【文章內(nèi)容簡介】 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ 基于單片機(jī)的 GPS 定位器設(shè)計(jì) 8 STC89C52的主要功能 STC89C52 主要功能 如 下表 所示 。 表 STC89C52 主要功能 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8K 可反復(fù)擦寫 Flash ROM 32 個(gè)雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷 時(shí)鐘頻率 024MHz 2 個(gè)串行中斷 可編程 UART 串行通道 2 個(gè)外部中斷源 共 6 個(gè)中斷源 2 個(gè)讀寫中斷口線 3 級(jí)加密 位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 STC89C52 總控制電路 STC89C52 總控制電路如下圖： 基于單片機(jī)的 GPS 定位器設(shè)計(jì) 9 圖 單片機(jī)總控制電路 STC89C52 的內(nèi)部電路： 1 時(shí)鐘電路 STC89C52 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳RXD 和 TXD 分別是此放大器的輸入端和輸出端。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖 (a) 所示，在 RXD 和TXD 引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩 頻率可以在 ～12MHz 之間選擇，電容值在 5～ 30pF 之間選擇，電容值的大小可對(duì)頻率起微調(diào)的作用。 外部方式的時(shí)鐘電路如圖 （ b） 所示， RXD 接地， TXD 接外部振蕩器。對(duì)外部振蕩信號(hào)無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz 的方波信號(hào)。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘 P1和 P2，供單片機(jī)使用。 示， RXD 接地， TXD 接外部振蕩器。對(duì)外部振蕩信號(hào)無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz 的方波信號(hào)。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘 P1 和 P2，供單片機(jī)使用。 RXD 接地， TXD 接外部振蕩器。對(duì)外部振蕩信號(hào)無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz 的方波信號(hào)。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘 P1 和 P2，供單片機(jī)使用。 （ a）內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 （ b）外部方式時(shí)鐘電路 圖 時(shí)鐘電路 2 復(fù)位電路 基于單片機(jī)的 GPS 定位器設(shè)計(jì) 10 復(fù)位電路保證系統(tǒng)可靠的進(jìn)行復(fù)位且具有一定的抗干擾能力。 （ 1） 復(fù)位操作 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。 除 PC 之外，復(fù)位操作還對(duì)其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如 下表 所示。 表 復(fù)位狀態(tài)對(duì)寄存器的影響 寄存器 復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) PC 0000H TCON 00H ACC 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H DPTR 0000H TH1 00H P0P3 FFH SCON 00H IP XX000000B SBUF 不定 IE 0X000000B PCON 0XXX0000B TMOD 00H （ 2）復(fù)位信號(hào)及其產(chǎn)生 RST 引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù) 24 個(gè)振蕩周期 (即二個(gè)機(jī)器周期 )以上。若使用頗率為 6MHz 的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過 4us 才能完成復(fù)位 操作。 產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的電路邏輯如圖 所示： 基于單片機(jī)的 GPS 定位器設(shè)計(jì) 11 圖 復(fù)位信號(hào)的電路邏輯圖 整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)(RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 時(shí)刻對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。 單片機(jī)的復(fù)位有上電復(fù)位和按鈕手動(dòng)復(fù)位兩種。如圖 212（ a）所示為上電復(fù)位電路，圖（ b）所示為上電按鍵復(fù)位電路。上電復(fù)位是利用電容充電來實(shí)現(xiàn)的，即上電瞬間 RST 端的電位與 VCC 相同，隨著充 電電流的減少， RST 的電位逐漸下降。圖 212 (a)中的 R是施密特觸發(fā)器輸入端的一個(gè) 10K?下拉電阻，時(shí)間常數(shù)為 1010 610103=100ms 。只要 VCC 的上升時(shí)間不超過 1ms，振蕩器建立時(shí)間不超過 10ms，這個(gè)時(shí)間常數(shù)足以保證完成復(fù)位操作。上電復(fù)位所需的最短時(shí)間是振蕩周期建立時(shí)間加上 2個(gè)機(jī)器周期時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間內(nèi) RST 的電平應(yīng)維持高于施密特觸發(fā)器的下閾值。上電按鍵復(fù)位 212（ b）所示。當(dāng)按下復(fù)位按鍵時(shí)， RST 端產(chǎn)生高電平，使單片機(jī)復(fù)位。 基于單片機(jī)的 GPS 定位器設(shè)計(jì) 12 圖 兩種復(fù)位 方式 晶振能夠準(zhǔn)確的劃分時(shí)鐘頻率，與 UART（通用異步接收器/發(fā)送器）量常見的波特率相關(guān)。特別是較高的波特率（ 19600,19200），不管多么古怪的值，這些晶振都是準(zhǔn)確的，常被使用的。目前有許多極好的編譯程序能顯示代碼，在速度和尺寸方面都很有成效。同時(shí)， 當(dāng)定時(shí)器 1被用作波特率發(fā)生器時(shí)，波特率工作于方式 1和方式 3 是由定時(shí)器 1 的溢出率和 SMOD 的值 ( )決定：方式 3波特率 =(定時(shí)器 1 的溢出率 ) 特殊時(shí)，定時(shí)器被設(shè)在自動(dòng)重袋模式 (模式 2， TMOD 的高四位為0100B)，其為： 方式 3波特率 = 晶振的一些典型波特率如下 表： 表 波特率 SMOD TH1 19200 1 OFDH 9600 0 OFDH 4800 0 OFAH 2400 0 OF4H 1200 0 OF8H 300 0 OAOH 基于單片機(jī)的 GPS 定位器設(shè)計(jì) 13 更換一種計(jì)算方式，它將以修改公式達(dá)到我們需求的波特率來計(jì)算出晶振。 最小晶振頻率 =波特率 x384x2SMOD 這就是我們所需波特率的最小晶振頻率，此頻率能成倍增加達(dá)到我們需求的時(shí)鐘頻率。 例如：波特率為 的最小晶振頻率： =19200x384x2(波特率為 的 SMOD 為 1) = 其中 TH1 是由倍乘數(shù) (3)確定 TH1=2563=253=0FDH 用來確定定時(shí)器的重裝值，公式也可改為倍乘數(shù)的因子： 晶振頻率 =波特率 x(256TH1)x384x2SMOD 這是波特率為 的晶振頻率。 以上的例子 可知，被乘數(shù) (3)是用來確定 TH1： TH1=2563=253=0FDH 波特率的晶振為 =19200x(2560FDH)x384x2( 的 SMOD 為 1) 其它值也會(huì)得出好的結(jié)果，但是 是較高的晶振頻率，也允許高波特率。 上拉電阻 在實(shí)際應(yīng)用中， p0 口絕大部分多數(shù)情況都是作為單片機(jī)系統(tǒng)的地址 /數(shù)據(jù)線使用，當(dāng)傳送地址或數(shù)據(jù)時(shí)， CPU 發(fā)出 控制信號(hào)，打開上面的與門，使多路轉(zhuǎn)接開關(guān) MUX 打向上邊，使內(nèi)部地址 /數(shù)據(jù)線與下面的場效應(yīng)管反相接通狀態(tài)。這時(shí)的輸出驅(qū)動(dòng)電路由于上下兩個(gè) EET 處于反相，形成推拉式電路結(jié)構(gòu)，大大的提高了負(fù)載能力。而當(dāng)輸入數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)信號(hào)則直接從引腳通過輸入緩沖器進(jìn)入內(nèi)部總線。 P0 口也可作為通用的 I/O 口使用。這時(shí)， CPU 發(fā)來的控制信號(hào)為低電平，封鎖了與門，并將輸出驅(qū)動(dòng)電路的上拉場效應(yīng)管截止，而多路的轉(zhuǎn)接開關(guān) MUX 打向下邊，與 D鎖存器的 Q 端接通。 當(dāng) P0 口作為輸出口使用時(shí)，由鎖存器和驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成數(shù)據(jù)輸出通路。基于單片機(jī)的 GPS 定位器設(shè)計(jì) 14 由于通路已有輸出鎖存 器，因此數(shù)據(jù)輸出可以與外設(shè)直接相接，無需再加上數(shù)據(jù)鎖存器電路。進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出時(shí)，來自 CPU 的寫脈沖加在 D 鎖存器的 CP 端，數(shù)據(jù)寫入 D 鎖存器，并向端口引腳輸出。但要注意，由于輸出電路是漏極開路電路，必須外接上拉電阻才能有高電平輸出。 SIRF 3III GPS 模塊 SIRF 3 帶 TTL 和 232 兩種電平輸出的 GPS 的 板 ， GPS 開發(fā)板帶備份電池，使 GPS 開發(fā)板可以具備熱啟動(dòng)、暖啟動(dòng)的功能 。 采用通用的 間距的排針引出，并且增加了秒脈沖輸出及顯示，可以通過板載 LED 來判斷定位狀態(tài)（綠色 LED 閃爍即定位成功） SIRF 3III GPS 模塊參數(shù) RoyalTek3571LP低功耗和小尺寸板是最新的代 RoyalTek GPS模塊。 模塊是以最新 SiRF 和 RoyalTek 專有導(dǎo)航技術(shù) ,具有穩(wěn)定、準(zhǔn)確的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。體積小主要應(yīng)用在移動(dòng)導(dǎo)航裝置 ,個(gè)人定位器 ,探測器和車輛定位測速照相機(jī)。其主要參數(shù)見下表。 表 SIRF 3III GPS 模塊主要參數(shù) 名稱 主要參數(shù) 芯 片組 SIRF3 靈敏度 159DB 功耗 搜索時(shí)： 45mA 定位后： 35mA 外觀尺寸 (長 )*(寬 )*3(高 )mm 重量 7 克 操作溫度 攝氏 40℃ ——— +80℃ 基于單片機(jī)的 GPS 定位器設(shè)計(jì) 15 儲(chǔ)存溫度 攝氏 45℃ ——— +85℃ 工作電壓 +/15%V(VDC) 衛(wèi)星通道 20 定位資料更新 一秒 定位時(shí)間 (平均值 ) 熱啟動(dòng)： 1 秒 暖啟動(dòng)： 38 秒 冷啟動(dòng)： 42 秒 定位精度 位置 :10 米圓周誤差 (CEP) 速度： 米 /秒 時(shí)間： 1 微秒 使用范圍 海 拔高度：小于 18000 米 速度： 小于 515 米 /秒 輸出格式 TTL 數(shù)據(jù)輸出(nmea0183) GPGGA, GPGSA, GPGSV, GPRMC, GPVTG,GPGLL 可選 . 地球坐標(biāo)系 WGS84 傳輸速率 4800， 9600， 38400 可選 天線連接方式 外接天線 備用電池 無 模塊連接方式 貼片 GPS NMEA0183協(xié)議 基于單片機(jī)的 GPS 定位器設(shè)計(jì) 16 RoyalTek3571LP 內(nèi)嵌 GPS NMEA0183 協(xié)議詳解 NMEA 協(xié)議是為了在不同的 GPS（全球定位系統(tǒng)）導(dǎo)航設(shè)備中建立統(tǒng)一的 BTCM（海事無線電技術(shù)委員會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)，由美國國家海洋電子協(xié)會(huì)（ NMEAThe National Marine Electronics Association）制定的一套通訊協(xié)議。 GPS 接收機(jī)根據(jù) NMEA0183 協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將位置、速度等信息通過串口傳送到 PC 機(jī)、 PDA 等設(shè)備。 NMEA0183 協(xié)議是 GPS 接收機(jī)應(yīng)當(dāng)遵守的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，也是目前 GPS接收機(jī)上使用最廣泛的協(xié)議，大多數(shù)常見的 GPS 接收機(jī)、 GPS 數(shù)據(jù)處理軟件、導(dǎo)航軟件都遵守或者至少兼容這個(gè)協(xié)議。 不過，也有少數(shù)廠商的設(shè)備使用自行約定的協(xié)議比 如 GARMIN 的 GPS設(shè)備（部分 GARMIN 設(shè)備也可以輸出兼容 NMEA0183 協(xié)議的數(shù)據(jù)）。軟件方面 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。下面給出這些常用 NMEA0183 的字段定義解釋。 NMEA0183協(xié)議詳解 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。下面給出這些常用 NMEA0183 語句的字段定義解釋。 $GPGGA 例：$GPGGA,S,E,1,04,M,0000*1F 字段 0： $GPGGA，語句 ID，表明該語句為 Global Positioning System Fix Data（ GGA） GPS 定位信息 字段 1： UTC 時(shí)間， ，時(shí)分秒格式 字段 2：緯度 ，度分格式（前導(dǎo)位數(shù)不足則補(bǔ) 0） 字段 3：緯度 N（北緯）或 S（南 緯） 字段 4：經(jīng)度 ，度分格式（前導(dǎo)位數(shù)不足則補(bǔ) 0） 字段 5：經(jīng)度 E（東經(jīng)）或 W（西經(jīng)） 基于單片機(jī)的 GPS 定位器設(shè)計(jì) 17 字段 6： GPS 狀態(tài)， 0=未定位， 1=非差分定位， 2=差分定位， 3=無效 PPS， 6=正在估算 字段 7：正在使用的衛(wèi)星數(shù)量（ 00 12）（前導(dǎo)位數(shù)不足則補(bǔ) 0） 字段 8： HDOP 水平精度因子（ ） 字段 9：海拔高度（ ） 字段 10：地球橢球面相對(duì)大地水準(zhǔn)面的高度 字段 11：差分時(shí)間（從最近一次接收到差分信號(hào)開始的秒數(shù)，如果不是差分定位將為空） 字段 12： 差分站 ID 號(hào) 0000 1023（前導(dǎo)位數(shù)不足則補(bǔ) 0，如果不是差分定位將為空） 字段 13：校驗(yàn)值 $GPGSA 例