個GPS衛(wèi)星在兩個頻率波段上發(fā)布獨立信號。 3)定位精度:利用偽隨機碼(測距碼)的信號單機測量，理論上按照目前測距碼的對齊精度約為測距碼波長的1/100計算，測距粗碼(C/A碼)的測距精度約為士3m。Oti (i=1, 2, 3, 4)分別為衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星4的信號到達接收機所經(jīng)歷的時間。但隨著19%年俄羅斯GLONAS S全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的組建完畢和歐洲GALILEO導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)計劃的啟動，使美國政府迫于競爭壓力于2000年5月1日撤銷對GPS的SA干擾，使位置精度提升到20米，授時精度提高到40納秒，并承諾加速星座改善，增加兩個民用頻率。與其他導(dǎo)航系統(tǒng)相比，主要特點有如下幾個方面: 1)定位精度高，觀測時間短 GPS定位技術(shù)定位精度高，理論上可以達到五到十米。 NMEA0183協(xié)議定義的語句非常多，但是常用的或者說兼容性最廣的語句只有$GPGGA, $GPGSA, $GPGSV, $GPRMC, $GPVTG, $GPGLL等f+1。開發(fā)嵌入式系統(tǒng)成本較高，對于以定位導(dǎo)航為主的來說，使用嵌入式系統(tǒng)容易造成資源浪費。 (3)基于單片機的實現(xiàn)方案 單片機又稱嵌入式微控制器，它在一塊芯片上集成了CPU, RAM, ROM (EPROM或EEPROM )、時鐘、定時/計數(shù)器、多種功能的串行和并行I/0口。 綜合考慮目前常見定位導(dǎo)航終端的實現(xiàn)方案，本設(shè)計采用基于SoC單片機(C8051F020)的實現(xiàn)方案，即采用GPS接收機與C8051F020單片機構(gòu)成定位導(dǎo)航終端。結(jié)構(gòu)圖(如圖41所示): 圖41總體設(shè)計框圖 GPS接收板接收GPS衛(wèi)星發(fā)來的原始導(dǎo)航電文，如:經(jīng)度、緯度、高度、時間、速度、航向等數(shù)據(jù)，送給微處理器處理并存儲，以便隨時在顯示屏上顯示定位點。這兩個串口的波特率產(chǎn)生是獨立的，使用起來相當靈活。S1112系列是使用CMOS技術(shù)開發(fā)的低壓差、高精度輸出電壓、低消耗電流的正電壓型電壓穩(wěn)壓器。具有超輕、超薄、亮度高、可視角度大，功耗低、響應(yīng)速度快等特點。 SBAS GPS協(xié)議NMEA, UBX二進制 一捕獲冷啟動29s 輔助啟動:1s(露天)los(室內(nèi)) 熱啟動:1s(露天)los(室內(nèi)) 重捕獲時間:1s(露天)los(室內(nèi)) 接口: USB 12Mbit/s 一串口1個UART端口 一數(shù)字1/0可配置的時間脈沖，1個EXTINT輸入 一串口和I/0電壓3V電平，最大5V輸入電平 電氣特性: ，典型值25uA 一天線供電方式外部或內(nèi)部VCC RF LEA模塊具有包含50個通道的ublox5定位引擎，通過無與倫比的捕獲與導(dǎo)航性。8. VDD 180UT輸出端，不用時懸空。 RF輸出端輸出電壓射頻部分，可作為外部有源天線供電(VCC RF連 接到V ANT)，天線的最大功率消耗不能超過具體的規(guī)定值，不用時懸空。28, TIMEPULSE輸入端，時間脈沖信號，默認值為每秒一個脈沖。天線的做法及原理想當復(fù)雜，有源天線內(nèi)核更是技術(shù)含量較高，由于涉及到硬件調(diào)試及高頻，因此只能選擇成品的天線，要特別注意天線的供電電壓(ublox是用3V的天線)及信噪比及增益等等。而后備3V可充電微型鏗電池則為數(shù)據(jù)保存作用，可以減緩GPS的啟動時間，記錄GPS的啟動參數(shù)，由3V的電壓經(jīng)過肖特基二極管對其進行涓流充電，一般電池可以保存數(shù)小時的數(shù)據(jù)存儲，10小時后后備電池電量將完全泄漏完畢，保存數(shù)據(jù)將丟失。使我們從直觀上了解GPS接收機的工作狀態(tài)。 CIP51內(nèi)核具有標準8052的所有外設(shè)部件，包括S個16位的計數(shù)器/定時器，兩個全雙工UART,256字節(jié)內(nèi)部RAM } 128字節(jié)特殊功能寄存器地址空間及8個字節(jié)寬的UO口。與8051相比，在相同的時鐘下，單周期指令運行速度為原來的12倍。(4)增加了中斷源 標準的8051只有7個中斷源，Cygnal C8051F020單片機擴展了中斷處理。片內(nèi)JTAG調(diào)試電路允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的單片機進行非侵入式(不占用片內(nèi)資源)、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。在標準8051中固定的“弱上拉”可以被總體禁止，這為低功耗應(yīng)用提供了進一步節(jié)電的能力。 (1) JTAG接口電路t39。 RS232C串口模塊設(shè)計 RS232C總線標準與電氣特性目前RS232C是PC機與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口[[21][221. RS232C標準(協(xié)議)規(guī)定連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過程。由于RS232是最早期為促進公用電話網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)通信而定制的標準，其邏輯電平對地是對稱的，與TTL, MOS邏輯電平不同，所以單片機與計算機不能直接連接。圖411串口電路4. 5 LCD顯示模塊4. 5. 1 OCM12864介紹OCM12864液晶顯示模塊是128X64點陣型液晶顯示模塊，可顯示各種字符及圖形，可與CPU直接接口，具有8位標準數(shù)據(jù)總線、6條控制線及電源線【16]。對于OCM12864由于其工作電壓SV,，所以要C8051F020的輸出能更好地驅(qū)SV輸入的LCD需要對系統(tǒng)進行額外配置。2印制板元件布局時，相關(guān)元件盡量靠近。高、低速和模、數(shù)接地線要分開并一點接地。需要注意的是為了防止復(fù)位必須在溢出發(fā)生前由應(yīng)用軟件重新觸發(fā)WDT，即“喂狗”。從允許振蕩器工作到外部振蕩器控制寄存器的最高位為高電平，這個過程至少需要lms的啟動時間，所以在程序中加了一個大于lms的延時語句。//查詢晶振運行穩(wěn)定標志位是否為1, (1為 運行穩(wěn)定) OSCICN = 0x08 。一旦配置完畢，將不再對其重新編程。在XBARE被設(shè)置為邏輯“1”之前端口POP3的輸出驅(qū)動器被禁止，以防止對交叉開關(guān)寄存器和其它寄存器寫入時在端口引腳上產(chǎn)生爭用。//選擇，TX1, , XBR2=0x40。選擇定時器Tl并且工作在方式2(自動重裝8位定時/計數(shù)器)作為波特率產(chǎn)生器，波特率為9600bpso下面給出了方式1的波特率方程，其中TlM為定時器1時鐘選擇位(CKCONA)當該位為1時。//選擇TXO, TX I為推拉方式，RXO, RX1為漏極開 路 P 1 MDOUTI=OxOf。端口POP3引腳的輸出方式由PnMDOUT寄存器中的對應(yīng)位決定，對應(yīng)位設(shè)置為邏輯“1”時配置為推挽方式輸出。在本設(shè)計中需要把串行口映射到I/0端口上，UARTO具有最高優(yōu)先權(quán)，把UARTOEN()設(shè)置成邏輯“1。當交叉開關(guān)配置寄存器XBRO, XBRI和XBR2中外設(shè)的對應(yīng)允許位被設(shè)置為邏輯“I”時，交叉開關(guān)將端口引腳分配給外設(shè)。 OSCXCN=0x67。第5章系統(tǒng)的軟件設(shè)計5. 1系統(tǒng)時鐘初始化每個MCU都有一個內(nèi)部振蕩器和一個外部振蕩器驅(qū)動電路，每個驅(qū)動電路都能產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘，當復(fù)位引腳為低時，兩個振蕩器都被禁止。1軟件設(shè)計可以提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性，這對于整個系統(tǒng)具有很大意義。3印制板雙面敷銅接地，形成一個屏蔽層，并在信號線兩側(cè)均勻打孔，增加抗干擾能力。接口電路(如圖412所示)。 表42 LCD引腳功能介紹管腳號管腳方向說明1VSS邏輯電源地2VDD邏輯電源+SVo3VOLCD調(diào)整電壓，應(yīng)用時應(yīng)接l OK電位器可調(diào)端 4RSI數(shù)據(jù)/指令選擇:高電平:數(shù)據(jù)DOD7將送人顯示RAM低電平:數(shù)據(jù)DOD7將送人指令寄存器執(zhí)行5R/WI讀/寫選擇::讀數(shù)據(jù)。SP3223E是SIPEX公司生產(chǎn)的RS232收發(fā)器，SP3223E內(nèi)有一個高效電荷泵，可以在++，滿負載時，SP3223E器件可工作于235Kbps的數(shù)據(jù)傳輸率。通常在單片機系統(tǒng)中，由于其處理能力的限制，最高波特率一般為112Kbps左右。JTAG接口使用C8051F020的四個專用引腳，它們是:TCK, TMS, TDI, TDOo JTAG引腳的定義(如表41所示)。這是一個大的數(shù)字開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，允許將內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)資源映射到P0, P1, P2和P3的端口1/0引腳。在使用JTAG調(diào)試時，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運行。擴展的中斷系統(tǒng)向CIP51提供22個中斷源，允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷。完善的時鐘系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)在滿足響應(yīng)速度要求下，使系統(tǒng)的平均時鐘頻率最低。C8051F020內(nèi)部集成了4K字節(jié)的RAM, 64字節(jié)的Flash ROM以及2個UART串行接口等。近年來，由于8051的速度低(每一條指令