【正文】 采用了這一格式。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。 硬件電路設計 如圖 。 20 BLK LED 電源地。 18 VOVT 驅(qū)動電壓輸出端 。 16 NC 空腳 。 714 D0D7 數(shù)據(jù)總線 。 R/W=1，讀狀態(tài)； R/W=0，寫狀態(tài) 。 4 RS RS=“ H” ,表示 DB7—— DB0 為 顯示數(shù)據(jù) RS=“ L” ,表示 DB7—— DB0 為顯示指令數(shù)據(jù) 。 2 VCC 電源正 。 (2) 12864 有 20 接口 引 腳， 引腳說明如表 所示 。 12864液晶顯示模塊引腳如圖 所示。 該芯片的主要特征如表 所示。這使其不僅可執(zhí)行各項 GPS 功能 ,還能為用戶應用提供額外存儲。 GSW2 模塊化軟件很容易集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中，并提供功能強大的開發(fā)環(huán)境。 GSP2e 主要集成了一個增強型 GPS 內(nèi)核、一個 50MHz 的 ARM7 CPU、獨立的內(nèi) 部總線和 外部總線 、 1Mb EDO DRAM、高精度實時時鐘、 GPS 接收機 外部設備 和 2 個 UART。 該模塊實物圖如圖 所示。 圖 SiRF Star II 引腳圖 河南理工大學畢業(yè) 設計說明書 18 GPS 數(shù)據(jù)輸出格式為標準的 NMEA－ 0183 標準，采集地理信息的更新速率為每兩秒一次，地圖坐標系為 WGS－ 84 坐標系 [8]。 主要使用到的引腳如圖 所示。外部電路 產(chǎn)生的復位信號 (RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復位電路在每個機器周期的 S5P2 時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進行采樣，然后才得到內(nèi)部復位操作所需要的信號 [7]。若使用頗率為 6MHz 的晶振，則復位信號持續(xù)時間應超過 4us 才能完成復位操作。 表 一些寄存器的復位狀態(tài) 寄存器 復位狀態(tài) 寄存器 復位狀態(tài) PC 0000H TCON 00H ACC 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H 河南理工大學畢業(yè) 設計說明書 17 DPTR 0000H TH1 00H P0P3 FFH SCON 00H IP XX000000B SBUF 不定 IE 0X000000B PCON 0XXX0000B TMOD 00H RST 引腳是復位信號的輸入端。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復位鍵重新啟動 [6]。 （ a） 內(nèi)部方式時鐘電路 （ b） 外部方式時鐘電路 圖 時鐘電路 (2) 復位 復位是單片機的初始化操作。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz的方波信號。晶體振蕩頻率可以在 ～ 12MHz 之間選擇，電容值在 5～ 30pF 之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用 [5]。內(nèi)部方式的時鐘電路如圖 (a) 所示，在 RXD 和 TXD 引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。 表 STC89C52 主要功能 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8K 可反復擦寫 Flash ROM 32 個雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷 時鐘頻率 024MHz 2 個串行中斷 可編程 UART 串行通道 2 個外部中斷源 共 6 個中斷源 2 個讀寫中斷口線 3 級加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設置睡眠和喚醒功能 (1) 時鐘電路 STC89C52 內(nèi)部有一個用于構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。 P0 口（ Pin39～ Pin32） ： 8 位雙向 I/O 口線，名稱為 ～ ； P1 口（ Pin1～ Pin8） ： 8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ ； P2 口（ Pin21～ Pin28） ： 8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ ； P3 口（ Pin10～ Pin17） ： 8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ 。 (3) 控制引腳（ 4根） ： RST (Pin9)：復位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個機器周期的高電平將使單片機復位 ； ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號 ； PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號 ； 河南理工大學畢業(yè) 設計說明書 15 EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。 STC89C52 引腳 如圖 所示： 河南理工大學畢業(yè) 設計說明書 14 圖 STC89C52引腳圖 其 引腳 說明 如下： (1) 主電源引腳（ 2 根） ： VCC(Pin40)：電源輸入，接 ＋ 5V電源 ； GND(Pin20)：接地線 。 圖 基于單片機的 GPS 硬件總體結構框圖 基于單片機的 GPS 定位信息顯示系統(tǒng)設計硬件電路簡介 STC89C52 簡介 STC89C52 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機 ，采用 40 引 腳雙列直插封裝方式。 河南理工大學畢業(yè) 設計說明書 13 第三章 基于單片機的 GPS 硬件電路設計 基于單片機的 GPS 硬件電路總體結構 根據(jù)總體設計方 案 ， 該 基于單片機的 GPS 硬件 電路 設計 主要由 GPS 信號接收部分（ SiRF Star II GPS 信號接收模塊）、控制芯片（ STC89C52 單片機）、顯示部分（ 12864LCD 液晶顯示模塊）這幾部分構成。 單片機控制程序：編寫程序，實現(xiàn)單片機控制系統(tǒng)的初始化，控制 GPS 器件完成數(shù)據(jù)的采集 ,進行相應的信號處理，并通過單片機接口輸出至液晶顯示模塊顯示必要的數(shù)據(jù)。 SiRF Star II GPS 接收模塊主要由變頻器、信號通道、存儲器、中央處理器和輸入輸出接口構成。利用其串行接口接收 SiRF Star II GPS 接收模塊輸出的 NMEA0183語句數(shù)據(jù)，并將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選和處理后發(fā)送到 12864 液晶顯示器顯示。該GPS 定位信息顯示系統(tǒng)硬件部分主要由以下幾個部分組成： (1) 接收部分：以 SiRF Star II GPS 接收模塊 為核心的 GPS 接收機； (2) 控制電路：由 51 單片機作為微處理器控制 GPS 信號； (3) 顯示部分： 12864LCD 液晶顯示模塊； (4) 電源電路部分 :用以提供系統(tǒng)工作時所必須的電。 圖 2－ 4 GPS接收模塊內(nèi)部結構 前置放大 低噪聲 下變頻器 并行信號 通道 本振 CPU RAM ROM 天線 GPS 接收模塊 河南理工大學畢業(yè) 設計說明書 12 總體方案的設計 本次設計要求通過單片機控制 GPS 器件實現(xiàn)定位信息顯示功能。在獲取了衛(wèi)星的位置信息和測算出衛(wèi)星信號傳播時間之后，即可計算出天線位置。 河南理工大學畢業(yè) 設計說明書 11 GPS 接收模塊的研究 GPS 接收模塊是接收機的關鍵 部分，而且型號很多，功能各異，一般 組成結構主要由低噪聲下變頻器、并行信號通道、 CPU、儲存器等組成。并且在經(jīng)過大規(guī) 模的商業(yè)化生產(chǎn)后價格已經(jīng)很低，這些模塊在市面上也能夠非常容易的購買到。當然其缺點就體現(xiàn)在，由于 GPS接收模塊已經(jīng)由廠家完成了設計與封裝，所以其核心技術我們就不得而知。 第一種方案是選擇 GPS接收芯片然后再根據(jù)芯片設計標準，設計外圍電路和安裝天線等，選擇 這個方案的優(yōu)點是可以掌握到 GPS 接收部分的電路設計技術，但是這個方案的缺點也是顯而易見的，首先實現(xiàn)的難度較大不容易成功，其次由于 GPS 接收芯片一般都是廠商直接供貨，單獨采購價格會很高。 GPS 信號接收方案選擇 要實現(xiàn)在液晶顯示器上顯示出接收到的 GPS 數(shù)據(jù) 信息，首先要實現(xiàn) GPS 信號的接收。接收機收到該修正數(shù)后，與自身的觀測值進行比較，消去大部分誤差，得到一個比較準確的位置。 美國政府宣布 2021年 起 ，在保證美國國家安全不受威脅的前提下，取消 SA 政策， GPS 民用信號精度在全球范圍內(nèi)得到改善，利用 C/A 碼進行單點定位的精度由 100米提高到 20米 。 事實上，接收機往往可以鎖住 4顆以上的衛(wèi)星，這時，接收機可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組，每組 4顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。 河南理工大學畢業(yè) 設計說明書 9 圖 2－ 3 GPS衛(wèi)星工作星座圖 由于衛(wèi)星的位置精確可知，在 GPS觀測中，我們可得到衛(wèi)星到接收機的距離，利用三維坐標中的距離公式，利用 3 顆衛(wèi)星，就可以組成 3個方程式，解出觀測點的位置 (X,Y,Z)。 圖 2－ 2 BlockⅡ /Ⅱ R衛(wèi)星 全球定位系統(tǒng)的主要特點： (1)全天候； (2) 全球覆蓋； (3)三維定速定時高精度； (4)快速省時高效率： (5)應用廣泛多功能。 GPS系統(tǒng)經(jīng)過 16年來的發(fā)射試驗衛(wèi)星，到開發(fā) GPS信號應用，進而發(fā)射工作衛(wèi)星，終于在 1994年 3月建成了信號覆蓋律達到了 98％的 GPS工作星座它由 9顆 Block2衛(wèi)星和 15 顆 Block2A衛(wèi)星組成。 圖 2－ 1 由三大部分構成的 GPS衛(wèi)星全球定位系統(tǒng) GPS 星座 GPS 信號接收機 地面監(jiān)控系統(tǒng) 注入信號 GPS 信號 GPS 信號 河南理工大學畢業(yè) 設計說明書 8 1978年 2月 22日，第一顆 GPS試驗衛(wèi)星的發(fā)射成功，標志著工程研制階段的開始。 全球定位系統(tǒng)由三部分構成： (1)地面控制部分，由主控站 (負責管理、協(xié)調(diào)整個地面控制系統(tǒng)的工作 )、地面天 線 (在主控站的控制下，向衛(wèi)星注入尋電文 )、監(jiān)測站 (數(shù)據(jù)自動收集中心 )和通訊輔助系統(tǒng) (數(shù)據(jù)傳輸 )組成； (2)空間部分，由 24 顆衛(wèi)星組成，分布在 6 個道平面上； (3)用戶裝置部分， 主要由 GPS接收機和衛(wèi)星天線組成。其主要目的是為陸、海、空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應急通訊等一些軍事目的，是美國獨霸全球戰(zhàn)略的重要組成。所以基于這種情況本次設計針對普通用戶使用 GPS 的切實需要，設計并制作實現(xiàn)了基于單片機采集與顯示 GPS 定位信息的低成本手持 GPS 設備。 由此可見 GPS 技術已經(jīng)延伸到各個領域的方方面面，但是要完成以上所述的各 種用途，最基本的就是要具備能夠接收 GPS 信號并且能夠調(diào)制輸出的設備，而設備最基本的功能就是能顯示當時所處地點的經(jīng)緯度以及 UTC標準時間。 技術的航空應用 河南理工大學畢業(yè) 設計說明書 6 GPS 技術在航空方面的應用主要體現(xiàn)在： 民航飛機的 在途自主導航；飛機精密著陸；飛機空中加油控制；飛機編隊飛行的安全保護；航空援救的搜索和定點測量；機載地球物理勘探；飛機探測災區(qū)大小和標定測量；攝影和遙感飛機的七維狀態(tài)參數(shù)和三維姿態(tài)參數(shù)測量。 技術的陸地應用 GPS 技 術在陸地上的開發(fā)應用可以體現(xiàn)在許多方面，如： 各種車輛的行駛狀態(tài)監(jiān)控；旅游者或旅游車的景點導游；應急車輛（如公安、急救車等）的快速引導行駛；高精度時間比對和頻率控制；大氣物理觀測；地球物理資源勘探；工程建設的施工放樣測量；大型建筑和煤氣田的沉降檢測；板內(nèi)運動狀態(tài)和地殼形變測量；陸地以及海洋大地測量基準的測定；工程、區(qū)域、國家等各種類型大地測量控制網(wǎng)的測量和建設；請求救援在途實時報告；引導盲人行走；平整路面的實時監(jiān)控，精細農(nóng)業(yè)。不僅如此， GPS 衛(wèi)星的入軌運行，還為大地測量學、地球動力學、地球物理學、天體力學、載人航天學、全球海洋學和全球氣象學提供了一種高精度、全天時、全天候的測量新技術。陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要持有一種能夠接收、跟蹤、變換和測量 GPS 信號的接收機，就可以全天時、全天候和全球性地測量運動載體的七維狀態(tài)參數(shù)和三維狀態(tài)參數(shù)。 12864 LCD 河南理工大學畢業(yè) 設計說明書 3 目錄 中 文 摘 要 ....................................................................... 1 ABSTRACT .......................................................................... 2 第一章 緒論 ................................................................