【文章內(nèi)容簡介】 功能，還能仿真單片機及其外圍的設(shè)計電路，從原理圖的布局設(shè)計，源程序代碼的調(diào)試和外圍電路的協(xié)作模擬仿真，到一鍵切換到 PCB的設(shè)計中，真正實現(xiàn)了從理論設(shè)計的概念化，到產(chǎn)品的完整設(shè)計與調(diào)試。 此軟件有著非常豐富的元器件庫資源，多達 27000種的元器件任你選擇，創(chuàng)建方便，使用簡單。并且還具有智能化的連線功能，支持總線結(jié)構(gòu)，還可以輸出高質(zhì)量的圖紙。其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，在教學領(lǐng)域可以進行模擬電路和數(shù)字電路的教學與實驗，微控制器的綜合實驗，項目的設(shè)計與產(chǎn)品研發(fā)， 創(chuàng)新設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計等。在產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域，是一個從產(chǎn)品概念設(shè)計到完整的模擬仿真應(yīng)用平臺，可以預(yù)計研發(fā)項目的評估，減小開發(fā)的風險，便于團隊項目的管理與團隊的開發(fā)合作 [11]。 Proteus 的工作過程 本次設(shè)計用到的是 proteus8仿真軟件，首先打開 Proteus仿真軟件，在進行仿真之前，設(shè)置好界面信息，和布局。當準備工作完成后，在工具欄中選擇本次仿真需要的元器件，這是在 pick devices窗口下執(zhí)行的操作，元器件選擇完成后把選中的器件放在仿真區(qū)域，并把器件愛你的參數(shù)以及器件的名字改正，然后進 行連線。當仿真圖畫好之后需要進行仿真實現(xiàn)的時候，需要選擇程序的編譯工具，擴展名，路徑等等。我們把在外部寫好的單片機程序加入到本次仿真試驗中，在 debug菜單對應(yīng)的命令下仿真電路的運行狀況。 Proteus軟件里面涵蓋了數(shù)千種元器件，里面的元器件非常的多，通常不會找不到我們所需要的內(nèi)容，而且里面的元器件的類型更是豐富。 Proteus 調(diào)試手段 Proteus 軟件對電路調(diào)試提供了兩種方法，這兩種方法能很好的解決我們在基于單片機的 GPS定位系統(tǒng)設(shè)計 5 仿真過程中遇到的問題。 （ 1）總體執(zhí)行效果的調(diào)試方法，首先需要在 debug 菜單中 找到 execute 選項，或者我們可以選用快捷方式直接按下 F12,如果我們想要在運行過成中暫停程序需要 shift + break 組合鍵停止系統(tǒng)運行，使用快捷方式的操作可以節(jié)省我們調(diào)試的時間，運行的方式還有多種，在菜單欄中可以找到。 （ 2）軟件的分步調(diào)試，應(yīng)該執(zhí)行啟動調(diào)試菜單 /重新啟動調(diào)試菜單項命令，那么你可以選擇跨越，進入和失調(diào)執(zhí)行命令（可以用快捷鍵 Ctrl + F10， F11， F11），執(zhí)行的效果是一個句子的實施，跳到子程序子程序。在執(zhí)行啟動 /重新啟動調(diào)試命令，在下面的仿真調(diào)試菜單出現(xiàn)在軟件和單片機的系統(tǒng) 資源列表，用于調(diào)試分析和評審的時間 [15]。 系統(tǒng)的總體仿真 系統(tǒng)采用單片機常用的仿真軟件 Proteus進行仿真，總體仿真圖如圖 。 圖 總體仿真圖 基于單片機的 GPS定位系統(tǒng)設(shè)計 6 系統(tǒng)總體流程圖如圖 所示 。 開始串口初始化從串口讀取 GPS數(shù)據(jù)判斷格式提取位置 、 時間顯示 、 傳輸結(jié)束YN 圖 總體流程圖 首先接通電源，定位開始初始化數(shù)據(jù)，當 GPS 接收到信號后，通過串口通信把數(shù)據(jù)傳輸?shù)? 單片機中，單片機通過編碼頭來判斷是否是自己需要信息進行處理，如果是就提取自己想要的信息，并把信息傳輸給液晶現(xiàn)實器進行顯示。 液晶顯示模塊 該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊做比較的話，不僅硬件電路結(jié)構(gòu)簡潔，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊， LCD1602 的程序流程圖如圖 所示。 L C D 初始化開始清顯示 R A M 區(qū)置顯示行初值 ， 顯示指針指向第一行待顯示數(shù)據(jù)送入緩沖區(qū)預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)顯示在指定區(qū)域中調(diào)整指針 ， 指向 L C D 的下一行顯示結(jié)束否結(jié)束YN 基于單片機的 GPS定位系統(tǒng)設(shè)計 7 圖 LCD1602 的程序流程圖 采用 LCD1602 液晶顯示模塊可以很好的顯示由 GPS 模塊接收采集到的信息，使觀察者可以清晰的得到信息內(nèi)容，而且該模塊低功耗、價格便宜、體積小，適合于本設(shè)計的要求。 GPS 模塊 當 GPS 接受信號后，保護現(xiàn)場，改變正在工作狀態(tài)，或者剛開始工作的狀態(tài)，判斷是否接受中斷為 1，在程序設(shè)計中，非零即為真，然后清除上一次的中斷標志，接受單片機中緩存區(qū)的數(shù)據(jù)，進入程序運作區(qū)， GPS 接收程序流程圖如圖 所示 保護現(xiàn)場改變工作寄存器接收中斷為 1清中斷標志從接受緩存區(qū)讀數(shù)據(jù)是 G P M R C接收終端為 1接收數(shù)據(jù)恢復(fù)現(xiàn)場NYYYNNY 圖 GPS 接 收 程序流程圖 基于單片機的 GPS定位系統(tǒng)設(shè)計 8 3 GPS定位系統(tǒng) 硬件設(shè)計 Keil 軟件介紹 KeilC51 是美國 Keilsoftware 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。該編譯軟件具有具有龐大的庫函數(shù)，同時據(jù)有功能強大的集成開發(fā)工具，對開發(fā)者而言是很好的開發(fā)工具，經(jīng)過 Keil編譯出來的語言據(jù)有很好的可讀性，其他不懂 keil 的編譯人員只要看一下使用 keil 編譯出來的代碼很容易就能理解里面寫的內(nèi)容，同時該編譯軟件編譯出來的代碼具有很好的移植性，代碼編譯效率大大提高。 Keil 的版本目前是 V7 版本，他是很優(yōu)秀的 8051C 編譯器。安裝 Keil對系統(tǒng)的要求比較低，一般的 windows 系統(tǒng)就可以了。安裝過程也很方便，依照軟件安裝過程的提示完成安裝即可 [17]。 KeilC51 軟件的集成編寫時在 Vision2 編譯環(huán)境下進行的。 Vision2 是一個標準的 windows 應(yīng)用程序，它是 C51 的一個集成軟件開發(fā)平臺，具有源代碼編輯、項目管理、程序生成器等功能，操作方便是開發(fā)者的首選工具軟件。 Vision2 提供以下特性幫助用戶快嵌入式應(yīng)用的開發(fā)過程。 1 用戶可定義密碼序列的全功能編輯器； 2 將外部程序加入下拉式菜單的應(yīng)用管理器； 3 創(chuàng)建和保存項目的項目管理器； 4 匯編編譯和連接應(yīng)用程序的集成程序生成工具； 5 所有環(huán)境的對話框和開發(fā)工具設(shè)置。 （ 1） C51 編譯器和 A51 匯編器 源代碼包括 uVision2 創(chuàng)建并編譯或 C51 匯編 A51。編譯器和匯編程序從源代碼生成可重定位的目標文件。 KeilC51 ANSIC 語言編譯器完全符合標準要求，對 C 語言的所有標準功能支持。此外， 8051 種結(jié)構(gòu)的幾個特點，直接支持添加到里面。 keila51 宏匯編程序支持所有 8051 及其衍生系列指令集。 （ 2） LIB51 庫管理器 在匯編器和編譯器編譯 成功后生成的目標文件中， LIB51 允許它們創(chuàng)建自己需要的目標庫文件，如果連接器需要處理一個庫的時候，它自己調(diào)用這個庫，基于單片機的 GPS定位系統(tǒng)設(shè)計 9 庫中封存的是這個模塊的內(nèi)容，連接器進行訪問的時候 LIB51 庫為其提供所需要的內(nèi)容，提高訪問效率，同時提高安全性能。 （ 3） BL51 連接器 /定位器 該連接器 BL51/定位器使用庫和絕對地址生成由編譯器或匯編的目標模塊目標模塊提取的目標模塊。目標模塊或文件包含不重的代碼和數(shù)據(jù)的絕對地址 定位。所有代碼和數(shù)據(jù)被放置在一個固定的存儲單元的容器。此絕對地址目標文件可以用來寫 EPROM 或其它 存儲裝置，或者由的 uVision2 調(diào)試仿真器使用的用于仿真和調(diào)試測試程序。 （ 4） Vision2 調(diào)試器 Vision2調(diào)試器的源代碼級調(diào)試器是一種理想的，快速和可靠的調(diào)試器調(diào)試。該調(diào)試器包含一個高速模擬器，可以模擬整個 8051 系統(tǒng)，包括片上外設(shè)和外部硬件。當設(shè)備從設(shè)備庫中選擇，該裝置的功能被自動配置。用 Keil C51 編譯器的過程 Vision2 包含項目經(jīng)理，可以使 8051 應(yīng)用系統(tǒng)。要創(chuàng)建一個應(yīng)用，需要按下列步 驟進行操作。 ?啟動 Vision2，創(chuàng)建一個項目文件并從器件庫中選擇一個器件。 ?新建一個源文件并把它加入到項目中。 ?增加并配置選擇的期間的啟動代碼。 ④ 針對目標硬件設(shè)置工具選項 （ 5） 編譯項目并生成可以編程 PROM 的 HEX 文件。 編譯后， C51 編譯器產(chǎn)生一個列表文件。文件中包含源代碼、指示信息、匯編清單和字符表。 ? C51 編譯器產(chǎn)生行號，編譯時的時間和日期； ?編譯器的運行和產(chǎn)生的目標文件的信息被記錄在案； ?列表文件在每個源 代碼前沒包含行號和 {}的嵌套層數(shù)； ④ 如果錯誤或可能錯誤的代碼存在，一個錯誤或警告信息將顯示出來； ⑤ 選擇在 μVision2options for tagetlisting 中的 Assembly code 代碼指示選項，將在列表文件的匯編代碼處加入源代碼所在的行號； ⑥ 存儲器一覽表提供了 8051 存儲器占用信息； ⑦ 程序中的錯誤和警告總數(shù)包括在文件的結(jié)尾處。 基于單片機的 GPS定位系統(tǒng)設(shè)計 10 GPS 定位系統(tǒng)硬件設(shè)計 IAP15W4K58S4 單片機 IAP15W4K58S4 是一種集上電復(fù)位、看門狗、電壓監(jiān)控和 EEPROM 四種功能于一身的可編程控制電路，有助于簡化應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計。 （ 1）上電復(fù)位 當電力被加入時，內(nèi)部上電復(fù)位電路被激活，使得復(fù)位銷是有效的?？杀苊庠谙到y(tǒng)中的微處理器在欠壓或不穩(wěn)定振蕩 器的情況下的情況下的信號。如果VCC 超過設(shè)備的極限 VTRIP，電路會釋放復(fù)位后 200ms 的延遲，讓系統(tǒng)開始工作。 （ 2）低電壓檢測 當工作時， IAP15W4K58S4 上 VCC 電壓監(jiān)控，如果電源電壓下降到預(yù)先設(shè)定的最小電壓時，系統(tǒng)將執(zhí)行重置，這樣可以有效地解決上述微處理器斷電或斷開。后的 RESET 被確認，直到電壓下降到低于 1V RESET 信號將保持有效。而當 VCC 返回并超過 VTRIP 為 200ms，系統(tǒng)再次開始工作 [17]。 （ 3）看門狗定時器 看門狗定時器由 WDI 輸入監(jiān)視來監(jiān)視微處理器的激活。由于微處理器必須定時觸發(fā) CS / WDI 引腳用于有效避免復(fù)位信號被激活和復(fù)位電路，使引腳 CS / WDI 必須在看門狗超時的終止是由高向低信號觸發(fā)。 按鍵模塊設(shè)計 鍵盤是人機對話的紐帶，操作人員可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)和命令。鍵盤可分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤兩種，前者用軟件來識別輸入鍵和產(chǎn)生代碼，后者則用硬件來識別輸入鍵和產(chǎn)生代碼，按鍵模塊電路圖如圖 所示。 按鍵液晶顯示模塊 51 系列單片機與液晶模塊的接口方式有兩種，一種為直接訪問方式，一種為間接控制方式。直接訪問方式就是將液晶顯示模塊作為存儲器或 I／ O 設(shè)備對待，直接掛在單片機總線上，單片機以訪問存儲器或 I／ O 設(shè)備的方式操作液晶基于單片機的 GPS定位系統(tǒng)設(shè)計 11 顯示 模塊。間接控制是單片機通過軟件模擬液晶工作時序的方法實現(xiàn)與液晶顯示模塊的連接。本設(shè)計采用直接訪問方式，硬件連接圖如圖 所示： 圖 按鍵模塊電路圖 圖 1602LCD 連接電路圖 基于單片機的 GPS定位系統(tǒng)設(shè)計 12 GPS 模塊 根據(jù)總體設(shè)計方案，基于單片機的 GPS 硬件設(shè)計主要由 GPS 信號接收部分（ SERF NEO6 GPS 信號接收模塊）、控制芯片 IAP15W4K58S4 單片機、顯示部分 1602LCD 液晶顯示模塊、電平轉(zhuǎn)換電路這幾部分構(gòu)成。 GPS 應(yīng)用 結(jié)構(gòu)框圖如 圖 所示 。 圖 GPS 應(yīng)用 結(jié)構(gòu)框圖 SERF NEO6 GPS 信號接收模塊 該設(shè)計中 GPS 信號接收模塊所選用的是 SERF NEO6 GPS 接收模塊，該模塊是由深圳市瑟孚電子有限公司所生產(chǎn)。模塊具有 12 通道并行接收能力，所接收的 GPS 信號屬于民用頻段的 L1 信號（ ），在沒有 SA 干擾的情況下平均定位誤差為 8 米，動態(tài)速度誤差為 米 /秒，信號靈敏度更是高達－150dBm，冷啟動定位時間為 52 秒，熱啟動時間為 34 秒，重新定位時間僅僅需要 10 秒。 單片機串口 TXD、 RXD 分別與 NEO6 的 RXA、 TXA 進行連接，用于對NEO6 進行設(shè)置后，采集 NEO6 的 GPS 定位和時間信息。 EN 引腳為校準器使能端，接單片機的 ，通過其選用校準器（上電或低電壓時啟用，在 到VCC 之間禁用）。 BOOT 引腳為模塊啟動端口，與單片機的 相連 ,VCC 復(fù)位時模塊啟動進入特殊調(diào)試模式。硬件連接圖如圖 所示。 圖 NEO6 GPS 信號接收電路圖 基于單片機的 GPS定位系統(tǒng)設(shè)計 13 穩(wěn)壓電路模塊 穩(wěn)壓電源電路如圖 所示。采用集成穩(wěn)壓器 LM7805， C C2 分別為輸入端和輸出端濾波電容；輸入電壓 Vin 引腳可直接接入電源， 穩(wěn)壓器 2 腳接地，輸出電壓 Vout 引腳即可為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定的 5V 電壓。 圖 LM7805 穩(wěn)壓電源電路 基于單片機的 GPS定位系統(tǒng)設(shè)計 14 4 基于單片機的 GPS定位系統(tǒng)的實現(xiàn) 硬件部分的實現(xiàn) 在電路焊接中，各個子模塊焊接完成的程度會直接影響整個電路的運行效果，電路焊接中，焊接的順序和方法都是極為重要的，所以在要注意以下幾點 。 呈圓焊接順序：元器件裝焊順序依次為：電阻器