【文章內(nèi)容簡介】 編輯電文注入衛(wèi)星，然后由衛(wèi)星以廣播星歷的方式實時地傳送給用戶。 地面支撐系統(tǒng)包括 1 個主控站， 3 個注入站和 5 個監(jiān)測站 ， 如圖 ： 數(shù) 據(jù) 處 理 機接 收 機調(diào) 制 解調(diào) 機銫 鋅 氣 象 傳 感 器觀 測 星 歷與 時 鐘計 算誤 差編 算 注 入導(dǎo) 航 電 文調(diào) 制 解 調(diào) 器數(shù) 據(jù) 處理 機指 令 發(fā)生 器高 功 率放 大 器數(shù) 據(jù) 存 儲 器 與 外 部 設(shè) 備監(jiān) 測 站主 控 站注 入 站 圖 11 地面監(jiān)控系統(tǒng)方框圖 3)用戶接收機 ： 自從 GPS全部建成以后，它將晝夜不停地發(fā)送導(dǎo)航定位信息，在地球地任何地方和任何時間實現(xiàn)實時定位。這其中最終要地關(guān)鍵設(shè)備就 是用戶接收機。近十幾年，世界各國地企業(yè)公司和研所單位都相繼研制各種類型地接收機。據(jù) 1998年 1月出版地《 GPS WORLD》統(tǒng)計，已有 60多家企業(yè)生產(chǎn)出 400多種型號地 GPS接收機。 GPS接收機可以按照不同要求進行分類 ， 如按編碼信息分類，按接受地數(shù)據(jù)分類，按接收機通道分類、按照動態(tài)性能分類、按用途分類、按工作模式分類等。但總起來說，可分為兩大類 ： 導(dǎo)航型和測地型。導(dǎo)航型接收機結(jié)構(gòu)簡單、體積小、耗電省、精度低、價錢便宜，一般采用單頻 C/A碼偽距接受技術(shù)，定位經(jīng)度為 100m，用于航空、航海和陸地實時導(dǎo)航中 ： 現(xiàn)在 發(fā)展地差分 GPS技術(shù)，能使定位精度提高到 13米，大大拓寬了應(yīng)用范圍、有極少數(shù)接收機采用 P碼接受技術(shù)，使單點定位精度達到 10m，這種接收機專為軍用 [4]。 GPS接收機地種類雖然很多，但它的結(jié)構(gòu)基本一致，分為天線單元和接受單元兩大部分，如圖 ： 基于單片機的簡易 GPS 定位信 息顯示系統(tǒng)設(shè)計 6 前 置 放 大 器頻 率 變 換 器標頻器頻 率合 成器信號通道存 儲 器電 源微 處理 機顯 控 器數(shù) 控接 口P C 機接 受 單 元天 線 單 元 圖 12 GPS接收機基本結(jié)構(gòu) ： 它是由接受天線和前置放大器組成。 GPS 接收機天線有 ： 定向天線、偶極子天線、微帶天線、螺旋天線等。對天線地性能要求是：高增益，低噪聲系數(shù)、大的動態(tài)范圍。由于高性能 場效應(yīng) FET 放大器地出現(xiàn)，現(xiàn)在多采用有源微帶天線 [5]。 ： a)通道單元 ： 它的主要功能是接收來自天線單元的信號，經(jīng)過變頻、放大、濾波等一系列處理過程，實現(xiàn)對 GPS 信號的跟蹤、鎖定、測量，提供計算位置的數(shù)據(jù)信息。根據(jù)不同需要，可設(shè)計成 612 通道。通道是由硬件和軟件組成。每個通道在某一時可跟蹤一顆衛(wèi)星。當此衛(wèi)星鎖定后，便占據(jù)這一通道，直到此衛(wèi)星信號失鎖為止。由于科學(xué)技術(shù)的反戰(zhàn)，并行多通道接收機已經(jīng)稱為主趨勢。雙通道和多路復(fù)用的接收機已經(jīng)被淘汰。在相關(guān)型接收機中，碼延遲鎖定環(huán)和載波相位鎖定環(huán)是重要 的部件 [6]。 1）碼延遲鎖定環(huán) (DLL)是將本地偽隨機碼與衛(wèi)星的偽隨機碼對齊，實現(xiàn)衛(wèi)星的根中、鎖定、識別和偽距測量。 2）載波相位鎖定環(huán) (PLL)是利用本機的 COSTAS 環(huán)，將其載波相位與衛(wèi)星載波相位鎖定，藉以解調(diào)出導(dǎo)航電文，并進行載波相位測量。 b)計算和顯示單元它的功能是 ： 1)工作開始的自檢； 2)根據(jù)采集到的衛(wèi)星星歷，偽距觀測量計算三維坐標和速度； 3)人機對話，按照輸入航路點進行導(dǎo)航、輸入衛(wèi)星高度截止角、歷元間隔、數(shù)據(jù)更新率、控制屏幕顯示以及其他指令 [7]。 c)存儲單元用于存儲輸入的各種數(shù)據(jù) ，例如，初始化時間和坐標、導(dǎo)航點、星歷、原始觀測量等 [8]。 d)電源 機內(nèi)裝有專用鋰電池 (3v)，專供接收機的時鐘和 RAM 存儲器保存星歷和初始化數(shù)據(jù)用的，保證在關(guān)機時存儲數(shù)據(jù)。外接鎘鎳蓄電池向接收機供電 (12v)。 在使用 OEM芯片時，通常需要 TTL 電平 (5v)。 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 GPS信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號包括三種信號分量 ： 載波、測距碼和數(shù)據(jù)碼。時鐘頻率 f0=，利用頻率綜合器產(chǎn)生所需要的頻率。 GPS信號的產(chǎn)生過程如圖 ： 基 本 頻 率 f 0 1 0 . 2 3 M H zL 1 1 5 7 5 . 4 2 M H zC / A 碼1 . 0 2 3 M H zP 碼1 0 . 2 3 M H zL 2 1 2 2 7 . 6 M H zP 碼1 0 . 2 3 M H z5 0 B P S數(shù) 據(jù) 碼 ( 導(dǎo) 航 電 文 , 或 D 碼 )* 1 5 4* 1 2 0/ 1 0 圖 13 GPS信號的產(chǎn)生 GPS 工作所需的信號按如下圖的方式進行合成，然后向全球發(fā)射，形成現(xiàn)在隨時隨地都能接收到信號 [9]。對用戶而言，最感興趣的是測距碼和數(shù)據(jù)流 (導(dǎo)航電文 )。 L 1 載 波B KΛ 216。 = 9 0 176。JΣC / A 碼電 文P 碼L 2 載 波振 蕩 器AGFCDLHΣ模 2 相 加 混 頻 器Σ相 加 器 圖 14 GPS信號構(gòu)成圖 基于單片機的簡易 GPS 定位信 息顯示系統(tǒng)設(shè)計 8 第 2 章 硬件電路設(shè)計 本設(shè)計采用的硬件主要包括： 本文介紹使用 GARMIN 公司的 GPS25LVS 系列 OEM (Original Equipment Manufacturer)、 AT89C51 芯片、 LED 顯示模塊、操作按鍵以及電源部分。其中， 89C51 芯片是系統(tǒng)中心控制單元，它具有全雙工異步通信口，可與 OEM板接口進行數(shù)據(jù)讀取，處理和輸出。 OEM 板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。單片機在獲得定位信息后，就可通過操作按鍵將定位信息顯示在液晶顯示模塊上，其硬件電路框圖如圖所示。 電 源 顯 示 模 塊鍵 盤T X D 1R X D 1T X DR X DG N D G N DI N T 0O E M 板A T 8 9 C 5 1 圖 21 硬件電路框圖 GPS內(nèi)部 最小系統(tǒng)介紹 所用單片機引腳介紹 本次設(shè)計所用主要芯片是 89C51，現(xiàn)對各組成部分的情況介紹如下：中央處理器，內(nèi)部數(shù)據(jù) 存儲器，內(nèi)部程序存儲器，定時器，串行口，中斷控制系統(tǒng)，及時鐘電路等等[10]。 信號引腳介紹： XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 8 9 C 5 1122 22 12 01 91 81 71 61 51 41 31 21 11 098765434 03 93 83 73 63 53 43 33 23 13 02 92 82 72 62 52 42 3（ T 2 ） P 1 . 0（ T 2 E X ） P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7R S T / V P D（ R X D ） P 3 . 0（ T X D ） P 3 . 1（ I N T O ） P 3 . 2（ I N T 1 ） P 3 . 3（ T 0 ） P 3 . 4（ T 1 ） P 3 . 5（ W R ） P 3 . 6（ R D ） P 3 . 7X T A L 2X T A L 1V S SV C CP 0 . 0 （ A D 0 ）P 0 . 1 （ A D 1 ）P 0 . 6 （ A D 6 ）P 0 . 5 （ A D 5 ）P 0 . 4 （ A D 4 ）P 0 . 3 （ A D 3 ）P 0 . 2 （ A D 2 ）P 0 . 7 （ A D 7 ）P 2 . 0 （ A 8 ）P 2 . 1 （ A 9 ）P 2 . 2 （ A 1 0 ）P 2 . 3 （ A 1 1 ）P 2 . 4 （ A 1 2 ）P 2 . 5 （ A 1 3 ）P 2 . 6 （ A 1 4 ）P 2 . 7 （ A 1 5 ）P S E NA L E / P R O GE A / V P P 圖 22 89C51 引腳圖 P0 口： P0 口是開漏雙向口可以寫為 1 使其狀態(tài)為懸浮用作高阻輸入 P0 也可以在訪問外部程序存儲器時作地址的低字節(jié)在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時作數(shù)據(jù)總線此時通過內(nèi)部強上拉輸出 1。 P1 口： P1 口是帶內(nèi)部上拉的雙向 I/O 口向 P1 口寫入 1 時 P1 口被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入口當作為輸入腳時被外部拉低的 P1 口會因為內(nèi)部上拉而輸出電流。 P1 口第 2 功能： T2(P1。 0)定時 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入 /時鐘輸出 (見可編程輸出 )。T2EX(P1。 1)定時 /計數(shù)器 2 重裝載控制。 P2 口： P2 口是帶內(nèi)部上拉的雙向 I/O 口向 P2 口寫入 1 時 P2 口被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入口當作為輸入腳時被外部拉低的 P2 口會因為內(nèi)部上拉而輸出電流 (見 DC電氣特性 )在訪問外部程序存儲器和外部數(shù)據(jù)時分別作為地址高位字節(jié)和 16 位地址(MOVX @DPTR)此時通過內(nèi)部強上拉傳送 1 當使用 8 位尋址方式 (MOV @Ri)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口發(fā)送 P2 特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3 口： P3 口是帶內(nèi)部上拉的雙向 I/O 口向 P3 口寫入 1 時 P3 口被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入口當作為輸入腳時被外部拉低的 P3 口會因為內(nèi)部上拉而輸出電流 (見 DC 電氣特性 )P3 口還具有以下特殊功能。 RXD(P3。 0) 串行輸入口 TXD(P3。 1) 串行輸出口 INT0(P3。 2) 外部中斷 0 INT1(P3。 3) 外部中斷 T0(P3。 4) 定時器 0 外部輸入 T1(P3。 5) 定時器 1 外部輸入 WR(P3。 6) 外部數(shù)據(jù)存儲器寫信號 RD(P3。 7) 外部數(shù)據(jù)存儲器讀信號 基于單片機的簡易 GPS 定位信 息顯示系統(tǒng)設(shè)計 10 ALE：地址鎖存使能在訪問外部存儲器時輸出 脈沖鎖存地址的低字節(jié)在正常情況ALE輸出信號恒定為 1/6 振蕩頻率并可用作外部時鐘或定時注意每次訪問外部數(shù)據(jù)時一個 ALE脈沖將被忽略 ALE可以通過置位 SFR 的 auxlilary0 禁止置位后 ALE只能在執(zhí)行MOVX 指令時被激活。 PSEN：程序存儲使能當執(zhí)行外部程序存儲器代碼時 PSEN 每個機器周期被激活兩次在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時 PSEN 無效訪問內(nèi)部程序存儲器時 PSEN 無效。 EA：當此腳為低電平時，對 ROM 的操作限定在外部程序存儲器，而它為高電平時，則對 ROM 的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延續(xù)至外部程序存 儲器。 XTAL1：晶體 1 反相振蕩放大器輸入和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路輸入。 XTAL2：晶體 2 反相振蕩放大器輸出。 GPS 復(fù)位電路 復(fù)位是單片機的初始化操作，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。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為了擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵以重新啟動 [11]。 在振蕩器工作時將 RST 腳保持至少兩個機器周期高電平 12 時鐘模式為 24 個振蕩器周期 6 時鐘模式為 12 振蕩器周期可實現(xiàn)復(fù)位為了保證上電復(fù)位的可靠 RST 保持高電平的時間至少為振蕩器啟動時間通常為幾個毫秒再加上兩個機器周期復(fù)位后振蕩器以12 時鐘模式運行當已通過并行編程器設(shè)置為 6 時鐘模式時除外。 單片機在 RESET 為高電平控制下，程序計數(shù)器（ PC）和特殊功能寄存器的復(fù)位如表 2－ 1 所示。單片機的復(fù)位并不影響芯片內(nèi)部 RAM 狀態(tài)，只要 RESET 引腳保持高電平，單片機將循環(huán)復(fù)位。在復(fù)位有效期間內(nèi)， ALE﹑ PSEN 將輸出高電平。 表 21 復(fù)位后寄存器狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) PC 0000H TMOD 00H ACC 00H TCON 00H B 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H DPTR 0000H TH1 00H P0—P3 0FFH SCON 00H IP 000000B SBUF 不定 IE 0000000 PCON 00000 本次設(shè)計復(fù)位電路，如下圖： XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 圖 23 復(fù)位電路的設(shè)計 GPS 時鐘電路 時鐘電路產(chǎn)生與單片機工作所需要的時鐘信號，單片機本身就是一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn) ，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴格的按時序進行工作。而時序所研究的則是指令執(zhí)行中各信號之間的相互時間的關(guān)系