【文章內(nèi)容簡介】 圖 3－ 7 MAX232 芯片在單片機中 的典型應用 該電路就可以實現(xiàn) GPS 接收模塊與 AT89S51 單片機之間的通訊。 電源 考慮到該系統(tǒng)的移動便攜性， 因此 決定使用電池作為電源，在電池的選擇上我參考了單片機、液晶模塊、 GPS接收模塊、 232電平轉換電路的最佳工作電壓，選擇了四節(jié)鎳氫電池串連作為電源，該電池在充滿電后實測電壓為 ， 四節(jié)電池 串連后電壓為 ，其最佳 供電 電壓平臺在 ， 足以 滿足上述模塊的電壓要求。 鎳氫電池可以反復 充電，從而降低了該系統(tǒng)的使用成本。 基于單片機的 GPS 硬件連接 介紹 整個硬件 設計要求 GPS接收模塊輸出的信號通過電平轉換電路及必要的連接器件將 MCU（ AT89C51）、 GPS信號接收模塊、液晶顯示模塊 、電四川理工學院本科畢業(yè)（設計）論文 18 源相 連接實現(xiàn)系統(tǒng)功能。硬件電路設計詳圖 請見 附錄 一 。 潘越： 基于單片機的 GPS 設計 19 第 4 章 基于單片機的 GPS 軟件設計 GPS NAEA 0183 數(shù)據(jù) 格式 介紹 NMEA－ 0183 是美國國家海洋電子協(xié)會 （ National Marine Electronics Association） 為海用電子設備制定的標準格式。它是在過去海用電子設備的標準格式 0180 和 0182 的基礎上，增加了 GPS 接收機輸出的內(nèi)容而完成 的。目前廣泛采用的是 Ver 版本?，F(xiàn)在除少數(shù) 早期的 GPS 接收機外，幾乎所有的 GPS 接收機均采用了這一格式。 此協(xié)議是為了在不同的 GPS 導航設備中建立統(tǒng)一的 RTCM 標準 。 這種格式的廣泛使用使得 GPS 接收模塊的通用化和互換性大大提高。 這種格式所輸出的語句采用的是 ASCⅡ 字符碼，包含了緯度、經(jīng)度、速度、日期、時間、航向、以及衛(wèi)星信號情況等信息。語句多達 10 余種，由于在此次設計中只運用到了 $GPRMC 定位數(shù)據(jù)語句，其結構為： $GPRMC,1,2,2,4,5,6,7,8,9,10,11*hhCRLF 其中“ GP”為交談識別符；“ RMC”為語句識別符；“ hh”為校驗和，其代表了“ $”與“ *”之間所有字符的按位異或值（不包括這兩個字符）。 $GPRMC 語句數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容為： 1定位點的協(xié)調(diào)世界時間（ UTC）， hhmmss（時分秒）格式； 2定位狀態(tài)， A＝有效定位， V＝無效定位； 3定位點緯度， （度分）格式； 4緯度半球， N（北半球）或 S（南半球）； 5定位點經(jīng)度， （度分）格式 。 6經(jīng)度半球， E（東經(jīng)）或 W（西經(jīng)）； 7地面速率， 節(jié)～ 節(jié)； 8地面航向， 度～ 度； 四川理工學院本科畢業(yè)（設計）論文 20 9UTC 日期， ddmmyy（日月年）格式； 10磁偏角， 度～ 180 度； 11磁偏角方向， E（東）或 W（西） 。 基于單片機的 GPS 軟件開發(fā)環(huán)境 程序編譯環(huán)境―― Keil uVision2 該 軟件 采用 了 匯編語言編寫，并在 Keil uVision2開發(fā)環(huán)境下編譯、調(diào)試。 Keil uVision2與同類開發(fā)環(huán)境具有以下優(yōu)點： ①真正的集成調(diào)試環(huán)境 ,集成了編緝器、編譯 器、調(diào)試器； ②眾多強大軟硬件調(diào)試手段 ,包括邏輯分析儀、跟蹤器、邏輯筆、波形發(fā)生器、影子 存儲器、記時器、程序時效分析、 數(shù)據(jù)時效分析、硬件測試儀、事件觸發(fā)器； ③所有類型的單片機集成在一個調(diào)試環(huán)境下 ,支持匯編、 C、 PL/M源程序混合調(diào)試； ④支持軟件模擬，支持項目管理； ⑤支持點屏功能 ,直接點擊屏幕就可以觀察變量的值 ,方便快捷； ⑥功能強大的觀察窗口 ,支持所有的數(shù)據(jù)類型； ⑦樹狀結構顯示，一目了然； ⑧在線直接修改、編譯、調(diào)試源程序，錯誤指令定位 開發(fā)界面如圖 4－ 1所示 。 潘越： 基于單片機的 GPS 設計 21 圖 4－ 1 Keil uVision2 界面圖 串口通信調(diào)試工具―― COMPort Debuger 由于 本次設計要涉及到串口與單片機的數(shù)據(jù)通訊，所以在調(diào)試的時候有必要使用一款串口調(diào)試軟件輔助軟件的調(diào)試，我所選用的是 COMPort Debuger 。 該軟件具有串口端口選擇，波特率選擇，數(shù)據(jù)位選擇，停止和校驗位選擇等等，而且在發(fā)送區(qū)域內(nèi)還可以設定自動發(fā)送數(shù)據(jù)的時間間隔，這些功能已經(jīng)完全滿足對串口進行簡單的調(diào)試。 如圖 4－ 2，正在使用該軟件模擬 GPS 向單片機發(fā)送 GPS 地理數(shù)據(jù)，以輔助調(diào)試程序和硬件。 四川理工學院本科畢業(yè)（設計）論文 22 圖 4－ 2 COMPort Debuger 界面圖 單片機程序編程軟件―― 在調(diào)試程序的過程中，通常要將已經(jīng)用 Keil uVision2 編譯連接好的程序寫到單片機上去，然后安裝在硬件系統(tǒng)上進行整體的調(diào)試，這時就需要一款編程軟件和編程器來完成以上工作，由于選用的單片機是 AT89S51（支持在 系統(tǒng) ISP 編程） ，所以我選擇了 這款編程配合燒錄程序。 潘越： 基于單片機的 GPS 設計 23 圖 4－ 3 GPS 接收模塊調(diào)試 軟件 —— uNav Analyzer 由于該 GPS 接收模塊 在第一次使用時需要在電腦上進行初始化串口輸率和測試接收 GPS 地理數(shù)據(jù)，故需要選擇一款軟件來配合。 SERF GS1100 GPS 信號接收模塊生產(chǎn)商推薦的是 uNav Analyzer。 該軟件可以對 SERF GS1100 GPS 信號接收模塊進行波特率 選擇 ，輸出語句選擇 等設置。還可以在 GPS 信號接收模塊接收到 GPS 數(shù)據(jù)后，進行數(shù)據(jù)文本輸出，衛(wèi)星狀態(tài)查四川理工學院本科畢業(yè)（設計）論文 24 看（衛(wèi)星數(shù)量、可用數(shù)、信號強度）， GPS 信號漂移分析等。 圖 4－ 4 uNav Analyzer 接收 GPS 地理數(shù)據(jù) 潘越： 基于單片機的 GPS 設計 25 圖 4－ 5 uNav Analyzer GPS 衛(wèi)星信號以及漂移情況 基于單片機的 GPS 軟件設計思路 該 GPS 設計的核心部分是 GPS 接收模塊與單片機的通訊，以及單片機將收到的信息篩選編排顯示位置后送到 LCM 液晶模塊顯示。 在設計該 軟件 時 采用了模塊化的思想， 之所以采用的模塊化的設計思想，主要是想到了軟件模塊化后方便軟件的調(diào)試，同時也方便了該軟件的移植，在不同的硬件平臺上運行該 軟件只需要更改相應的軟件模塊就可以實現(xiàn)。該軟件 分為了串口初始化模塊，液晶模塊初始化模塊，數(shù)據(jù)接收模塊，數(shù)據(jù)格式調(diào)整送顯模塊這四個主要模塊。 該系統(tǒng)具體程序詳見附錄二。 四川理工學院本科畢業(yè)（設計）論文 26 圖 4－ 6 軟件 程序流程圖 各模塊軟件設計 串口初始化模塊 在該模塊中設置的波特率為 9600（晶振頻率為 ），所以選擇定時器工作為工作方式 2，給 定時器 1 高位低位分別賦值 0FDH。 其程序如下： MOV TMOD,20H。定時器工作方式選擇 MOV TH1,0FDH。定時器初始賦值 AT89S51 串口、液晶顯示模塊初始化 開始 判斷是 否為$GPRMC 語句 接收并儲存到單片機分配的地址中 篩選 UTC 時間、經(jīng)緯度數(shù)據(jù)并調(diào)整格式 送液晶顯示模塊顯示UTC 時間、經(jīng)緯度 N Y 潘越： 基于單片機的 GPS 設計 27 MOV TL1,0FDH。 MOV PCON,00H。串口工作方式選擇 SETB TR1 MOV SCON,70H。串口工作方式選擇 液晶模塊初始化模塊 在該設計中所使用的是 1602 液晶模塊，其初始化方法參閱了該模塊的通用說明書，其標準初始化描述如下： 延時 15ms 寫指令 38H（不檢測忙信號） 延時 15ms 寫指令 38H（不檢測忙信號） 延時 15ms 寫指令 38H（不檢測忙信號） 寫指令 38H 寫指令 38H：顯示模式設置 寫指令 08H：顯示關閉 寫指令 01H：顯示清屏 寫指令 06H：顯示關標移動設置 寫指令 0CH：顯示開及光標設置 其中在實際使用中延時段程序的實際延時可以比 15ms 長些，對初始化并無影響。 程序如下： MOV P0,0H。清屏 四川理工學院本科畢業(yè)（設計）論文 28 ACALL ENABLE CALL delay1 MOV P0,38H ACALL ENABLE MOV P0,38H ACALL ENABLE MOV P0,38H ACALL ENABLE MOV P0,8H ACALL ENABLE MOV P0,1H ACALL ENABLE MOV P0,6H ACALL ENABLE MOV P0,0cH ACALL ENABLE 數(shù)據(jù)接收模塊 首先要對 GPS 接收模塊串口是否有信號發(fā)送給單片機進行識別，而且由于 GPS 接收模塊通過串口發(fā)送出來的數(shù)據(jù)不是我們?nèi)啃枰?，所以有必?再 對語句進行識別，然后 取 入我們 所 需要的語句 $GPRMC，???? 。由于這些語句都是已 $GP 開頭的，并且 $GPRMC 這條語句與別的語句差別的地方就是 MC 這兩個字母，故從精簡程序和節(jié)約 CPU 資源的角度考慮，在程序中也只判斷 M 和 C 這兩個字母。 潘越： 基于單片機的 GPS 設計 29 其識別和儲存的程序如下： read: call rec cjne A,04dH,read。39。M39。?。判斷是否 M call rec cjne A,043H,read。39。C39。?。 判斷是否 C call rec mov r0,10h。數(shù)據(jù)儲存起始地址 mov r1,42h。數(shù)據(jù)位數(shù) store: 。儲存 call rec mov @r0,a inc r0 djnz r1,store RET rec: JB RI,goout inc r2 cjne r2,255,rec mov r2,0h inc r3 cjne r3,255,rec mov r3,0h 四川理工學院本科畢業(yè)（設計）論文 30 inc r4 cjne r4,5,rec mov r4,0h call nosignal jmp wait goout: CLR RI mov r2,0h mov r3,0h mov r4,0h mov r5,0h MOV A,SBUF RET 數(shù)據(jù)格式調(diào)整送顯模塊 對于前面程序模塊取入的數(shù)據(jù)，還要通過數(shù)據(jù)格式調(diào)整才能送到顯示模塊進行顯示，在 NAEA 0183 語句中我們已經(jīng)知道，所取入的 GPRMC中包含了很多的地理信息，但是由于我們的應用所限，往往只能用到其中的一部分，比如我們所用到的緯度、經(jīng)度、 UTC 時間和 UTC 日期，由于我們在上面數(shù)據(jù)接收模塊程序中已 經(jīng)把 GPRMC 所包含的所有數(shù)據(jù)已經(jīng)順序存放在單片機中，所以我們只需要按照 NAEA 0183 語句所提供的格式 按位 選取出緯度、經(jīng)度、 UTC 時間和 UTC 日期就可以了。 對于我們已經(jīng)選取出的將要送去顯示的數(shù)據(jù)，為了在液晶屏上能 及時清晰地 顯示出來，再經(jīng)過一定的格式調(diào)整，最后再 送液晶屏顯示 。 其程序模塊如下： 潘越： 基于單片機的 GPS 設計 31 time:。時間格式調(diào)整模塊 MOV R2 ,0C0H LCALL ENABLE LCALL WRITE mov p0,01h。清屏 ACALL ENABLE mov 60h ,20h mov 61h ,20h mov 62h ,20h mov 63h ,20h mov 64h ,10h。時 mov 65h ,11h。 mov 66h ,: 。 mov 67h ,12h。分 mov 68h