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基于單片機(jī)的gps導(dǎo)航裝置設(shè)計畢業(yè)設(shè)計-wenkub.com

2025-06-24 19:18 本頁面
   

【正文】 表51 UARTAO工作方式方式同步性波特率時鐘數(shù)據(jù)位起始/停止位0同步 SYSCLK/12 8無1異步 定時器1或者定時器2/481個//1個2異步 SYSCLK/32或SYSCLK/649.1個/1個3異步 定時器1或定時器2/491個/1個 本設(shè)計通過UARTO實現(xiàn)串口通信,且串口工作方式為方式1異步、全雙工通信,每個數(shù)據(jù)字節(jié)共10位:1個起始位、8個數(shù)據(jù)位(LSB在先)和1個停止位。 //P l .0P } UARTO的初始化C8051F020有兩個獨(dú)立的增強(qiáng)型全雙工的串行口,兩個串口總線都是用硬件實現(xiàn),都能向CIP51產(chǎn)生中斷,因此需要很少的CPU的干預(yù)。 XBR2=0x04。對應(yīng)位設(shè)置為邏輯“0”時配置為漏極開路方式輸出。交叉開關(guān)寄存器被正確配置后通過XBARE ( )設(shè)置為邏輯“1”來使能交叉開關(guān)。當(dāng)選擇了串行通信外設(shè)(即SMBus、或UART)時交叉開關(guān)將為所有相關(guān)功能分配引腳,例如:不能為UARTO功能只分配TXO引腳而不分配RXO引腳。因為交叉開關(guān)寄存器影響器件外設(shè)的引出腳,所以它們通常在外設(shè)被配置前由系統(tǒng)的初始化代碼配置。交叉開關(guān)配置是嚴(yán)格按優(yōu)先權(quán)順序?qū)⒍丝赑OP3的引腳分配給器件上的數(shù)字外設(shè)UART, SMBus, PCA、定時器等1241。0x80)一0)。//使能外部晶體, for(i=O。同時外部振蕩器控制寄存器(OSCXCN)的64位控制外部振蕩器運(yùn)行方式,外部振蕩器控制寄存器(OSCXCN)的20位控制外部振蕩器頻率??刂破骷瓤梢詮膬?nèi)部振蕩器運(yùn)行,也可以從外部振蕩器運(yùn)行。程序執(zhí)行過程中若進(jìn)入死循環(huán),同時又沒有撞上陷阱,就會使程序長時間運(yùn)行不下去,無法正常實現(xiàn)程序功能。一個好的軟件設(shè)計,要充分考慮采取必要的抗干擾措施,利用軟、硬件相結(jié)合實現(xiàn)系統(tǒng)的抗干擾是單片機(jī)控制系統(tǒng)具有的特殊優(yōu)點(diǎn)之一。7加粗地線和電源線,以減小壓降,降低禍合噪聲。4手工放置元件和布線,使連線盡可能短。信號針盡量分散配置,增大彼此間的距離。圖412 LCD接口電路抗干擾設(shè)計是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的重要組成部分,沒有良好的抗干擾措施,系統(tǒng)就無法安全可靠的工作。該MCU具有PO}P7共64個通用I/0端口,每個端口引腳都可以被配置為推挽輸出或漏極開路輸出[25]。低電平:寫數(shù)據(jù)。接口電路(如圖411所示)。兼容5V邏輯輸入,內(nèi)含2路接收、2路發(fā)送串口通信接口,具有低功耗、高數(shù)據(jù)率、增強(qiáng)型ESD保護(hù)等特性。對于一般全雙工通信,僅需幾條信號線就可實現(xiàn),如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線?,F(xiàn)在最常用的RS232C采用負(fù)邏輯規(guī)定的邏輯電平,即邏輯“1”表示一3V15V,邏輯“0”表示+3V+15V。單片機(jī)與GPS模塊進(jìn)行通信時,單片機(jī)與GPS模塊的串行接口的電壓都是3V左右,所以單片機(jī)與接收模塊的串口直接相連。 表41 JTAG引腳定義通過JTAG接口加適配器把用戶最終產(chǎn)品連接到計算機(jī)上。時鐘電路與復(fù)位電路采用的是傳統(tǒng)8051單片機(jī)的典型電路,在此不做介紹。與具有標(biāo)準(zhǔn)復(fù)用數(shù)字1/0的微控制器不同,這種結(jié)構(gòu)可支持所有的功能組合[2][2010可通過設(shè)置交叉開關(guān)控制寄存器,使片內(nèi)的計數(shù)器/定時器、串行總線、硬件中斷、ADC轉(zhuǎn)換啟動輸入、比較器輸出以及微控制器內(nèi)部的其它數(shù)字信號出現(xiàn)在端口沁引腳。每個端口的引腳都可以被配置為推挽或漏極開路輸出。而且它的JTAG邏輯還為在系統(tǒng)測試提供了邊界掃描功能。(6)先進(jìn)的在系統(tǒng)調(diào)試 C8051F改變了傳統(tǒng)的仿真調(diào)試,使用基于標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口(IEEE )在系統(tǒng)調(diào)試。一個中斷處理需要較少的CPU干預(yù)卻有更高的執(zhí)行效率。除了VDD監(jiān)視器和復(fù)位輸入引腳以外,每個復(fù)位源都可以由用戶用軟件禁止。眾多的復(fù)位源使系統(tǒng)在掉電方式下,可隨意喚醒,從而可靈活地實現(xiàn)零功耗系統(tǒng)設(shè)計。平均每個時鐘周期可以執(zhí)行完1條單周期指令。該單片機(jī)具有片內(nèi)調(diào)試電路,通過4腳的JTAG接口可以進(jìn)行非侵入式、全速的在系統(tǒng)調(diào)試。其功能結(jié)構(gòu)組成(如圖49所示)。然而,美國Cygnal公司新近推出的高性能的C8051 FXXX系列單片機(jī)徹底改變了人們對以前8051單片機(jī)速度慢、性能低的印象。只要模塊輸出定位數(shù)據(jù),LED就會隨著脈沖信號的到來不斷的閃爍。圖46電壓轉(zhuǎn)換電路 RS232串口模塊設(shè)計 由于GPS模塊的串口可以直接同MCU對接,如果外接電腦等外設(shè)部分,則需增加RS232芯片,對于RS232的芯片選擇,選擇范圍較廣,在此設(shè)計中我們選用MAX3232理由是它工作電壓為+3V,因而我們可以從穩(wěn)壓芯片后提取穩(wěn)定的++3V電壓,此種設(shè)計方法能更加保證RS232芯片的安全。為了獲得穩(wěn)定的輸出電壓++3V,設(shè)計中為了使+5V和+3V電源輸出端紋波小,因此分別接了兩個容值不等的電容,以防止紋波電壓產(chǎn)生干擾,具體供電電路(如圖46所示)。 天線接入模塊較為復(fù)雜,屬于微波范圍。一般選用天線的參數(shù)為增益27dB左右。,USB啟動時間配置引腳,不用時懸空。 N輸入端,硬件復(fù)位,不用時懸空。,串口輸入,最大容許輸入電壓5V,內(nèi)置上拉電阻到V BAT。如果使用的是有源天線則在該引腳的輸入端加100hm電阻,連到天線偏置電壓或VCCJ妞,作為電路短路保護(hù)和天線監(jiān)測。11. Vwe BAT輸入端,備用電源,接備用電源,增強(qiáng)熱啟動特性,否則接地。 GND,輸入端接地,接公共地端,大地。它采用新穎的方案來抑制干擾并降低多基于單片機(jī)的GPS導(dǎo)航裝置的設(shè)計徑效應(yīng),從而以較低的功耗,在最具挑戰(zhàn)性的室內(nèi)外場所提供出色的服務(wù)。其它參數(shù)如下所示: 性能參數(shù): L 1頻率,GPS C/A碼 4Hz的定位更新速率 一精確度。同時,模塊化設(shè)計也有助于系統(tǒng)開發(fā)的組織管理。1a4. 1. 3 LCD模塊電路設(shè)計 本設(shè)計選擇的是OCM128641型LCD,它是一款128列X64行的點(diǎn)陣單色字符圖形顯示模塊,它有8位并行數(shù)據(jù)接口,模塊內(nèi)藏64X64的顯示數(shù)據(jù)RAM,其中的每位數(shù)據(jù)都對應(yīng)于LCD屏上一個點(diǎn)的亮、暗狀態(tài)。此外,還內(nèi)置電源開/關(guān)控制電路,以延長電池的使用壽命。 2,穩(wěn)壓電源模塊設(shè)計 穩(wěn)壓電源模塊設(shè)計,我們采用了精工穩(wěn)壓電源芯片S1112,可以保證數(shù)據(jù)終端工作穩(wěn)定可靠。通過JTAG接口與用戶系統(tǒng)直接連接,不再需要另外的仿真工具,可以在線調(diào)試和下載。在本次開發(fā)中,主要考慮對C8051F020的以下功能部件的設(shè)計: 首先,使用兩個硬件串口。由于GPS接收機(jī)使用串口與單片機(jī)相連,而連接PC機(jī)也要占用單片機(jī)的一個串口資源,因此所選單片機(jī)必須有兩個硬件串口。第4章系統(tǒng)硬件設(shè)計 由于該系統(tǒng)不僅要實現(xiàn)導(dǎo)航數(shù)據(jù)的提取和處理,還涉及到導(dǎo)航定位顯示的問題,其主要組成部分是GPS接收板,C8051F020微處理器,時鐘芯片,穩(wěn)壓電源模塊,OCM12864顯示屏及外接按鍵、LED顯示燈等。并通過單片機(jī)控制液晶顯示屏,根據(jù)提取的有用信息在我們描述的道路中顯示當(dāng)前的測試點(diǎn),以達(dá)到定位導(dǎo)航的目的。 綜合分析后,由于考慮到開發(fā)成本、控制模塊的性能以及調(diào)試和維護(hù)等方面的因素,本設(shè)計選用方案3來實現(xiàn)系統(tǒng)功能。在定位導(dǎo)航過程中,定位導(dǎo)航終端需存儲大量的歷史定位數(shù)據(jù),一般常用的單片機(jī)(如51單片機(jī)、MOTOROLA單片機(jī)等)自帶的FLASH ROM一般為4K, 8K等,遠(yuǎn)不能滿足存儲要求。相對于單片機(jī)和嵌入式系統(tǒng),單板機(jī)開發(fā)成本高,體積大,較適用于大型監(jiān)控系統(tǒng)中。在開發(fā)應(yīng)用上可以將單板機(jī)看作通用PC來處理。由于嵌入式操作系統(tǒng)種類繁多,而且?guī)缀趺恳环N操作系統(tǒng)都有自己的一套集成開發(fā)環(huán)境,這些開發(fā)環(huán)境相互之間差別較大,而且和應(yīng)用廣泛的PC集成開發(fā)環(huán)境也不相同,所以基于嵌入式的開發(fā)難度較大,開發(fā)周期也相對較長,人力、財力投入較大,適合并行開發(fā)。 GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)是一個多技術(shù)融合的技術(shù)系統(tǒng),需要的基礎(chǔ)支持技術(shù)包括GPS定位技術(shù)、地理信息描述、通信技術(shù)及信息處理技術(shù)等。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。這種方式隱蔽性好,而且可容納無數(shù)多用戶。當(dāng)前在我國應(yīng)用最多的還是美國的GPS系統(tǒng)yu102. 6 GPS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) GPS系統(tǒng)是一種全球性、全天候、連續(xù)的衛(wèi)星無線電導(dǎo)航系統(tǒng)[[31]。因此,GLONASS很難在由GPS統(tǒng)治的全球?qū)Ш椒?wù)市場中占據(jù)一席之地。應(yīng)用最廣的是美國的GPS全球定位系統(tǒng),以前由于美軍人為施加了SA干擾,使美軍之外的用戶只能得到位置精度100米,授時精度340納秒的服務(wù)。 xi, yi, zi (i=1, 2, 3, 4)一分別為衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星4在t時刻的空間直角坐標(biāo),可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得。衛(wèi)星4到接收機(jī)之間的距離。對于載波信號雙頻機(jī),它能有效的消除電離層延時誤差,其相對定位精度可達(dá):士((1 mm+lppm X D )。為了盡量降低SA政策對定位精度的影響和盡可能的消除或減少上面提到的誤差,人們提出了差分GPS技術(shù),即DGPS(Differential GPS)。 l] e 美國國防部1992年宣布在所有GPS衛(wèi)星上實施選擇可用性(SA,SelectiveAvailability)技術(shù),降低C/A碼的水平定位精度和垂直方向的定位精度,在水平方向上為100米,垂直方向上為156米。這些信號分量都是在同一個基本頻率FO=。法向誤差士3m。目前,世界上有很多廠家生產(chǎn)GPS接收機(jī),產(chǎn)品數(shù)目繁多,性能差異也各有千秋[(6](710 1)定軌精度:廣播星歷是由美國本土以及海外軍事基地上的5個衛(wèi)星監(jiān)測站的觀測數(shù)據(jù)解算的。 3)用戶設(shè)備部分一GPS信號接收機(jī)GPS信號接收機(jī)的任務(wù)是:能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號,并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行,對所接收到的GPS信號進(jìn)行變換、放大和處理,以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時間,解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文,實時地計算出測點(diǎn)的三維位置,甚至三維速度和時間。主控站設(shè)在范登堡空軍基地,它對地面監(jiān)控部實行全面控制。GPS工作衛(wèi)星的編號和試驗衛(wèi)星基本相同。 在用GPS信號導(dǎo)航定位時,為了計算測點(diǎn)的三維坐標(biāo),必須觀測4顆GPS衛(wèi)星,稱為定位星座。在兩萬公里高空的GPS衛(wèi)星,當(dāng)?shù)厍驅(qū)阈莵碚f自轉(zhuǎn)一周時,它們繞地球運(yùn)行約二周,繞地球一周的時間為差兩分鐘12恒星時。用戶設(shè)備部分一GPS信號接收機(jī)。全球定位系統(tǒng)具有性能好、精度高、應(yīng)用廣的特點(diǎn),是迄今最好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。按目前的方案,全球定位系統(tǒng)的空間部分使用24顆高度約20200千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。北斗定位系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)的主要區(qū)別在于:GPS采用的是非同步多衛(wèi)星定位原理,一般要求獲取4顆以上衛(wèi)星位置和到用戶的距離,才可以得到用戶的經(jīng)緯度和高程數(shù)據(jù),其定位處理部分分散到各個用戶機(jī)來完成。2,i=1,2,3 (21)式中,(xi, yi, zi) (i=1, 2, 3)分別表示衛(wèi)星1, 2和地球質(zhì)心的坐標(biāo)。而兩個定位球又和地面相交產(chǎn)生兩個定位圓,用戶必定位于兩個定位圓相交的兩個點(diǎn)上(這兩個交點(diǎn)一定是以赤道為對稱軸南北對稱的)。1)服務(wù)區(qū)域:東經(jīng)70度~145度,北緯50度~55度。 3)標(biāo)校系統(tǒng):有測軌、定位、測高三類標(biāo)校站。在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展過程中,出于軍事需要的考慮,中國必須發(fā)展自己獨(dú)立的系統(tǒng)。 4)定位精度:導(dǎo)航定位精度比目前任何系統(tǒng)都高。2004年10月,中歐Galileo計劃技術(shù)合作協(xié)議在北京正式簽署,中國投入2億歐元參與了這項計劃(9l0 1)衛(wèi)星星座:由3個獨(dú)立的圓形軌道,30顆中等高度衛(wèi)星(MEOMiddle Earth Orbit)衛(wèi)星組成((27顆工作衛(wèi)星,3顆備用衛(wèi)星)。 為了打破美國GPS在衛(wèi)星導(dǎo)航定位領(lǐng)域的壟斷,1999年歐洲提出了建立伽利略(Galileo)導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的計劃,這是歐洲開發(fā)的最重要的航天計劃。 2)定位精度水平精度:士50^70m。LZ載波信號的頻率為1246^ 1256MHz。CTS跟蹤遙控著所有GLONASS可視衛(wèi)星,對其進(jìn)行測距數(shù)據(jù)的采集和處理,并向各衛(wèi)星發(fā)送控制指令和導(dǎo)航信息。衛(wèi)星運(yùn)行周期T=11時15分()。第七章總結(jié),概括了所做的工作及不足,并給出下一步的研究方向。第三章系統(tǒng)總體設(shè)計。 (5)通過實際點(diǎn)的取樣,對道路進(jìn)行描繪。 (2)選擇合適的GPS模塊和SOC單片機(jī),構(gòu)建基于SOC技術(shù)的定位導(dǎo)航終端,并進(jìn)行可行性論證。本文設(shè)計的GPS定位導(dǎo)航終端采用基于SOC技術(shù)的單片機(jī)C8051F020作為核心控制器,優(yōu)化了系統(tǒng)性能,節(jié)約了成本,縮短了開發(fā)周期。因此,為了開發(fā)成本低、體積小、性能穩(wěn)定的定位導(dǎo)航終端,選擇一種合適的控制器至關(guān)重要。 GPS定位導(dǎo)航終端中控制器的選擇直接影響到整個系統(tǒng)的性能。 (4)針對導(dǎo)航電子地圖,由于生產(chǎn)廠家各自為陣,電子地圖的數(shù)據(jù)質(zhì)量也參差不齊,沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。 (3) C8051F系列單片機(jī)是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片,具有與8051兼容的CIP51微控制器內(nèi)核。 (2)縱觀國內(nèi)的GPS導(dǎo)航市場,成型的GPS導(dǎo)航定位產(chǎn)品價格各異,少則上千多則上萬,且性能差距較大。雖然與現(xiàn)階段比較成熟的定位導(dǎo)航產(chǎn)品有一定差異,但也算是對定位導(dǎo)航的一種簡單嘗試。我國的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)研究起步晚,基本上處于對國外研究的比較、學(xué)習(xí)階段。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的差異,以及GPS等技術(shù)都是由國外首先擁有和使用,所以國外在GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)的研究、應(yīng)用方面都比國內(nèi)早,現(xiàn)在已經(jīng)有比較成熟的產(chǎn)品。 但是就目前運(yùn)行情況來看,俄羅斯由于經(jīng)費(fèi)原因?qū)е略谲壭l(wèi)星數(shù)目不足6顆無法獨(dú)立成網(wǎng),而伽
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