【正文】 （ 2） 跟蹤性能 12并行通道，瞬間鎖定可視衛(wèi)星 長壽命后備鋰電使重捕速度更快 全屏敝封裝具備優(yōu)秀抗電磁干擾特點(diǎn) （ 3） 定位時(shí)間 熱 啟 動(dòng)： 15sec 冷 啟 動(dòng) ： 45sec 重新捕獲： 2sec 自動(dòng)搜索： 90sec （ 4） 數(shù)據(jù)特性 更 新 率： 1/sec1/900sec可調(diào) 坐標(biāo)系統(tǒng)： 106個(gè)預(yù)定義 ,1個(gè)自定義 接 口：兩個(gè) RS232兼容串行口 CMOS 格 式： NEMA ASCII/二進(jìn)制可設(shè)置 輸入數(shù)據(jù)：初始位置 /日期 /時(shí)間 ,2D/3D方式 ,坐標(biāo)系統(tǒng) ,RTCM104差分校正輸出數(shù)據(jù)：速度、時(shí)間、機(jī)器 /衛(wèi)星狀態(tài)、幾何因子及誤差估計(jì) （ 5） 精 度 : 位置精度： 15mRms(SA off)/10m(差 分 ) 時(shí)間精度： 1PPS秒脈沖輸出精度可達(dá)到士 1us 速度精度： （ 6） 動(dòng)態(tài)性能 速 度： 515m/s 加 速 度： 6g 高 度： 18,000 米 （ 7） 物理特性 尺 寸： ** 重 量： 40克 電。在車輛調(diào)度、精細(xì)農(nóng)業(yè)、高速追擊、普通授時(shí)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 10）插頭，射頻： OSX（或 MCX型， 超小型，搭鎖式） TTL接口；差分 GPSRTCM SC－ 104（ ROCKWELL二進(jìn)制和 NMEA兩種格式） GARMIN 公司 的 GPS25 板 （ 1） 產(chǎn)品簡(jiǎn)介 30 GARMIN公司在提供各種類型的 GPS成品的同時(shí) ,還提供一系列的最經(jīng)典的GPS OEM板產(chǎn)品。 71179。板上自帶超大容量電容。 后備電源：外部＋ 5V177。 （ 6） 動(dòng)態(tài)性能 高度：－ 1000～ 60000英尺 速度 ： 515米 /秒 加速度 ： 6g （ 7） 物理特性 基準(zhǔn)面： 189種標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)面， 5種 用戶自定義基準(zhǔn)面，缺省為 WGS－ 84 電源：直流＋ 5177。 輸出信息：經(jīng)度、緯度、高度、速度、航向、時(shí)間、載波相位、自檢等幾十個(gè)數(shù)據(jù)的 十幾條組合輸出信息（ Rockwell二進(jìn)制格式），輸出間隔可調(diào)， NMEA－ 0183，天線：可配有源微帶扁片天線模塊，接收板提供電源（ 25mA，5V），或配無源 天線（電纜損耗 3db）。 （ 2） 跟蹤性能 29 跟蹤能力：同時(shí)跟蹤 12顆衛(wèi)星 波跟蹤（載波輔助跟蹤） L1波段（ ）， C/A碼（ 速率）＋載 小于 1米差分精度 獨(dú)特的速度濾波器，無靜態(tài)漂移 首次定位時(shí)間（ TTFF）短 （ 3） 捕獲時(shí)間 TTFF典型重捕獲時(shí)間 ， TTFF典型溫啟動(dòng) 15秒，典型初始化啟動(dòng) 45秒；TTFF典型冷啟動(dòng) 120秒。 021/031保持了 371/381原有的 12個(gè)并行通道和高靈敏度 RF部分，再加上其獨(dú)具特色的內(nèi)部 DSP及控制處理軟件，使Jupiter捕捉和重捕衛(wèi)星的能力更加迅速，航跡平滑和高效率導(dǎo)航更可靠，即使在城市和樹林中， Jupiter 021/031也能定位自如。 41mm179。可方便、自主地開發(fā)出各種 GPS應(yīng)用系統(tǒng)。新型的 GPS接收機(jī)綜合了相關(guān)技術(shù)和平方技術(shù)，可以提供多種導(dǎo)航和定位信息等。此時(shí)，為了獲得 L2載波的相位觀測(cè)量可利用平方技術(shù)。碼相關(guān)通道既可進(jìn)行偽距測(cè)量，又可進(jìn)行載波相位測(cè)量，并能獲得導(dǎo)航電文，信噪比也較好，因此目前接收機(jī)普遍采 用這種通道。它利用壓控振蕩器使接收機(jī)振蕩器所產(chǎn)生的參考載波相位與接收機(jī)的載波相位保持一致，當(dāng)兩信號(hào)的相位保持一致時(shí)，載波跟蹤回路便鎖住了載波信號(hào)，這時(shí)通過對(duì)載波信號(hào)的測(cè)量，進(jìn)一步獲得對(duì)載波相位的觀測(cè)量。此時(shí)，如果把衛(wèi)星信號(hào)和復(fù)制碼混頻，并將混頻后的信號(hào)通過帶通濾波器濾去衛(wèi)星信號(hào)中的偽隨機(jī)噪聲碼，便可獲得只具有數(shù)據(jù)碼 (導(dǎo)航電文 )和載波的信號(hào)。在相關(guān)器中對(duì)接收到的衛(wèi)星測(cè)距碼和接收機(jī)的復(fù)制碼進(jìn)行相關(guān)分析，當(dāng)兩信號(hào)之間達(dá)到最大相關(guān)時(shí)，便可測(cè)定出兩信號(hào)間的時(shí)間延遲，即衛(wèi)星發(fā)射的碼信號(hào)到達(dá)接收機(jī)天線的傳播時(shí)間。碼跟蹤回路從 C/A碼或 P碼中提取偽距觀測(cè)量 ，同時(shí)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，以獲取導(dǎo)航電文和載波。其數(shù)學(xué)分析過程可見第二章中有關(guān)相關(guān)接收部分。下面以碼相關(guān)型通道的工作方式為例，來闡述接收機(jī)的基本工作原理?？梢詫㈦姵?裝入機(jī)內(nèi)，也可以外接蓄電池，專門為機(jī)內(nèi)時(shí)鐘供電，或者為 RAM存貯器供電，以保證在關(guān)機(jī)時(shí)保留貯儲(chǔ)數(shù)據(jù)。輸入各種指令，以控制屏幕顯示等。 (3)計(jì)算和顯示控制單元：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(cè)值計(jì)算三維坐標(biāo)和速度；③人機(jī)對(duì)話，輸入航路進(jìn) 27 自動(dòng)導(dǎo)航。同時(shí)相關(guān)型通道也廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代的 GPS接收機(jī)中。當(dāng)此衛(wèi)星被鎖定后，便占據(jù)這一通道，直到此衛(wèi)星信號(hào)失鎖為止。通道由硬件和軟件組成。 （二） 接收單元 (1)信號(hào)通道單元：它的主要功能是接收來自天線單元的信號(hào)，經(jīng)過變頻、放大、濾波等一系列處理過程，實(shí)現(xiàn)對(duì) GPS信號(hào)的跟蹤、鎖定、測(cè)量、提供出計(jì)算位置的數(shù)據(jù)信息。前置放大器是一種關(guān)鍵性元件，它直接影響著信噪比。目前，接收機(jī)采用的天線有 :定向天線、偶極子天線、微帶天線、一 (二、四 )線螺旋天線、圓錐 螺旋天線等。 26 圖 34 GPS接收機(jī)的基本構(gòu)成 下面對(duì)其主要功能作簡(jiǎn)要介紹。接收機(jī)的種類很多，可以按不同的要求進(jìn)行分類，但各類接收機(jī)的結(jié)構(gòu)基本一致。軟件包括內(nèi)軟件和外軟件，內(nèi)軟件是與接收機(jī)融為一體的控制接收機(jī)信號(hào)、對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，以及自動(dòng)操作的程序等 。 GPS接收機(jī)作為一個(gè)系統(tǒng)，可分為硬件部分和軟件部 分。本文主要用后一種即 NMEA0183格式。通過對(duì)通訊口編程可實(shí)現(xiàn) GPS信號(hào)的接收。用戶接收機(jī)在某一時(shí)刻 接收到 3 顆以上的 GPS 衛(wèi)星信號(hào) , 測(cè)量出測(cè)站點(diǎn)至衛(wèi)星的距離 , 并通過導(dǎo)航電文解算出該時(shí)刻 GPS 衛(wèi)星空間坐標(biāo) , 據(jù)此 , 采用距離交會(huì)算法 , 得出接收機(jī)天線中心的空間位置坐標(biāo)。隨著 GPS定位技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)大，許多 25 國家都在積極研制、開發(fā)適用于不同要求的 GPS接收機(jī)及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件。用戶設(shè)備的主要任務(wù)是，接收 GPS衛(wèi)星發(fā)射的無線信號(hào)，以獲得必要的定位信息及觀測(cè)量，并經(jīng)數(shù)據(jù)處理而完成定位工作。它主要由 GPS接收機(jī)硬件、數(shù)據(jù)處理軟件以及微處理機(jī)和其終端設(shè)備組成， GPS接收機(jī)的硬件一般包括主機(jī)、天線和電源。空間部分和地面監(jiān)控部分，是用戶廣泛應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航和定位的基礎(chǔ)，而用戶只有通過用戶設(shè)備，才能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用 GPS導(dǎo)航和定位的目的。由這五個(gè)監(jiān) 測(cè)站提供的觀測(cè)數(shù)據(jù)形成了 GPS衛(wèi)星實(shí)時(shí)發(fā)布的廣播星歷。每個(gè)監(jiān)測(cè)站配有 GPS接收機(jī)，對(duì)每顆衛(wèi)星長年連續(xù)不斷地進(jìn)行觀測(cè)，每 6秒進(jìn)行一次偽距測(cè)量和積分多普勒觀測(cè)，采用氣象要素等數(shù)據(jù)。然后由 GPS衛(wèi)星將這些信息發(fā)送給廣大用戶，這就是所用的廣播星歷。 5)在地面監(jiān)控站的指令下 ，通過推進(jìn)器調(diào)整衛(wèi)星的姿態(tài)和啟用備用衛(wèi)星。 3)衛(wèi)星上設(shè)有微處理機(jī)，進(jìn)行部分必要的數(shù)據(jù)處理工作。 圖 32 GPS星座示意圖 GPS衛(wèi)星的基本功能是： 1)接收和儲(chǔ)存來自地面監(jiān)控站的導(dǎo)航信息，接收并執(zhí)行監(jiān)控站的控制指令。高度角以上可隨時(shí)觀測(cè)到 4～ 8顆衛(wèi)星。從一個(gè)軌道面的衛(wèi)星到下一個(gè)軌道面的衛(wèi)星間錯(cuò)動(dòng) 40176。的 6個(gè)軌道上，衛(wèi)星的運(yùn)行軌道長半軸為 26 609km，運(yùn)行周期為 12小時(shí)，衛(wèi)星軌道面相對(duì)于地球赤道面的傾角為 55176。 GPS工作衛(wèi)星星座（ BlockⅡ）共有 24顆衛(wèi)星，其中 3顆為備用衛(wèi)星可隨時(shí)替代發(fā)生故障的其它衛(wèi)星。如圖 31所示。當(dāng) LE為低電平時(shí)， O被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng) OE為高電平時(shí)， O0~O7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 工作原理： 74LS373的輸出端 O0~O7可直接與總線相連。 74LS373內(nèi)有 8個(gè)相同的D型 (三態(tài)同相 )鎖存器，由兩個(gè)控制端 (11腳 G或 EN； 1腳 OUT、 CONT、 OE)控制。 VCC ：電源輸入 GND ：地 21 圖 211 8251的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 74ls373 74LS373是八 D鎖存器 (3S,鎖存允許輸入有回環(huán)特性 ) ，常應(yīng)用在地址鎖存及輸出口的擴(kuò)展中。 RXD: 接收器時(shí)鐘輸入，用來控制接收字符的速度，和 TXC 一樣。 TXD ：發(fā)送器時(shí)鐘輸入，用來控制發(fā)送字符的速度。 CLK ：時(shí)鐘輸入，用來產(chǎn)生 8251A 器件的內(nèi)部時(shí)序。用來接收外設(shè) 送來的串行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)進(jìn)入 8251A 后被轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿蟹绞健．?dāng) CPU 送往 8251A 的并行數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)變?yōu)榇袛?shù)據(jù)后，通過 TXD 送往外設(shè)。 實(shí)際使用時(shí)，這 4 個(gè)信號(hào)中通常只有 必須為低電平，其它 3 個(gè)信號(hào)可以懸空。 ：請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)，表示 CPU 已經(jīng)準(zhǔn) 備好發(fā)送。 8251A 與外部設(shè)備之間的連接信號(hào) 8251A 與外部設(shè)備之間的連接信號(hào)分為兩類 ： (1) 收發(fā)聯(lián)絡(luò)信號(hào) ：數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好信號(hào)，通知外部設(shè)備， CPU 當(dāng)前已經(jīng)準(zhǔn)備就緒。因此，在中斷方式時(shí)， RXRDY 可用來作為中斷請(qǐng)求信號(hào)；在查詢方式時(shí)， RXRDY 可用來作為查詢信號(hào)。 TXE ：發(fā)送器空信號(hào)， TXE 為高電平時(shí)有效，用來表示此時(shí) 8251A 發(fā)送器中并行到串行轉(zhuǎn)換器空，說明一個(gè)發(fā)送動(dòng)作已完成。 注： 數(shù)據(jù)輸入端口和數(shù)據(jù)輸出端口合用同一個(gè)偶地址 ，而狀態(tài)端口和控制端口合用同一個(gè)奇地址 。該信號(hào)也可看作是 8251A 數(shù)據(jù)口 / 控制口的選擇信號(hào)。 ：寫信號(hào)，低電乎時(shí)， CPU 當(dāng)前正在往 8251A 寫入數(shù)據(jù)或者控制信息。傳輸 CPU 對(duì) 8251A 的編程命令字和 8251A 送往 CPU 的狀態(tài)信息及數(shù)據(jù)。 18 圖 29 晶振圖 8251 可編程串行接口芯片 圖 210 8251 可編程串行接口芯片引腳圖 8251A 與 CPU 的連接信號(hào) 8251A與 CPU的連接信號(hào) 分為四類 （ 1） 片選信號(hào) 19 ：片選信號(hào)，它由 CPU 的地址信號(hào)通過譯碼后得到。還要注意地線的電源的共用問題。 在可控硅兩端并接 RC抑制電路，減小可控硅噪聲。 避免 90176。 抗干擾復(fù)位 電路板上每個(gè) IC要并接一個(gè) 0． 01～ 0． 1μ F高頻電容，減小 IC對(duì)電源的影響。值得一提的是，各中斷區(qū)只有 8個(gè)單元，一般情況下（除非中斷程序非常簡(jiǎn)單），都不可能安裝下一個(gè)完整的中斷服務(wù)程序。 MCS51的 CPU在每一個(gè)機(jī)器周期的 S5P2狀態(tài)順序檢查每一個(gè)中斷源，在 機(jī)器周期的 S6按優(yōu)先級(jí)處理所有被激活的中斷請(qǐng)求，此時(shí)，如果 CPU沒有正在處理更高或相同優(yōu)先級(jí)的中斷，或者現(xiàn)在的機(jī)器周期不是所執(zhí)行指令的最后一個(gè)機(jī)器周期，或者 CPU不是正在執(zhí)行 RETI指令或訪問 IE和 IP的指令（因?yàn)榘?MCS51中斷系統(tǒng)的特性規(guī)定，在執(zhí)行完這些指令之后 ，還要在繼續(xù)執(zhí)行一條指令，才會(huì)響應(yīng)中斷）， CPU在下一個(gè)機(jī)器周期響應(yīng)激活了的最高級(jí)中斷請(qǐng)求。 PX0:外中斷 0優(yōu)先級(jí)控制位。 PT0:定時(shí)器 0優(yōu)先級(jí)控制位。 PX1:外中斷 1優(yōu)先級(jí)控制位。 PT1:定時(shí)器 1優(yōu)先級(jí)控制位。這就是優(yōu)先級(jí)寄存 IP的作用了， IP的格式如下，字節(jié)地址是 B8H。 EX0:外中斷 0中斷控制位， EX0=1，允許外中斷 0中斷， EX0=0，禁止外中 斷 0中斷。 ET0:定時(shí) /計(jì) 數(shù)器 T0中斷控制位。 ET1=1，允許 T1中斷， ET1=0，禁止 T1 中斷。 ES:串行口中斷控制位， ES=1允許串行口中斷， ES=0，屏蔽串行口中斷。 MCS51的對(duì)中斷的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器 IE控制來實(shí)現(xiàn)的， IE的結(jié)構(gòu)格式如下： 表 24 IE寄存器結(jié)構(gòu) IE D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 EA ES ET1 EX1 ET0 EX0 位地址 AFH ACH ABH AAH A9H A8H 下面我們對(duì) IE寄存器的各控制位進(jìn)行介紹： EA:中斷總控制位， EA=1， CPU開放中斷。對(duì)于中斷控制，已經(jīng)對(duì) TCON和 SCON進(jìn)行了分析，其實(shí)它們兩個(gè)寄存器也是中斷的控制寄存器，負(fù)責(zé)對(duì)中斷的部分功能進(jìn)行控制。 IE0:外部邊沿觸發(fā)中斷 0請(qǐng)求標(biāo)志，其功能和操作類似于 IE1。 IT1=1，邊沿觸發(fā)。 在 TCON中有以下四位與中斷控制有關(guān)： IE1:外部邊沿觸發(fā)中斷 1請(qǐng)求標(biāo)志。 RI為 1 表示串行口接收器正向 CPU申請(qǐng)中斷。但是 CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)求后，轉(zhuǎn)向執(zhí)行中斷服務(wù)程序時(shí)，并不清零 TI， TI必須由用戶的中斷服務(wù)程序清“ 0”，即中斷服務(wù)程序必須有“ CLR TI”或“ ANL SCON,0FDH”等指令來清零 TI。 TI： MCS51串行口的發(fā)送中斷標(biāo)志，在串行口以方式 0發(fā)送時(shí)，每當(dāng)發(fā)送完 8位數(shù)據(jù)，由硬件置位。 MCS51有5個(gè)中斷源，它們是兩個(gè)外中斷 INT0和 INT兩個(gè)片內(nèi)定時(shí) /計(jì)數(shù)器溢出中斷 TF0和 TF1，一