【正文】 //允許功能選擇開關(guān)，全局弱上拉 POMDOUT卜0x05。要正確分配端口，必須熟悉交叉開關(guān)寄存器和各種外設(shè)的優(yōu)先權(quán)順序。 void Oscillator Init() { int i=0。8今采用工業(yè)級芯片提高抗干擾能力。除了將對應(yīng)端口的輸出方式設(shè)置為“漏極開路”外，還應(yīng)在電路上將每個端口通過一個上拉電阻接到SV電源，這樣可以保證C8051F020的邏鑼1輸出能夠被提升到SV。本論文中C8051F020與PC機的串口數(shù)據(jù)通信電路以SP3223E芯片為核心，實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)及串口通信功能。7l C8051F020單片機采用JTAG接口實現(xiàn)了在線調(diào)試、仿真功能和對FLASH編程，改變了傳統(tǒng)單片機需要專門的仿真器的開發(fā)方法。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持?jǐn)帱c、觀察點、單步及運行和停機命令。 (2)最小功耗系統(tǒng)的最佳支持 C8o51F實現(xiàn)了片內(nèi)模擬與數(shù)字電路的++3V供電標(biāo)準(zhǔn)()，大大降低了系統(tǒng)功耗。指示電路(如圖48所示):圖48指示電路4. 3單片機控制模塊設(shè)計4. 在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程中，8051系列一直扮演著一個重要角色。 有源天線一般為水平放置，若需要其它角度的應(yīng)用，則需要做更多的考慮，一般而言認(rèn)為螺旋天線的方向性比平板天線要好，但相關(guān)測試資料顯示，測試時發(fā)現(xiàn)該種天線靈敏度不如水平放置的平板天線，會有35dbm的差距。20. ADDET N輸入端，有源天線保護(hù)，作為天線監(jiān)測電路的信號輸入端，不用時 懸空。由一百多萬個相關(guān)器組成的專用捕獲引擎可以在整個時間/頻率空間內(nèi)進(jìn)行搜索，即便在信號惡劣的條件下也可瞬間找到衛(wèi)星，首次定位時間小于1秒，捕獲靈敏度可達(dá)160dBm。由于內(nèi)置了低導(dǎo)通電阻晶體管，因而電壓差低，且能夠獲得較大的輸出電流。4. 1. 1 GPS接收板的設(shè)計 GPS接收板作為衛(wèi)星導(dǎo)航電文的接收端，它通過外接的有源天線將接收來的高頻信號送到GPS模塊的RF端口，經(jīng)過運算處理后將定位數(shù)據(jù)通過其串口傳送給上位機[”]。單片機由于具有成本低、控制系統(tǒng)組成靈活方便、調(diào)試方便和維護(hù)簡單的特點，因此獲得廣泛應(yīng)用。要對GPS信息進(jìn)行提取首先要明白其幀結(jié)構(gòu)(如圖22所示):NMEA Protocol Frame$一}Acidress仁毛value}_「牛咋曲贖cksum}CRLF圖22 NMEA協(xié)議幀結(jié)構(gòu) 本課題中我們所需要的信息比如經(jīng)緯度、經(jīng)緯度方向、GPS定位狀態(tài)、和接收信號的時間等都可以從“$GPRMC”幀中獲取，因此下面對“$GPRMC”具體幀格式簡要介紹:$GPRMC,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12*hhCRLF 1 UTC時間，hhmmss(時分秒)格式 2定位狀態(tài)，A=有效定位，V二無效定位 3(度分)格式(前面的0也將被傳輸) 4緯度半球N(北半球)或S(南半球) 5(度分)格式(前面的0也將被傳輸) 6經(jīng)度半球E(東經(jīng))或W(西經(jīng)) 7地面速率(^，前面的0也將被傳輸) 8地面航向(^，以真北為參考基準(zhǔn)，前面的0也將被傳輸) 9 UTC日期，ddmmyy舊月年)格式 10磁偏角(，前面的0也將被傳輸) 11磁偏角方向，E(東)或W(西) 12模式指示(僅NMEA0183 ，A=自主定位，D=差分，E二估算，N二數(shù)據(jù)無效第3章系統(tǒng)總體設(shè)計 本文研究的定位導(dǎo)航系統(tǒng)是綜合運用soc技術(shù)、GPS技術(shù)和通信技術(shù)。盡管GLONASS系統(tǒng)沒有進(jìn)行SA千擾，但由于俄羅斯政府的經(jīng)濟狀況不佳，無法及時發(fā)射新的衛(wèi)星以替代達(dá)到或接近服務(wù)壽命的衛(wèi)星。而測距精碼((P碼)。廣播星歷所預(yù)報的衛(wèi)星位置的切向誤差士5m。對于某地某時，甚至不能測得精確的點位坐標(biāo)，這種時間段叫做“間隙段”。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方，任何時間都可觀測到4顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形。3)定位精度:平面精度士20m,垂直精度士l Or n. 北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)的定位原理為:地面中心站通過2顆同步靜止定位衛(wèi)星傳送測距問詢信號，如果用戶需要定位則馬上回復(fù)應(yīng)答信號。 2)地面系統(tǒng):在歐洲建立2個控制中心，在全球構(gòu)建監(jiān)控網(wǎng)。 1)衛(wèi)星信號 每顆GLONASS衛(wèi)星配有艷原子鐘，以便為所有星載設(shè)備提供高穩(wěn)定的時標(biāo)信號。 (6)將基于SOC技術(shù)的定位導(dǎo)航終端應(yīng)用于實際定位導(dǎo)航中，對定位導(dǎo)航終端進(jìn)行靈敏度和定位精度測試?；谇度胧降能囕d定位航終端開發(fā)難度較大，開發(fā)周期也相對較長。目前，城市建設(shè)發(fā)展速度越來越快，道路變得也越來越復(fù)雜，在這種情況下，找到一種方式，使人們能夠從容的面對錯綜復(fù)雜的交通網(wǎng)，已經(jīng)迫在眉睫。該系統(tǒng)將用于交通運輸、氣象、石油、海洋、森林防火、災(zāi)害預(yù)報、通信、公安及其他領(lǐng)域的導(dǎo)航定位服務(wù)。發(fā)展我國的導(dǎo)航定位產(chǎn)業(yè)適逢其時，機不可失。并從系統(tǒng)功能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出發(fā)，通過分析比較選出合適的實現(xiàn)方案，在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)所需硬件模塊的選取作了簡要介紹。 C8051F020。但是這兩個系統(tǒng)都受到美、俄兩國軍方的嚴(yán)密控制，其信號的可靠性無法得到保證。由于現(xiàn)在可用于系統(tǒng)的技術(shù)選擇比較多，每個公司都在根據(jù)自己最熟悉的技術(shù)，或依據(jù)自己對市場和現(xiàn)有以及未來技術(shù)發(fā)展方向的理解，構(gòu)建自己的系統(tǒng)。因此將C8051F020單片機運用于本次設(shè)計，也是一種新的嘗試，也加深了對C8051F系列的掌握。 : (1)研究了目前國內(nèi)外GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀、GPS技術(shù)，討論了定位導(dǎo)航終端的設(shè)計以及先進(jìn)的SOC單片機技術(shù)。軌道偏心率e=。 3)定位原理 與GPS相同。 2)地面系統(tǒng):一個中心站，負(fù)責(zé)系統(tǒng)測控、定位信號的發(fā)射與接收、用戶坐標(biāo)的解算與發(fā)布、雙向授時、發(fā)送導(dǎo)航電文，監(jiān)視和控制整個系統(tǒng)的工作情況等。當(dāng)然，在實際中要考慮到各種誤差對測距的影響，以便對計算結(jié)果進(jìn)行修正。每個軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差90度，一軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前30度。這種注入每天對每顆GPS衛(wèi)星進(jìn)行一次，并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進(jìn)行最后的注入。粗獲碼(C/A碼)是一種短碼，用于跟蹤、鎖定測量的偽隨機碼，波長約為300米，周期為1Mso P碼是GPS的精測碼，[39。 式中: x, y, z待測點坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。 2)被動式全天候?qū)Ш蕉ㄎ? 由GPS導(dǎo)航定位時，用戶設(shè)備只需接收機GPS信號就可進(jìn)行導(dǎo)航定位，而不需用戶發(fā)射任何信號。單板機以各種工業(yè)控制機為代表，主要是針對工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了特殊的設(shè)計，實現(xiàn)各種抗干擾、以及小型化的工作。C8051F020通過串口與GPS接收機通信，將GPS串口輸出的字節(jié)流進(jìn)行處理，提取出測試點的地理信息(經(jīng)度、緯度、時間值)。 其次，使用JTAG接口。采用模塊化設(shè)計可以使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，不僅容易設(shè)計也容易管理和修改，方便系統(tǒng)測試和調(diào)試，有助于提高系統(tǒng)的可靠性和可修改性。24. VDDes USB輸入端，USB電源，不用 USB時接地。, 22, I/0口，GPS模式引腳，不用時懸空。啟動時間跟各種原因都有關(guān)系，環(huán)境，氣候，干擾等各種綜合因素都有關(guān)系，因為GPS啟動需要較好的環(huán)境范圍，在信號差的情況下啟動時間會變得比較長，熱啟動就尤為重要，因此備用電池就顯得舉足輕重。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。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。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。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。 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)。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。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(dāng)復(fù)位引腳為低時，兩個振蕩器都被禁止。當(dāng)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)。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。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(dāng)該位為1時。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。//查詢晶振運行穩(wěn)定標(biāo)志位是否為1, (1為 運行穩(wěn)定) OSCICN = 0x08 。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”。2印制板元件布局時，相關(guān)元件盡量靠近。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(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線、6條控制線及電源線【16]。 RS232C串口模塊設(shè)計 RS232C總線標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)(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。在標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)一步節(jié)電的能力。(4)增加了中斷源 標(biāo)準(zhǔn)的8051只有7個中斷源，Cygnal C8051F020單片機擴展了中斷處理。 CIP51內(nèi)核具有標(biāo)準(zhǔn)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。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(jìn)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。28, TIMEPULSE輸入端，時間脈沖信號，默認(rèn)值為每秒一個脈沖。8. VDD 180UT輸出端，不用時懸空。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。這兩個串口的波特率產(chǎn)生是獨立的，使用起來相當(dāng)靈活。 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。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。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(dá)到五到十米。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(dá)接收機所經(jīng)歷的時間。每個GPS衛(wèi)星在兩個頻率波段上發(fā)布獨立信號。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。 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。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。 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)”。垂直精度:士75m。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 )。 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。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 )。但是，由于導(dǎo)航定位系統(tǒng)有強烈的本地特色，例如當(dāng)?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。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。并在此基礎(chǔ)上提出了下一步的研究方向和工作。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)。 GPS即全球定位系統(tǒng)。 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